Material für den Unterricht

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1 Material für den Unterricht Material für den Unterricht Zusammenfassung Einleitung Lehrplanbezug Erforderliche Vorkenntnisse / Grundlagen Erforderliche elektronische Ausstattung: Hardware, Software Benutzte Materialien Hauptteil Material Unterrichtsverlauf Experimente Aufgaben Praxisbezug / Anwendung...6 Theoretisches Wissen über...6 Anwendung in dem Projekt...6 Besichtigte Anwendungen in der Industrie Quellen Anhang...7 Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 1 von 7

2 1. Zusammenfassung Es wurde ein Teich- und Poolsicherungssystem entwickelt, welches einen Alarm auslöst, sobald ein größerer Gegenstand oder ein Mensch in den Teich/Pool fällt. Dabei haben wir mit Lichtwellenleitern (POF), elektronischen Schaltungen und Kunststoff gearbeitet. Ein Themengebiet ist die Elektrotechnik, mit verschiedenen Schaltungsarten, elektronischen Bauelementen, Messen elektrischer Größen, fachgerechtes Verlegen von Kabeln und Leitungen, Inbetriebnahme und Fehlersuche am PC, Löten, Installationstechnik, Aufbau elektronischer Schaltungen mit Leuchtdioden, Widerständen, Kondensatoren, Relais, Transistoren, Potentiometer, und der Programmierung eines IC s. Dieses Thema wird ausführlich in den Lehrplänen der FpA Elektrotechnik und der zwölften Klasse im Fach Physik behandelt. Ein anderes Gebiet ist die Verarbeitung von Kunststoff, durch Sägen, Bohren, Senken, Reiben, Gewindeschneiden, Biegen, Kleben, Oberflächenbehandlung, Hobeln, Fräsen, Feilen,..., was für den Modellbau verwendet wurde. All diese Verarbeitungsformen sind im Lehrplan der FpA Metall enthalten. Außerdem ist die Arbeit mit POF-Leitern im Bereich Optik einzuordnen, was im Lehrplan Physik in der 12.Jahrgangsstufe vorkommt. 2. Einleitung 2.1 Lehrplanbezug Unser Projekt kann in Physik in den physikalischen Themengebieten Optik und Elektronik in der 12. Jahrgangsstufe sowie Energie- Leistung genutzt werden. Auch im Fach Technologie(11. Klasse) kann man unser Material zum Thema Kunststoffe gut einsetzen In der Fachpraktischen Ausbildung Metall können folgende Ausbildungsinhalte aus dem Lehrplan vertieft werden: Messen/Prüfen, Anreißen, Körnen, Kennzeichnen, Feilen, Sägen, Bohren, Senken, Reiben, Gewindeschneiden von Hand, Fräsen mit konventioneller Fräsmaschine, Biegetechnik, Schraubverbindung, Kleben von Kunststoffen, Endgraten. In der Fachpraktischen Ausbildung Elektrotechnik können folgende Ausbildungsinhalte aus dem Lehrplan vertieft werden: Messen elektrischer Größen mit elektrischen Messgeräten und dem Oszilloskop, fachgerechte Zurichtung von Leitungen und Kabeln, Lötfreie Anschlusstechnik, Relaisschaltungen, Elementare elektronische Schaltungen, Transistoren als Schalter, Dioden, Widerstände, Kondensatoren, Mikroprozessortechnik, Herstellung und Änderung von Schaltungen, Inbetriebnahme und Fehlersuche per PC mit Erlernen von S-Plan, Lochmaster, AVR-Studio, PonnyProg vertieft werden. Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 2 von 7

3 2.2 Erforderliche Vorkenntnisse / Grundlagen Die Schüler benötigen um mit unserem Projekt arbeiten und es verstehen zu können, mindestens die physikalischen Grundkenntnisse des technischen Zweiges der Mittelstufe. Zum Verständnis der Schaltungen sind allerdings eingehendere Kenntnisse über Elektrotechnik und die Gefahren des elektrischen Stroms erforderlich. 2.3 Erforderliche elektronische Ausstattung: Hardware, Software Für die Stromversorgung sind zwei 12-Volt-und eine 5-Volt Gleichspannungsquelle notwendig. Um Experimente für den Unterricht durchführen zu können, werden Strom- und Spannungsmessgeräte, sowie ein LUX-Meter benötigt. Zusätzlich ist uns Microsoft Excel oder ein ähnliches Tabellenkalkulationsprogramm nützlich um wissenschaftlich richtige Messergebnisse auswerten zu können und graphisch darzustellen. Ebenfalls werden Word, S-Plan, Lochmaster usw. zur Bearbeitung des Projekts benötigt. 2.4 Benutzte Materialien Für unser Teichmodell haben wir verwendet: 20mm starkes Polypropylen (PP) für das Gehäuse, PMMA (Plexiglas) als Sichtfenster, Sanitär Silikon zur Abdichtung, Kreuz Senkkopf Schrauben. Hierbei nutzten wir folgende Werkzeuge und Maschinen: - Für die Vorbereitung: Maßband, Stahllineal, Anreißnadel, Folienstift, Anschlagwinkel, Streichmaß, Anreiß-Messschieber und Körner - Für die Fertigung: Kreissäge, Bohrmaschine, konventionelle Fräse, Einhieb Feilen, Bandschleifer, Hobel, Messer, Hammer, Stemmeisen, Schraubenzieher, Akkuschrauber, Silikonpistole, Seifenwasser (für das Silikon), Schraubzwingen und einen Schraubstock Für die Elektrogehäuse verwendeten wir folgendes: PMMA (Plexiglas), Schrauben, Muttern und Distanzringen Hierbei nutzten wir folgende Werkzeuge und Maschinen: - Für die Vorbereitung: Maßband, Stahllineal, Folienstift, Anschlagwinkel und einen Körner - Für die Fertigung: Kreissäge, Heißluftfön, Bohrmaschinen, Einhieb Feilen, Bandschleifer, Schraubstock (zum Biegen des Gehäuses) Messer (zum Entgraten) und Kunststoffkleber Die Elektronik wurde mit folgenden Bauteilen angefertigt: Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 3 von 7

4 Platinen, Lochrasterplatten, Steckernetzgeräte, LEDs, Kippschalter, Druckschalter, Summer, Stiftverbindugen ( für die Platine), Kabel, Spannungsregler, Spannungsstabilisator, Fotowiderstände, Mikrochip (IC), Widerstände, Relais, Transistoren, Lötzinn, Pins, POF Leiter, und Einbaubuchsen Als Werkzeuge dienten uns dabei: Lötstation, Kreissäge (zum Zuschneiden der Platinen), Bohrmaschine, Schraubenzieher, Seitenschneider, Abisolierzange, Rundzange, Messer und eine Vakuumpumpe (Entlöten) 3. Hauptteil 3.1. Material Das Material besteht aus einem Modell zur Veranschaulichung, Experimenten, Aufgaben und Merkblättern mit ausführlichen Erläuterungen Unterrichtsverlauf Die Ausarbeitungen können im Unterrichtsgeschehen vielseitig eingesetzt werden. Sie sind hauptsächlich zur Veranschaulichung und Vertiefung von schon erarbeiteten Wissen gedacht. Die Aufgaben können von Schülern an Schulen und in Klassen jeglicher Art bearbeitet werden, vorausgesetzt, sie behandeln die Themen im Unterricht und verfügen über das erforderliche Grundwissen im Fach Physik. Vor allem in Gymnasien, wo die Schüler häufig nur theoretisches Wissen besitzen, kann unser Material für praktisches Verständnis sorgen. Aber auch an den Fach- und den Berufsschulen, sowie der Realschule sind Anwendungen dieser Art möglich. Es wurden mehrere Materialien erarbeitet, die jeweils aufeinander aufbauen. 3.3 Experimente Wir haben Experimente ausgearbeitet. Diese beschäftigen sich mit den Themengebieten LED, LDR und mit der Fotometrie (besonders mit der Beleuchtungstärke). Elektrotechnik (FpA Elektro) Hierfür können Experimente zu LEDs und LDRs ausgeführt werden. Als Grundlage ist kaum ein Basiswissen in der Elektrotechnik benötigt nur den fachgerechten Umgang mit Strom, Einheiten des Stroms und deren Zusammenhänge. Alles weitere benötigte wird von uns erklärt um die Versuche durchzuführen. Als Ergebnis ist ein besseres Verständnis über Funktionsweise, Aufbau und Anwendung von LEDs und LDRs das Ziel. Dem Schüler soll einfach und leicht verständlich beigebracht werden, welche Zusammenhänge bestehen, damit er einen langfristigen Lernerfolg erzielen kann. Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 4 von 7

5 Die Experimente zu Aufgaben werden in beiliegenden Dokumenten mitgeschickt unter den Dateinamen: LED LDR Fotometrie Physik Hier können Versuche im Themengebiet Optik durchgeführt werden. Hierbei haben wir uns besonders auf das Gebiet Fotometrie konzentriert, da darunter auch die Beleuchtungsstärke fällt. Es sind keine großen Vorkenntnisse notwendig, da die Grundkenntnisse ausreichend auf den Blättern erklärt sind um dieses Themengebiet zu verstehen. Logischer Menschenverstand wird natürlich vorausgesetzt. 3.4 Aufgaben Wir haben Aufgaben zu den Themen LDR-Widerstand und Leuchtdiode erstellt. Diese sind in den Dokumenten für die Experimente enthalten. Außerdem wurden Arbeitsblätter über Kunststoffe und Lasertechnik erstellt, die zwar nicht direkt Aufgaben beinhalten, jedoch in den Fächern Technologie und Physik für den Unterricht verwendet werden können. Sie sind unter den Dateinamen Kunststoffe und Lasertechnik beigefügt. Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 5 von 7

6 4. Praxisbezug / Anwendung Es gab viele Probleme und Aufgaben während der Arbeit an unserem Projekt, bei denen wir bereits vorhandenes theoretisches Wissen in die Praxis umsetzen mussten: Theoretisches Wissen über Anwendung in dem Projekt Besichtigte Anwendungen in der Industrie Elektronik: Elektronische Elemente, Digitaltechnik, Erstellen einer Schaltung Umgang mit Werkzeugen Schaltungen, Platinen Messe: SPS/IPC/DRIVES Modell- und Gehäusebau Firma: INA und Maschinen (Herzogenaurach) Werkstofftechnik: Kunststoffe Materialverarbeitung Firme: Plastal (Weißenburg, Pappenheim) Lichtwellenleiter Signalübertragung Vortrag: Doktor Professor Poisel (FH Nürnberg) Umgang mit Datenverarbeitungsprogra mmen und dem Internet Dokumentation, Präsentation, Messergebnisauswertung, Technische Zeichnungen: Modell Schaltpläne Die Anwendung im Gesamten liegt im privaten Bereich, da das System für kleinere Wasserflächen ausgelegt ist, wie sie in Form von Gartenteichen oder Pools in Gärten vorkommen.. 5. Quellen Unsere Grundkenntnisse erhielten wir aus dem Unterricht und können sie in unseren Skripten und Fachbüchern nachschlagen. Gleichzeitig erhielten wir Ratschläge von unseren Lehrern. Spezielle Informationen erhielten wir aus dem Internet. Diese Recherchen sind hauptsächlich von den Schul-PCs aus, aber auch privat erfolgt. Als literarische Quellen dienten uns diese Bücher: Elektrotechnik Tabellen vom Westermann Verlag, Grundkenntnisse Elektrotechnik von Handwerk und Technik, Fachpraxis Metall des Cornelsen Verlags, die Lehrpläne von der FpA Metall und Elektrotechnik, die Lehrpläne Physik 11. Und 12. Klasse. Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 6 von 7

7 Im Internet verwendeten wir folgende Seiten: Anhang Beigefügt sind die bereits erwähnten Arbeitsblätter unter den Dateinamen: Lasertechnik Fotometrie LDR LED Kunststoffe Außerdem Fotos vom Modell Vision-Ing21 eine Initiative des Seite 7 von 7