Technik · Klasse 9

Ideen für aktives Lernen

Sensoren und Aktoren

Führen Sie Ihre Klasse in die faszinierende Welt der 'Sinnesorgane' und 'Muskeln' der Technik ein, die es Maschinen ermöglichen, ihre Umwelt wahrzunehmen und darauf zu reagieren.

KMK BildungsstandardsLehrplanPLUS, Technik, 9. Jahrgangsstufe, T 9.5 Steuern und Regeln
30–60 Min.Partnerarbeit → Ganze Klasse3 Aktivitäten

Aktivität 01

Maker-Lernen45 Min. · Kleingruppen

Smartphone-Detektive

Die Schülerinnen und Schüler recherchieren in Kleingruppen, welche Sensoren (z.B. Beschleunigungssensor, Gyroskop, Helligkeitssensor) und Aktoren (z.B. Vibrationsmotor, Lautsprecher, Blitz-LED) in einem modernen Smartphone verbaut sind. Sie dokumentieren deren jeweilige Funktion und präsentieren ihre Ergebnisse.

Identifiziere verschiedene Arten von Sensoren und Aktoren in einem modernen Smartphone.

ModerationstippStellen Sie eine Liste mit möglichen Sensoren zur Verfügung, um die Recherche zu erleichtern.

Worauf zu achten istExit-Ticket: Die Schüler skizzieren ein einfaches System (z.B. eine automatische Schiebetür) und beschriften die Komponenten Sensor, Aktor und Steuerung.

AnwendenAnalysierenErschaffenSelbststeuerungEntscheidungsfähigkeit
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Aktivität 02

Maker-Lernen60 Min. · Partnerarbeit

Lichtgesteuerte Nachtlampe

In Partnerarbeit bauen die Schüler eine einfache Schaltung auf einem Steckbrett. Ein Fotowiderstand (LDR) als Sensor misst die Umgebungshelligkeit und steuert über einen Transistor eine Leuchtdiode (LED) als Aktor, die bei Dunkelheit aufleuchtet.

Erkläre das Prinzip der Umwandlung eines physikalischen Signals in ein elektrisches Signal durch einen Sensor.

ModerationstippBeginnen Sie mit einem gemeinsamen Aufbau der Grundschaltung und lassen Sie die Schüler dann experimentieren.

Worauf zu achten istProjektarbeit: Entwurf und Dokumentation eines automatisierten Systems für ein Alltagsproblem (z.B. automatische Pflanzenbewässerung), inklusive Auswahl und Begründung der benötigten Sensoren und Aktoren.

AnwendenAnalysierenErschaffenSelbststeuerungEntscheidungsfähigkeit
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Aktivität 03

Maker-Lernen30 Min. · Einzelarbeit

Was macht der Aktor?

Die Schülerinnen und Schüler erhalten verschiedene Aktoren (z.B. einen kleinen Elektromotor, einen Summer, ein Servo) und eine Spannungsquelle. Ihre Aufgabe ist es, die Funktion des Aktors zu demonstrieren und zu erklären, welche Art von Energieumwandlung stattfindet.

Vergleiche die Funktionsweise eines Elektromotors als Aktor mit der eines Lichtsensors.

ModerationstippErmutigen Sie die Schüler, die Aktionen kreativ zu nutzen, z.B. den Motor als kleinen Ventilator.

Worauf zu achten istDie Schüler bewerten anhand einer Checkliste mit den Lernzielen, wie sicher sie sich bei der Erklärung der einzelnen Konzepte fühlen.

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Vorlagen

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Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Beginnen Sie mit einer Untersuchung bekannter Geräte wie dem Smartphone, um das Thema greifbar zu machen. Nutzen Sie einfache, praktische Experimente, wie den Bau einer lichtgesteuerten Schaltung, um die abstrakte Theorie zu veranschaulichen. Betonen Sie stets die Kette: physikalisches Signal -> Sensor -> elektrisches Signal -> Verarbeitung -> Aktor -> Aktion.

Am Ende dieser Lerneinheit werden die Schülerinnen und Schüler in der Lage sein, die Funktionsweise alltäglicher smarter Geräte zu erklären und einfache sensor- und aktorgesteuerte Systeme zu konzipieren.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

  • Sensoren und Aktoren sind dasselbe, da beide mit Elektrizität zu tun haben.

    Sensoren sind die 'Eingabe' eines Systems: Sie wandeln eine physikalische Größe (z.B. Licht) in ein elektrisches Signal um. Aktoren sind die 'Ausgabe': Sie wandeln ein elektrisches Signal in eine Aktion (z.B. Bewegung oder Licht) um. Man kann sie mit den Sinnen (Sensor) und Muskeln (Aktor) eines Menschen vergleichen.

  • Alle Sensoren sind digital und liefern nur 'An'- oder 'Aus'-Signale.

    Viele Sensoren sind analog. Das bedeutet, sie liefern einen kontinuierlichen Wertebereich, der die Stärke eines Signals widerspiegelt, z.B. misst ein Temperatursensor nicht nur 'warm' oder 'kalt', sondern den genauen Temperaturwert. Ein einfacher Schalter wäre hingegen ein digitaler Sensor.

  • Ein Aktor 'entscheidet' selbst, was er tut.

    Ein Aktor ist ein reines Ausführungsorgan. Er empfängt einen Befehl in Form eines elektrischen Signals von einer Steuerungseinheit (z.B. einem Computerchip oder Mikrocontroller), die zuvor die Informationen des Sensors verarbeitet hat.

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