Technik · Klasse 9

Ideen für aktives Lernen

Praktische Umsetzung mit Mikrocontrollern

Entfesseln Sie die Kreativität Ihrer Schülerinnen und Schüler, indem Sie ihnen die Werkzeuge an die Hand geben, um die physische Welt um sie herum zu steuern und zu automatisieren.

• KMK Bildungsstandards
• LehrplanPLUS, Technik, 9. Jahrgangsstufe, T 9.5 Steuern und Regeln

• 45–90 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 3 Aktivitäten

Aktivität 01

• Maker-Lernen
• 45 Min. · Partnerarbeit

Hallo Welt: Die blinkende LED

Die Schülerinnen und Schüler bauen ihre allererste Schaltung mit einem Mikrocontroller und einer LED. Anschließend schreiben sie ein einfaches Programm, um die LED in einem bestimmten Intervall blinken zu lassen und machen sich so mit der Entwicklungsumgebung und der grundlegenden Programmstruktur vertraut.

Erkläre die grundlegende Architektur eines Mikrocontrollersystems: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe.

Moderationstipp

Stellen Sie sicher, dass alle die Polarität der LED (langes und kurzes Bein) und die Funktion des Vorwiderstands verstehen.

Worauf zu achten ist

Beobachtung der Schülerinnen und Schüler während der praktischen Arbeit. Stellen Sie gezielte Fragen zum Aufbau der Schaltung und zur Funktion einzelner Code-Blöcke, um das Verständnis zu überprüfen.

• Anwenden
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 02

• Maker-Lernen
• 60 Min. · Kleingruppen

Der digitale Nachtwächter

In diesem Projekt wird ein Fotowiderstand (LDR) als Sensor verwendet, um die Umgebungshelligkeit zu messen. Die Schülerinnen und Schüler programmieren den Mikrocontroller so, dass eine LED automatisch eingeschaltet wird, wenn es im Raum dunkel wird.

Analysiere einen einfachen Programmcode zur Steuerung einer LED basierend auf einem Sensoreingang.

Moderationstipp

Ermutigen Sie die Lernenden, mit dem Schwellenwert für die Helligkeit zu experimentieren, um die Empfindlichkeit ihrer Schaltung anzupassen.

Worauf zu achten ist

Ein kleines Abschlussprojekt, bei dem die Lernenden eine vorgegebene Problemstellung (z.B. 'Baue eine Alarmanlage für eine Keksdose') selbstständig mit einem Mikrocontroller, einem Sensor und einem Aktor lösen müssen. Bewertet werden die Funktionalität, die Sauberkeit des Aufbaus und die Kommentierung des Codes.

• Anwenden
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 03

• Maker-Lernen
• 90 Min. · Partnerarbeit

Block vs. Text: Das Ampel-Projekt

Die Lernenden realisieren eine einfache Ampelschaltung mit roten, gelben und grünen LEDs. Sie programmieren die Sequenz zunächst mit einer blockbasierten Oberfläche und setzen das gleiche Projekt anschließend mit textbasiertem Code um, um die Vor- und Nachteile beider Ansätze direkt zu vergleichen.

Vergleiche die blockbasierte Programmierung mit der textbasierten Programmierung hinsichtlich ihrer Eignung für Anfänger.

Moderationstipp

Lassen Sie die Gruppen ihre Erfahrungen im Plenum diskutieren, um die Erkenntnisse über die Programmieransätze zu festigen.

Worauf zu achten ist

Die Schülerinnen und Schüler füllen einen 'Ich kann...'-Bogen aus, auf dem sie ihre eigenen Fähigkeiten in Bezug auf die Lernziele einschätzen, z.B. 'Ich kann eine LED korrekt mit einem Vorwiderstand anschließen'.

• Anwenden
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Entscheidungsfähigkeit

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Beginnen Sie mit stark angeleiteten 'Rezept'-Aufgaben, um Sicherheit im Umgang mit Hard- und Software zu schaffen. Fördern Sie anschließend das Experimentieren, indem Sie offene Fragen stellen wie 'Was passiert, wenn du diesen Wert änderst?'. Etablieren Sie eine positive Fehlerkultur, in der das Debuggen als normaler und wichtiger Teil des Lernprozesses angesehen wird. Pair-Programming kann helfen, dass sich die Schüler gegenseitig unterstützen und voneinander lernen.

Am Ende dieser Einheit werden Ihre Schülerinnen und Schüler in der Lage sein, eigenständig einfache interaktive Systeme zu entwerfen, zu bauen und zu programmieren, die auf ihre Umgebung reagieren.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Der Mikrocontroller 'weiß' von selbst, was zu tun ist.

  Ein Mikrocontroller ist eine Maschine, die Befehle nur streng sequenziell und exakt so ausführt, wie sie im Programmcode geschrieben stehen. Er hat kein eigenes Bewusstsein oder Verständnis, sondern arbeitet eine Liste von Anweisungen ab.

• Mehr Spannung bedeutet immer mehr Leistung.

  Während Spannung notwendig ist, kann eine zu hohe Spannung Bauteile wie LEDs ohne einen passenden Vorwiderstand zerstören. Es ist das Zusammenspiel von Spannung, Strom und Widerstand, das für eine funktionierende und sichere Schaltung entscheidend ist.

• Blockbasierte Programmierung ist nur für Kinder und keine 'echte' Programmierung.

  Blockbasierte Sprachen sind visuelle Werkzeuge, die die gleichen logischen Konzepte (Schleifen, Bedingungen, Variablen) wie textbasierte Sprachen verwenden. Sie sind hervorragend geeignet, um diese Konzepte zu erlernen, ohne sich mit komplexer Syntax auseinandersetzen zu müssen.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Maker-Lernen