Technik · Klasse 9

Ideen für aktives Lernen

Aufbau und Funktion einer Steuerkette

Entdeckt mit euren Schülerinnen und Schülern die unsichtbaren Gehirne, die in Alltagsgeräten wie Toastern und Waschmaschinen stecken. Dieses Thema enthüllt, wie Maschinen 'denken' und Befehle ausführen.

KMK BildungsstandardsLehrplanPLUS, Technik, 9. Jahrgangsstufe, T 9.5 Steuern und Regeln
30–90 Min.Partnerarbeit → Ganze Klasse3 Aktivitäten

Aktivität 01

Kollaboratives Problemlösen45 Min. · Kleingruppen

Waschmaschinen-Detektive

Die Schülerinnen und Schüler erhalten ein vereinfachtes Schaubild oder ein altes, offenes Modell einer Waschmaschine. Ihre Aufgabe ist es, die Komponenten der Steuerkette zu identifizieren: Signalgeber (z.B. Wasserstandssensor, Temperaturfühler), Steuerglied (Programmschaltwerk/Platine) und Stellglieder (z.B. Motor, Heizung, Pumpe).

Identifiziere die Komponenten einer Steuerkette am Beispiel einer Waschmaschine.

ModerationstippStellen Sie Kärtchen mit den Begriffen 'Signalgeber', 'Steuerglied' und 'Stellglied' zur Verfügung, die die Gruppen den Bauteilen zuordnen müssen.

Worauf zu achten istExit-Ticket: Die Schülerinnen und Schüler zeichnen ein Blockschaltbild für eine einfache Steuerung (z.B. ein Föhn) und beschriften die Komponenten.

AnwendenAnalysierenBewertenErschaffenBeziehungsfähigkeitEntscheidungsfähigkeitSelbststeuerung
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Aktivität 02

Kollaboratives Problemlösen30 Min. · Partnerarbeit

Flowchart für den Türöffner

In Partnerarbeit analysieren die Lernenden die Funktionsweise eines automatischen Türöffners. Sie erstellen ein Flussdiagramm oder ein Blockschaltbild, das den Informationsfluss vom Bewegungsmelder (Signalgeber) über die Steuerung bis zum Antriebsmotor der Tür (Stellglied) darstellt.

Erkläre die Funktion von Signalgebern, Steuergliedern und Stellgliedern in einem Steuerungsprozess.

ModerationstippGeben Sie eine Vorlage mit den grundlegenden Symbolen für Start, Prozess und Ende vor, um den Einstieg zu erleichtern.

Worauf zu achten istAnalyseaufgabe: Die Lernenden erhalten eine Beschreibung eines technischen Geräts (z.B. Geschirrspüler) und müssen in einem kurzen Text die Steuerkette identifizieren, die Funktionen der Glieder erklären und den Informationsfluss beschreiben.

AnwendenAnalysierenBewertenErschaffenBeziehungsfähigkeitEntscheidungsfähigkeitSelbststeuerung
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Aktivität 03

Kollaboratives Problemlösen90 Min. · Kleingruppen

Unsere eigene Ampelsteuerung

Mithilfe eines einfachen Mikrocontroller-Baukastens (z.B. Arduino, Calliope mini) bauen und programmieren die Schülerinnen und Schüler eine simple Fußgängerampel. Sie müssen dabei den Taster als Signalgeber, den Mikrocontroller als Steuerglied und die LEDs als Stellglieder konzipieren und deren Zusammenspiel programmieren.

Analysiere den Informationsfluss innerhalb einer einfachen Steuerkette, wie zum Beispiel bei einem automatischen Türöffner.

ModerationstippStellen Sie einen einfachen Beispielcode zur Verfügung, den die Schülerinnen und Schüler anpassen und erweitern können.

Worauf zu achten istDie Schülerinnen und Schüler bewerten auf einer Skala von 1-4 ihre Fähigkeit, die Lernziele zu erfüllen, und notieren, bei welchem Punkt sie noch Unsicherheiten haben.

AnwendenAnalysierenBewertenErschaffenBeziehungsfähigkeitEntscheidungsfähigkeitSelbststeuerung
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Vorlagen

Vorlagen, die zu diesen Technik-Aktivitäten passen

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Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Beginnen Sie mit einem sehr einfachen, greifbaren Beispiel wie einer Schreibtischlampe, um die Grundidee zu verdeutlichen. Nutzen Sie konsequent Blockschaltbilder, um den abstrakten Informationsfluss zu visualisieren. Steigern Sie die Komplexität schrittweise von der Lampe über den Toaster bis hin zur Waschmaschine, um die Lernenden nicht zu überfordern.

Nach dieser Lerneinheit werden die Schülerinnen und Schüler in der Lage sein, automatisierte Geräte zu analysieren und den Weg einer Information vom Sensor bis zur ausgeführten Aktion nachzuvollziehen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

  • Steuerung und Regelung sind das Gleiche.

    Eine Steuerung ist ein offener Prozess: Ein Signal löst eine festgelegte Aktion aus, ohne das Ergebnis zu überprüfen (z.B. Toaster). Eine Regelung ist ein geschlossener Kreis: Das Ergebnis (Ist-Wert) wird gemessen und mit dem Ziel (Soll-Wert) verglichen, um den Prozess anzupassen (z.B. Heizungsthermostat).

  • Der 'Computer' oder die 'Elektronik' macht einfach alles.

    Die 'Elektronik' besteht aus spezialisierten Komponenten mit klaren Aufgaben. Signalgeber (Sensoren) nehmen Informationen auf, das Steuerglied (z.B. ein Mikrochip) verarbeitet sie nach einem Programm, und Stellglieder (Aktoren) führen die Befehle physisch aus.

  • Ein Schalter ist kein Signalgeber.

    Doch, auch ein einfacher Lichtschalter ist ein Signalgeber. Er nimmt die manuelle Eingabe (das Drücken) auf und wandelt sie in ein elektrisches Signal um, das von der Lampe (Stellglied) verarbeitet wird, auch wenn hier das Steuerglied sehr simpel ist.

In dieser Übersicht verwendete Methoden

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