MINT

Unsere Welt verändert sich immer rasanter. Neue Technologien beeinflussen unser Leben immer stärker und die Anforderungen am Arbeitsmarkt an junge Menschen werden zunehmend durch den technologischen Fortschritt bestimmt. Kompetenzen in den MINT-Disziplinen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) werden immer wichtiger und sind Grundlage zahlreicher moderner Berufsbilder. Im Januar 2016 lag die MINT-Arbeitskräftelücke bei 135.700 Personen1.

Abgesehen davon ist die naturwissenschaftliche Grundbildung in unserer durch Naturwissenschaften und Technik geprägten Welt unverzichtbar für eine zeitgemäße Allgemeinbildung.

MINT beginnt in der Schule. Die Schule kann einen wesentlichen Beitrag zur Förderung des Interesses in Naturwissenschaften und Technik leisten. Deshalb ist es uns wichtig, den Schülern die Möglichkeit zu geben, ihren natürlichen Forscherdrang auszuleben um ein positiveres Selbstkonzept in Bezug auf Naturwissenschaft und Technik zu entwickeln. Unsere schulspezifischen Rahmenbedingungen sind dazu ideal:

Eine gute Kommunikation zwischen Lehrern und Schülern, kleine Klassenstärken und eine ausgeprägte Schulkultur, ermöglichen eine intensive und produktive Zusammenarbeit zwischen allen an der Schule MINT-Interessierten.

-->
 

1: Entnommen aus: https://www.audimax.de/mint-mathematik-informatik-naturwissenschaft-technik/fakten-und-infos/mint-20-fakten/ (Dezember 2018)

Kursangebot und Zusatzangebote

Die DISZ ist eine Schule im Aufbau. Das Kursangebot ändert sich stetig. Es wird zunehmend darauf geachtet, ein Kursangebot zu erstellen, welches immer mehr auf die Stärkung der mathematischen und naturwissenschaftliche Kompetenzförderung abzielt. Das neue Schuljahr 2019/2020 bietet folgende Unterrichtsfächer im Rahmen von MINT an.

Kursangebot im Schuljahr 2019/20

0171 200610095043 001

Zusatzangebote im Schuljahr 2019/20
  • AGs: Informatik AG (Ab Klasse 7), Chemie AG (ab Klasse 3), AG für Börsenspekulanten, 3D-Drucker AG
  • Fachinterne und fachübergreifende Projekte (siehe Curricula)
  • Jugend forscht
  • MINT-Projektwoche
  • Mädchenförderung: Girls Day/Boys Day
  • Projekttag „Fit for Life“ (Schwerpunkt für Klassen 9/10 ist die Berufsberatung und das Bewerbungstraining)
Ausstattung

Im Schuljahr 2011/12 wurde ein naturwissenschaftlicher Fachraum für die Fächer Biologie, Chemie und Physik an der DISZ eingerichtet. Seitdem wird die experimentelle Ausstattung für die Klassenstufen 7-12 stetig ausgebaut. Alle Themengebiete der Klassenstufen 7-10 werden mittlerweile durch Experimentierkästen vollständig abgedeckt. Während der Ausbauphase der Materialsammlung für die Oberstufe, wird beispielsweise im Physikunterricht verstärkt auf Animationen und interaktive Bildschirmexperimente zurückgegriffen. Neben dem Einsatz von speziell für den Unterricht entwickelten Experimentierkästen erhalten Freihandversuche einen besonderen Stellenwert. Der Naturwissenschaftsraum ist mit diesbezüglichen Materialien bestens ausgestattet. Der Fachraum ist mit einem Whiteboard für einen multimedialen Fachunterricht versehen. Jeder Schüler besitzt außerdem einen Laptop mit Internetzugang und vielen installierten Lernprogrammen. Ein technischer Support kümmert sich regelmäßig um die Belange der Schüler und Lehrer.

Die Schule verfügt zusätzlich über eine Bibliothek, in der die Schüler selbstorganisiert und eigenständig lernen. Für die Bibliothek werden Fachbücher zu Mathematik, Informatik Naturwissenschaften und Technik demnächst organisiert. Dadurch erhalten die Schüler zusätzliche Nachschlagewerke und Quellen zum Lernen.

3D-Drucker

Seit der Anschaffung eines 3D-Druckers für den Fachbereich Naturwissenschaften, wird dieser pausenlos benutzt. Nils und Bruno (Klasse 6) warten und säubern den Drucker regelmäßig. Die dritte Filamentrolle ist bereits im Einsatz. Der Extruder wurde bereits von den Schülern abmontiert und ausgetauscht. Auf den Laptops der Schüler wurde die 3D-Druck-Software „Cura“ installiert. Die Schüler bedienen inzwischen den 3D-Drucker eigenständig.

Ausstellungsfläche

Der MINT-Fachbereich hat sich eine Ausstellungsfläche angeschafft, in welcher aktuelle Projekte, Schülerarbeiten und Urkunden aus Wettbewerben ausgestellt werden. Schüler, Lehrer und Eltern haben nun die Möglichkeit, diese zu betrachten. Zusätzlich zu den Ausstellungsstücken gibt es an der Ausstellungsfläche angebrachte QR-Codes. Durch das Einscannen der Codes mit Hilfe eines Smartphone gelangt man zu Videos, in denen die Schülerarbeiten und Projekte von den tatkräftigen Schülern vorgestellt werden. Dadurch werden die Ausstellungsstücke mit Leben gefüllt.

Schuljahresplanung

Die MINT-Schuljahresplanung wird in der Präsenzwoche nach den Sommerferien 2019 erstellt und hochgeladen.

MINT-Schuljahresplanung 2020

 

mint schuljahresplanung 2020

Besondere MINT-Förderung

Der wichtigste Baustein für eine gute MINT-Förderung ist guter MINT-Unterricht. Die Schule arbeitet kontinuierlich an der Schaffung guter Voraussetzungen für einen anschaulichen und schüleraktivierenden MINT-Unterricht. Dazu gehören

  • Handlungs- und Produktorientierung
  • hohe Schüleraktivierung
  • Methodenvielfalt
  • Einsatz neuer Medien
  • Individuelle Förderung und Forderung

Wir bieten

  • kleine Klassenstärken: Dadurch ich die Schüleraktivität und die individuelle Förderung besonders hoch.
  • klassenübergreifenden AGs: Dadurch können Schüler sich gegenseitig beim Erwerb von Fähigkeiten und Fertigkeiten im MINT-Bereich unterstützen.
  • die Existenz von Kindergarten, Grundschule und Gymnasium in einem Gebäude: Dadurch ist eine gute Absprache und Passung zur MINT-Kompetenzentwicklung der Schüler möglich.
  • fachübergreifende Projekte und Sternstunden, die in den Curricula festgeschrieben sind
  • das Anbieten von Methodenschülerheften für die Klassenstufen 5 und 6
  • die stetige Teilnahme an MINT-Wettbewerben
  • motivierte und kompetente MINT-Lehrer

Maßnahmen zur MINT-Schwerpunktsetzung

  • Das Leitbild der DISZ wurde aktualisiert. Das Leitbild beinhaltet eine klar formulierte Stellungnahme zu MINT:

    „[...] Wir sind MINT-freundlich. Im Naturwissenschaftsraum steppt der Bär. Unsere Schüler nehmen am Jugend-forscht-Wettbewerb teil, besuchen die Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Zagreb und absolvieren Praktika. Neben den Fächern Chemie, Physik und Biologie bieten wir eine Chemie- und eine Informatik-AG. Schon ab der Klasse 3 bieten wir informatorische Bildung an. Eigene Laptops stehen allen Schülerinnen und Schülern ab Klasse 5 zur Verfügung [...]“

  • Die DISZ bietet neu eintretenden Schülern aus kroatischen Grundschulen im Gymnasium ein Begabtenstipendium an. Eine der Bedingungen für das Stipendium sind jetzt auch nachgewiesene gute Noten in naturwissenschaftlichen Fächern.
  • Im Rahmen der BLI (Bund-Länder-Inspektion) im Jahr 2019 wurde der Entwicklungsschwerpunkt „Kompetenzen erwerben“ ausgewertet. Im Folgenden ist ein Ausschnitt aus dem Bilanzbericht gezeigt:

    „[...] Die DISZ hat sich deutlich zum Ziel gesetzt, einen Bildungsschwerpunkt im Bereich der MINT-Fächer zu legen. Sie strebt an, das MINT-Gütesiegel zu erhalten. Zu diesem Zweck wurde die Stundentafel geändert, bei der KMK eingereicht und inzwischen bestätigt. Das Angebot an informationstechnischem Unterricht soll in den kommenden Jahren erweitert werden auf mindestens vier Klassenstufen. Die MINT-Fachlehrer zeigen sich in den von ihnen getroffenen Maßnahmen sehr engagiert [...] Es finden regelmäßige Treffen der MINT-Fachgruppe statt. Lehrer bieten zusätzliche AGs an und interessierte Schülerinnen und Schüler oder Klassen werden regelmäßig zu Wettbewerben angemeldet. In einer Biologiestunde der Klasse 7 konnte beispielhaft gezeigt werden, wie Fachwissen aus Sachtexten in Form von Drehbüchern dargestellt und gelernt wurden. Es konnte gezeigt werden, wie die Schülerinnen und Schüler ihre Kompetenzen erweitern konnten, indem sie lernten, mit naturwissenschaftlichen Erkenntnissen umzugehen. Bereits gelernte Arbeitstechniken wurden angewendet und die Kompetenz zur Kommunikation in Kleingruppen erweitert [...]“

MINT in Kindergarten und Grundschule

Naturwissenschaftliche Grundbildung fängt in der Grundschule an. Die jungen Schüler bringen einen hohen Forscherdrang mit. Diesen leben sie beim Experimentieren aus und gewinnen naturwissenschaftliche Erkenntnisse. Im Folgenden sind Unterrichtsbeispiele aus Kindergarten und Grundschule aufgezeigt.

Freihandversuche

Wasser als Lösungsmittel

Was passiert mit dem Zuckerwürfel im Wasser? Durch das Experiment sollen die Schüler erschließen, dass sich Zucker wasserlöslich ist. Die Lebensmittelfarbe hilft bei der Anschaulichkeit.

Zuckerwürfel im Wasser

Wasserdruck

Durch dieses Experiment lernen die Kinder, dass der Wasserdruck in der Tiefe höher ist. Eine Flasche wird mit Wasser gefüllt, vorher werden mit einem Reißnagel zwei Löcher in verschiedener Höhe gemacht. Das Wasser spritzt aus beiden Löchern, aber mit unterschiedlicher Intensität.

Wasserdruck in der Flasche

Das Ei kann schwimmen

Ein Glas wird mit Wasser gefüllt, es wird Salz hineingegeben und gerührt bis sich das Salz nicht mehr auflöst und sich am Glasboden sammelt. Nun legt man ein rohes Ei ins Glas. Wenn im Wasser viel Salz aufgelöst wird, erhöht sich die Dichte des Wassers, das heißt: Salziges Wasser ist schwerer. Jetzt ist das Ei leichter als das Wasser, es kann das Salzwasser nicht verdrängen und auch nicht nach unten sinken. Dadurch wird das Ei nach oben getrieben. Im Leitungswasser sinkt das Ei zu Boden, weil es schwerer als das Wasser ist.

Farbwechsel

Rotkohl wird kleingeschnitten, gekocht und abgekühlt. Der Saft wird in drei Behälter gefüllt. In einen Behälter wird Zitronensaft und in den zweiten Backpulver gegeben. Wir beobachten den Farbwechsel. Der Zitronensaft macht den Rotkohlsaft heller und der Backpulver lässt ihn sprudeln und verändert ebenso seine Farbe.

Farbwechsel bei Rotkohl

Luft hat Kraft

Wir testen wie schnell Luft den Luftballon antreiben kann. Ein Luftballon wird aufgeblasen, auf ihm wird ein halber Strohhalm befestigt und dann wird er auf eine lange Schnur gefädelt. Im Flur halten die Kinder die Schnur an zwei Enden fest, der Ballon wird losgelassen und saust die Schnur entlang. Die Kinder stellen fest, dass Luft eine große Antriebskraft hat.

Luftantrieb

Forscherecke im Kindergarten

Forscherecke

Im Kindergarten haben wir eine neue Spielecke aufgebaut (es gibt Pipetten, Messzylinder, Erlenmeyerkolben u.Ä.). Die Kinder nennen sie die Forscherecke, weil sie sich wie kleine Forscher fühlen, wenn sie damit spielen. Das Material und die Aufgaben kommen aus der Montessori-Pädagogik. Mit verschiedenen Mitteln üben Kinder die Pinzettenhaltung als Vorentlastung für den Schreibprozess. Spielerisch arbeiten Kinder an der Entwicklung der praktischen Fertigkeiten und entdecken dabei einige Naturgesetze. Zusätzlich wird auch die Feinmotorik gefördert. Dennoch ist das Wichtigste dabei noch enthalten: die Kinder haben Spaß dabei.

Forscherecke
Lehrerfortbildungen

Die LehrerInnen der DISZ besuchen regelmäßig Fortbildungen im Bereich MINT.

Einsatz neuer Medien im Unterricht: die Stopp-Motion-Technik (Apr. 2019)

Mit der Stopp-Motion-Technik können die Schüler Lehrvideos zu bestimmten Unterrichtsinhalten anfertigen. Dabei wird Gelerntes gefestigt. Die Motivation der Schüler, einen eigenen Trickfilm zu erstellen, ist hoch. Mit dem Handy können Fotos gemacht werden, die dann als Film zusammengefügt werden. Im Biologieunterricht sind so Trickfilme zum Thema „Mitose“ entstanden. Auch die Projektidee „Erklärvideos und Moodle“ findet hier ihren Ursprung.

TeilnehmerInnen: Herr Jurczyk, Frau Liebig, Frau Pavlović-Rosman

Verfahrensmechaniker/in für Beschichtungstechnik (Mär. 2019)

Lehrerfortbildung im Rahmen des Landeswettbewerbs „Jugend forscht“ in Airbus, Hamburg: Fachvortrag zum Thema Beschichtungstechniken bei der Beschichtung eines Flugzeuges: im Workshop „Paint Shop New Technology and Techniques“ haben die Teilnehmer die neusten Lackierungstechniken und Lackmischungen selber ausprobiert.

Teilnehmerin: Frau Pavlović-Rosman

Methoden für den sprachsensiblen Unterricht (Mär. 2019)

Ausgehend von der regionalen Fortbildung in Budapest zum sprachsensiblen Unterricht wurde diese vom DFU-Fachleiter MINT-spezifisch erörtert und an die Kollegen des mathematischen und naturwissenschaftlichen Fachbereichs herangetragen. Es wurden innerhalb der Fortbildung DFU-Verabredungen getroffen, die innerhalb des MINT-Unterrichts anzuwenden sind.

TeilnehmerInnen: Herr Jurczyk, Frau Liebig, Frau Pavlović-Rosman, Herr Sušić

Erstellung von Abiturarbeiten innerhalb der Region Osteuropa (Regionalabiturtreffen zu Mathematik, Physik, Chemie und Biologie) (Okt. 2018)

In den Regionalabiturtreffen werden Abituraufgaben gemeinsam erstellt. Sie dienen auch dem Zweck, sich fachlich auszutauschen und anzugleichen. Die Kollegen aus Mathematik und Naturwissenschaften nehmen jährlich an den Veranstaltungen teil.

TeilnehmerInnen: Herr Jurczyk, Frau Liebig, Frau Pavlović-Rosman, Herr Sušić

Kreativitätstechniken für den MINT-Unterricht (Feb. 2018)

Lehrerfortbildung im Rahmen des 23. Regionalwettbewerbs „Jugend forscht“ Weimar, Mittelthüringen: Es wurden Methoden und Techniken vorgestellt und durch einen Workshop aktiv ausprobiert, die den MINT-Unterricht sowie das Erbringen kreativer Leistungen deutlich erleichtern.

Teilnehmerin: Frau Pavlović-Rosman

MINT-spezifische Erweiterung des DFU-Konzepts

Sprache ist der Vermittler. Ohne Sprache ist keine mathematische und naturwissenschaftliche Bildung möglich.

Die zu MINT zugehörigen Fachbereiche haben innerhalb des formulierten DFU-Konzepts Schwerpunkte gelegt, die in Hinblick auf die MINT Fächer wichtig erscheinen. Diese Schwerpunkte/ Verabredungen werden innerhalb der Fachkonferenzen gesetzt und systematisch in den Unterricht eingearbeitet. Diese Konzepterweiterung ist dynamisch und verändert sich mit der Zeit.

Verabredung innerhalb der Fachschaft MINT

Die MINT-Lehrer haben sich geeinigt, kooperative Lernformen (ICH-DU-WIR) mindestens einmal in der Woche in allen Klassen anzuwenden. Beispielsweise sollen Merksätze grundsätzlich nicht aus einem Buch abgeschrieben werden, sondern immer nach der ICH-DU-WIR-Methode eigenständig produziert werden. Eine Reflexion von ICH-DU-WIR ist nach einer Laufzeit von einem Monat vorgesehen.

 

Erstellen von Erklärvideos im Mathematikunterricht

Die Mathematik-Fachkollegen haben sich geeinigt, das Projekt „Erklärvideos und Moodle“ durchzuführen. Zielsetzung ist es u.a., dass die Schüler die mathematische Fachsprache angemessen anwenden. Für die Erstellung der Lernvideos erhalten die Schüler Worthilfen und Fachbegriffe, die in jedem Fall im Video vorkommen sollen.

Erklärvideo

Der Kampf gegen die sprachliche Fossilierung

Der Begriff der sprachlichen Fossilierung wurde von Josef Leisen geprägt. Ein Schüler sagt: „Musst du machen 3 und 4 ist 12.“ Der Fachlehrer versteht den Schüler inhaltlich. Sobald die Kommunikation gelingt, ist die Gefahr der sprachlichen Fossilierung nicht weit. Die Kommunikation im Fachunterricht ist allerdings nicht fehlertolerant. Mit dem Sprachfehler muss also im Unterricht umgegangen werden. Der Lehrer sagt: „Inhaltlich hast du Recht. Wiederhole trotzdem deinen Satz und benutze die Fachbegriffe multiplizieren und Produkt.“

Anwendung von Worthilfen in Arbeitsaufträgen

Die MINT-Lehrer sind verstärkt angehalten, Worthilfen im Unterricht mit einzubauen. Im Folgenden ist ein Beispiel aus dem Physikunterricht (Klasse 7) der DISZ gezeigt. Der Lehrer zeigt den Schülern einen Stummfilm, in welchem mit Hilfe der Differenzmethode das Volumen eines Körpers bestimmt wird. Im Arbeitsauftrag werden Worthilfen eingesetzt.

Experiment

Exemplarisches Beispiel aus einer Unterrichtsstunde:

  • Beschreibe die Durchführung des Experiments. Benutze dazu die Wörter: ablesen, das Volumen, der Wasserstand, der Körper, etwas hineintun, ansteigen
  • Schreibe die Auswertung des Experiments auf. Benutze die Wörter: eine Differenz bilden, die Werte, das Volumen
  • Zusatzaufgabe: Bewerte das Experiment in Hinblick auf Messungenauigkeiten.
 

Worthilfen zur Erstellung eines naturwissenschaftlichen Protokolls

Im naturwissenschaftlichen Unterricht werden Versuchsprotokolle geschrieben. Für die Schüler wurde ein Hilfsblatt zur Erstellung von Protokollen bereit gestellt, in welchem Worthilfen und Formulierungsmöglichkeiten enthalten sind.

Weitere Materialien

Für MINT-Fächer entworfene Unterrichtsmaterialien finden sich auf der Internetseite von PASCH.

Eine hilfreiche Ausarbeitung zur Wortschatzarbeit ist Wortschatzarbeit im naturwissenschaftlichen Unterricht – Biologie, Chemie, Physik – (PDF, 237 S., 3,3 MB) von Sabine Both, Oliver Pechstein und Ilona Siehr, verfügbar auf dem Bildungsserver Berlin-Brandenburg.

Berufs- und Studienorientierung

Jedes Jahr findet eine regelmäßige Studien- und Berufsberatung für Schüler der Klassenstufen 9-12 statt. Die Studien- und Berufsberatung hat u.a. den Schwerpunkt MINT. Seit Jahren wird die Schule durch den EURES- und Berufsberater Herrn Erfkamp unterstützt. Einmal im Jahr werden die Schüler der Klassen 9-12 individuell von Herrn Erfkamp beraten. Die MINT-Lehrer geben auch grundsätzlich, je nach Passung zum Themenbereich des Unterrichtsfaches, Ausblicke zu bestimmten Berufen.

Beispielsweise wurde im Rahmen des Themenfelds Radioaktivität der Aufbau und die Funktionsweise eines Positron-Emissions-Tomografen behandelt. Schnell kommt innerhalb der Unterrichtstunde zu Gesprächen zur Bedeutung der Medizintechnik in unserer Lebenswelt.

Weitere Links und Informationsmaterialien finden sich unter:

Weitere Fördermaßnahmen

  • Regelmäßig werden Wirtschaftsleute aus Naturwissenschaften und Technik eingeladen (siehe Elternarbeit).
  • Jedes Jahr wird innerhalb des Projekttages Fit for Life ein Bewerbungstraining durchgeführt.
  • Mädchen werden im MINT-Bereich durch den Girls Day für Mint-Berufe gefördert.
  • Berufspraktika (auch in MINT-Berufen) finden in der Klassenstufe 9 statt.
  • Herausgabe von Informationsmaterialien zu MINT (u.a. die Broschüre „MINT for you / Mädchen“)
Elternarbeit

Die ausgeprägte Schulkultur der DISZ ermöglicht eine intensive und produktive Zusammenarbeit zwischen allen an der Schule MINT-Interessierten. Dazu gehören auch die Eltern. Sie engagieren sich auch, denn die Wichtigkeit des Ausbaus des Naturwissenschaftsfachbereichs ist bei den Eltern angekommen. Viele halten dies für ein nicht unwichtiges Argument für die Entscheidung das eigene Kind auf die Schule zu schicken.

Organisation von Referenten

Die Eltern unterstützen die Schule. Frau Poldrugac, Mutter und passionierte Ingenieurin organisiert Referenten aus Wirtschaft und Universitäten, die Fachvorträge an unserer Schule halten. Dadurch erhalten die Schüler gute Einblicke in Berufsbilder aus MINT-Bereichen.

Microbits

Microbits sind kleine innovative Einplatinencomputer (Mikrocontroller) der im Juli 2015 von der „British Broadcasting Corporation“ vorgestellt wurden. Ziel soll es nämlich sein, die Schulbildung im Bereich der Informationstechnik zu verbessern. Über 20 Microbits wurden von Eltern der DISZ organisiert. Seitdem werden diese stets im Unterricht und in informationstechnischen Projekten eingesetzt.

Materialunterstützung

Die Filamentrollen für den 3D-Drucker sind schnell aufgebraucht. Frau Krepelnik spendete dem Naturwissenschaftsfachbereich eine Filamentrolle zum Drucken und weitere technische Kleinteile für die Informatik-AG.

Kommunikation

Zusätzlich werden die Eltern über die Website und die Newsletter regelmäßig über MINT-Projekte und -Inhalte informiert.

Exkursionen

Die SchülerInnen an der DISZ unternehmen regelmäßig Exkursionen zu MINT-spezifischen Themen. Berichte von diesen Exkursionen werden in unserer Rubrik Neuigkeiten veröffentlicht und im Archiv aufbewahrt.

Kooperationen

Das schulische Angebot wird durch die Kooperation mit anderen Schulen und außerschulischen Institutionen stark bereichert. Die Schule wird dadurch stärker nach außen repräsentiert und der Lebensweltbezug wird intensiver. Die folgenden Kooperationen sind bereits entstanden oder werden angestrebt.

Eurocampus

Im Rahmen des Eurocampus teilt sich die DISZ ein Schulgebäude mit der Französischen Schule, der Ecole Française Internationale de Zagreb. Auf dem Campus ist Europa für die Kinder bereits in frühem Alter durch schulübergreifenden Unterricht sowie durch gemeinsame interkulturelle Projekte und Veranstaltungen erlebbar.

Durch den Eurocampus ergibt sich kanonisch eine Kooperation mit der Ecole Française. Die MINT-Fächer profitieren davon, aufgrund von

  • gemeinsamer Tandemarbeit mit den Lehrern,
  • Austausch der naturwissenschaftlichen Experimentiermaterialien,
  • gemeinsamen Arbeitsgemeinschaften (Chemie AG),
  • gegenseitiger Hospitation der Schüler in den Fächern der jeweils anderen Schule.

Deutsch-Kroatische Industrie- und Handelskammer

Die DISZ befindet sich in enger Zusammenarbeit mit der deutsch kroatischen Industrie- und Handelskammer. Hier leisten die Schüler u.a. ihre Berufspraktika in Klassenstufe 9 ab.

Bundesagentur für Arbeit

Dominic Erfkamp ist unser Berufs- und EURES-Berater. Jedes Jahr besucht er die Schule und berät die Schülerinnen und Schüler.

BASF

Die DISZ hat einen Kontakt zu einem chemischen Institut (zugehörig zu BASF) in Zagreb hergestellt. Die Schüler werden demnächst einen Ausflug dorthin unternehmen. Das Institut von BASF ist an einer Kooperation interessiert.

Deutsche Schule Toulouse

Auch hier wird eine Kooperation angestrebt. Die Naturwissenschafts-Lehrer und Schüler haben sich im Rahmen von Jugend forscht in Hamburg kennengelernt. Einige Schüler und MINT-Lehrer der DISZ möchten im Sommer 2020 die Deutsche Schule Toulouse besuchen. Die Teilnahme der Schüler am Unterricht ist vorgesehen. Die MINT-Lehrer erhalten die Gelegenheit, sich fachlich auszutauschen.

MINT-Projekt

Projekt - Industrieroboter

Motivation:

„Big Data“ wird immer wichtiger. Schon bald werden wir von Robotern umgeben sein und jemand muss diese programmieren. Die Fähigkeit zu Programmieren wird in Zukunft zur Schlüsselkompetenz. Damit Deutschland wettbewerbsfähig bleibt muss man diese schon früh fördern. Die DISZ möchte einen kleinen Beitrag dazu leisten und hat schon mal einen kleinen Industrieroboter entwickelt.

projekt industrieroboter 1

Beschreibung:

In diesem Projekt wurde von motivierten Schülern der 8.ten Klassenstufe außerhalb des Fachunterrichts ein kleiner ferngesteuerter und gut beweglicher Roboterarm gebaut und programmiert. Mit Hilfe eines Steuerarms können die Bewegungsabläufe des Roboters eingefügt werden. Der Roboter besitzt zusätzlich eine „Teach-Funktion“. Das bedeutet, dass ein beliebig vorgegebener Bewegungsablauf in den Roboter eingespeist und in einer Endlosschleife wiederholt werden kann, genau wie bei einem echten Industrieroboter😊 Schaue dir am besten das Video dazu an.

                     

 

Materialien:

3xPotentiometer, Holzstäbe, doppelseitiges Klebeband, 4xServomotor, 2xMikrocontroller, Verbindungskabel, 4,5V-Blockbatterie und 2xSteckbrett

 

Schaltung:

 projekt industrieroboter 2

Entnommen aus http://johnny-five.io/examples/potentiometer/ (Oktober 2018)

Stelle dir anstelle des Arduino einen Microbit vor.

Die Spannungsabfälle werden an den

Pins 0, 1 und 2 gelesen (da drei Potentiometer).

projekt industrieroboter 4

Entnommen aus https://makecode.microbit.org/# (Oktober 2018)

projekt industrieroboter 3

Entnommen aus https://makecode.microbit.org/# (Oktober 2018)

Zusätzlich wurde eine externe Spannungsquelle (4,5V Blockbatterie angeschlossen, da die zugeführte Spannung durch die Microbits nicht ausreicht.

Programm:
Das Programm wurde mit dem Java Script Blocks Editor geschrieben (www.microbit.org) Du kannst das Programm kopieren und im Editor einfügen.

Programm Steuerarm

Programm Roboterarm

 

let Pot3 = 0

let list3: number[] = []

let Pot2 = 0

let i = 0

let list2: number[] = []

let list1: number[] = []

let Pot1 = 0

radio.setGroup(1)

list1 = [0]

list2 = [0]

list3 = [0]

i = 0

basic.forever(() => {

Pot1 = pins.map(

pins.analogReadPin(AnalogPin.P0),

0,

1023,

0,

1023

)

radio.sendNumber(Pot1)

list1[i] = Pot1

Pot2 = pins.map(

pins.analogReadPin(AnalogPin.P1),

0,

1023,

1024,

2047

)

radio.sendNumber(Pot2)

list2[i] = Pot2

Pot3 = pins.map(

pins.analogReadPin(AnalogPin.P2),

0,

1023,

2048,

3071

)

radio.sendNumber(Pot3)

list3[i] = Pot3

if (input.buttonIsPressed(Button.A)) {

i += 1

}

if (input.buttonIsPressed(Button.B)) {

for (let k = 0; k <= i; k++) {

radio.sendNumber(list1[k])

radio.sendNumber(list2[k])

radio.sendNumber(list3[k])

basic.pause(300)

}

}

})

 

radio.onDataPacketReceived( ({ receivedNumber }) => {

if (receivedNumber >= 0 && receivedNumber <= 1023) {

pins.servoWritePin(AnalogPin.P0, pins.map(

receivedNumber,

0,

1023,

0,

180

))

} else if (receivedNumber >= 1024 && receivedNumber <= 2047) {

pins.servoWritePin(AnalogPin.P1, pins.map(

receivedNumber,

1024,

2047,

0,

180

))

} else if (receivedNumber >= 2048 && receivedNumber <= 3071) {

pins.servoWritePin(AnalogPin.P2, pins.map(

receivedNumber,

2048,

3071,

0,

180

))

}

})

radio.setGroup(1)

 

Erläuterungen zum Programm:

Programm Steuerarm

Programm Roboterarm

 

Potentiometer sind Spannungsteiler. Sobald am Potentiometer gedreht wird, werden die Spannungsverhältnisse bei Anlegen einer Spannung geändert. Diese Änderungen können mittels „analogreadpin“ von einem Mikrocontroller eingelesen werden.

Diese eingelesenen Werten sollen über „radiosendnumber“ an den zweiten Mikrocontroller gesendet werden.

Außerdem soll durch das Drücken von „Knopf A“ der jeweilige Spannungswert der drei Potentiometer (entspricht der jeweiligen Position) in drei Listen abgespeichert werden. Sobald „Knopf B“ gedrückt wird, sollen die Listen (und somit der gesamte Bewegungsablauf) an den zweiten Mikrocontroller gesendet werden.

 

Hier sollen nun die Servomotoren mit den gesendeten Daten gefüttert werden. Dies geschieht mittels „servowritepin“. Damit der Mikrocontroller weiß, welche Daten zu welchem Servo gehören wurden vorher Zahlenbereiche festgelegt.

Z.B. gehören Zahlen zwischen 1024 und 2047 zu dem zweiten Servomotor. Da der Servomotor sich nur zwischen 0 und 180 Grad bewegen soll, werden diese Zahlen

1024 – 2047 zu 0 – 180 komprimiert.

 

 

Arbeitsauftrag für Interessierte:

1. Im Programm ist der „Greifarm“ des Roboters noch nicht berücksichtigt. Ergänze das Programm so, dass der Roboter auch greifen kann.

2. Der gelernte Bewegungsablauf des Roboters ist nicht kontinuierlich. Das liegt daran, dass der Microbit einen sehr kleinen Speicher besitzt. Für das Abspeichern und Senden höherer Datensätze ist ein anderer Mikrocontroller (Arduino oder Raspberry Pi) notwendig. Überlege dir, welche Befehle eine kontinuierliche Positionsspeicherung ermöglichen würden.

Projekt – Tesla Spule

Motivation:

Nicola Tesla (1856-1943). Ein Verrückter oder ein Genie? Für die Zeitgenossen war das bei Nicola Tesla nicht so leicht zu beurteilen. Vielleicht von beidem etwas?

Der in Kroatien als Sohn serbischer Eltern geborene Erfinder, Physiker und Ingenieur machte es seinen Mitmenschen nicht leicht. 280 Patente hat gehalten, wäre er geschäftstüchtig oder auch nur „vernünftig“ gewesen, hätte er ein reicher Mann werden können. War er aber nicht. Berühmt wurde er dennoch.

projekt tesla spule 1

Entnommen aus https://de.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla (Dezember 2018)

Wir verdanken ihm den Sieg des Wechselstroms über den Gleichstrom und die Erfindung des magnetischen Drehfelds als Ausgangspunkt zur Erfindung entsprechender Mehrphasengeneratoren und -motoren. Andererseits gehen auch verrückte Sachen wie der Apparat zum Gebrauch von Strahlungsenergie (zur Gewinnung von Energie aus der Raumluft) oder der Plan zur Bekämpfung von U-Booten mit Hilfe von hochkonzentrierten Energiestrahlen auf sein Konto.

Aber so ist das mit den Genies – ihre Ideen erscheinen uns zunächst verrückt - nicht alle sind es aber dann auch. Der „verrückte“ Autobauer unserer Tage hat seinen Namen sehr gut gewählt. Und die Firma Bosch plant einen Elektrolastwagen gemeinsam mit einem US-Startup namens Nicola. Wirklich!

Die Schülerinnen und Schüler hatten nun die Gelegenheit am Tag der offenen Tür eine Tesla Spule zu bauen!

Beschreibung:

Genau betrachtet handelt es sich bei der unteren Schaltung um keine Tesla-Spule. In der unteren Schaltung wird das Prinzip der Rückkopplung angewandt. Nach dem Einschalten fließt elektrischer Strom über den Widerstand zur Basis des Transistors. Aufgrund des Basisstroms fließt ein Kollektorstrom über die Primärspule und es baut sich ein Magnetfeld auf, welches wiederrum einen Strom in der Sekundärspule induziert. Dieser Strom sperrt den Transistor. Das Magnetfeld in der Spule baut sich ab und die induzierte Spannung ändert ihre Polarität. Sobald der Strom über den Widerstand wieder eine positive Spannung an der Basis anliegen lässt, beginnt der Vorgang wieder von vorne.

Hält man eine kleine Neonröhre in der Nähe der Tesla-Spule, so fängt diese an zu leuchten. Schau dir das Video dazu an.

 

Materialien [2] :

Kupferlackdraht, Kupferdraht (isoliert) Widerstände, Schalter, Blockbatterie, Transistor, Standard-LED, Dioden, Ferritkern (8mm Durchmesser), kleine Neonröhre, Lötkolben, Lötzinn

 

projekt tesla spule 2

Schaltung:

projekt tesla spule 3    projekt tesla spule 4

Entnommen aus http://www.sgoc.de/minicoil_de.html (Dezember 2018)

 

 

Otto der Ultraschallroboter

 

Projektbeschreibung:

Otto ist ein kleiner Roboter, der sich mit Hilfe von 4 Servomotoren selbstständig bewegen kann. Hindernissen weicht er elegant aus. Dazu dient ein Ultraschallsensor, der stets den Abstand zum Hindernis misst. Wird dieser zu klein, so dreht sich der Roboter.

Das Gehäuse des Roboters wurde mit Hilfe eines 3D-Druckers gedruckt. Das Design des Gehäuses findest du unter https://www.thingiverse.com/search?q=otto&dwh=165c1153ac720df

projekt otto 1

 

 

Das RC-gesteuerte Flugzeug

Projektbeschreibung:

Die Schüler der 7 Klasse haben aus Architektenpapier ein Flugzeug gebastelt. Dieses wurde im Laufe der Zeit mit immer mehr Technik ausgestattet. Das Flugzeug besitzt an den Flügeln zwei Servomotoren, welche zwei bewegliche Flügelklappen steuern. Das Flugzeug soll durch einen Elektromotor angetrieben werden.

projekt flugzeug 1

Aktuelles Programm:

Sender:

radio.setGroup(42)

radio.sendNumber(input.acceleration(Dimension.X))

basic.forever(function () {

radio.sendNumber(42)

})

Empfänger:

radio.onReceivedNumber(function (receivedNumber) {

if (receivedNumber == 1) {

pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)

pins.digitalWritePin(DigitalPin.P1, 1)

pins.analogWritePin(AnalogPin.P2, 1023)

} else if (receivedNumber == 2) {

pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)

pins.digitalWritePin(DigitalPin.P1, 0)

pins.analogWritePin(AnalogPin.P2, 0)

}

})

basic.forever(function () {

radio.setGroup(42)

})

Dieses Programm steuert die Flügelklappen. Das Programm muss noch erweitert werden, um den Elektromotor steuern zu können.

Aktueller Stand:

Die Steuerung der Flügelklappen funktioniert mittlerweile. Ein Elektromotor wurde bereits bestellt und soll eingebaut werden.

Schokolade – eine brennende Köstlichkeit [3]

Da wir große Schokoladen- und Chemieliebhaber sind, möchten wir mit Schokolade experimentieren um herauszufinden, ob sie brennen kann. Falls Schokolade brennen kann, werden wir erforschen, warum und unter welchen Umständen. Dafür werden wir verschiedene Reaktionsbedingungen (Temperatur, Dauer, usw.) testen. Darüber hinaus werden wir mit verschiedenen Schokoladenarten experimentieren um das Brennverhalten zu analysieren.

projekt schokolade 1

projekt schokolade 2

projekt schokolade 3

Besteck aus Bioplastik

Uns ist aufgefallen, dass viel zu viel Plastikbesteck in unserer Schule schnell im Müll landet. Deshalb ist das Ziel unseres Projekts umweltfreundliches Besteck und Becher herzustellen. Wir werden erforschen, welche Materialien dafür am besten geeignet sind und welches Verfahren die beste Qualität in der kürzesten Zeit bietet.

projekt besteck 1

projekt besteck 2

Das gedruckte Flugzeug

projekt gedrucktes flugzeug 1

Entnommen aus: https://www.thingiverse.com/thing:56147 (Dezember 2018)

Die Schüler der Informatik-AG haben sich vorgenommen, ein Modellflugzeug (Gleiter) zu konstruieren. Die Einzelteile des Flugzeugs sollen gedruckt werden. Experimente zum Auftrieb und zur Aerodynamik sind vorgesehen. Ein Testflug soll auch stattfinden. Die Ergebnisse sollen protokolliert werden.

projekt gedrucktes flugzeug 2

Stand der Arbeit:

Alle Einzelteile des Flugzeugs wurden bereits gedruckt und sollen demnächst zusammengebaut werden. Ein Schüler der Klasse 7 hat sich nun bereit erklärt, das Flugzeug im Rahmen von Jugend forscht 2021 zu verwenden. Ziel soll es sein, das Flugzeug mit Solarzellen zu bestücken.

projekt gedrucktes flugzeug 3

Einzelteile des Gleiters

projekt gedrucktes flugzeug 4

Von einem Schüler (Kl.7) bereits zusammengebaut

 

Der intelligente Schuh

Projektbeschreibung:

Die Schüler Kilian (Kl.10), Antonio (Kl.9) und Luis (Kl.10) haben einen herkömmlichen Schuh so modifiziert, dass dieser die Fähigkeit besitzt, Druckausübungen zu erkennen und zu deuten. So kann er dazu genutzt werden Geräte wie Lampen, RC-Cars oder sogar Prothesen zu steuern. Dies wir dadurch ermöglicht, dass im Schuh, oder besser gesagt in der Schuhsole, mehrere Drucksensoren untergebracht wurden. In dem Fall, dass sie ein Signal registrieren, wird ein Impuls an einen zweiten Microbit (Empfänger) übertragen, welcher über Radiowellen mit einem ersten verbunden ist. Diese Microbits sind mit einem simplen Javascript programmiert, was auch eine Neuprogrammierung für Laien möglich macht. Der intelligente Schuh ist dazu entwickelt worden, Geräte steuern zu können und gleichzeitig beide Hände frei zu haben.

projekt schuh 1

projekt schuh 2

https://www.watterott.com/de/Drucksensor-127mm (Dezember 2018)

 

 

 

Das Digitalmikroskop

 

projekt digitalmikroskop 1

Bild entnommen aus http://hackerspace-ffm.de/wiki/index.php?title=DIY_Mikroskop

Projektbeschreibung:

Der Fachbereich Naturwissenschaften plant die Durchführung des fachübergreifenden Projekts „Bau eines Mikroskops“.

Mikroskopie ist im Biologieunterricht unverzichtbar. Durchlichtmikroskope mit einer hohen optischen Qualität sind teuer, empfindlich und in der Regel nicht mobil. Diese Nachteile können durch unser geplantes Digital-Mikroskop kompensiert werden. Die Anschaffungkosten belaufen sich auf ca. 20€. Größenordnungen von ca. 400μm können problemlos erreicht werden. Die Materialien sind bereits eingetroffen. Das Mikroskop befindet sich in der Bauphase. Das Stativmaterial wurde zum Teil mit dem 3D-Drucker gedruckt.

projekt digitalmikroskop 2

Das Objektiv der Digitalkamera wurde umgedreht. Die Kamera wurde an die Holzplatte befestigt.

Auf der unteren Internetseite findet man eine Anleitung zum Bau des Mikroskops.

http://hackerspace-ffm.de/wiki/index.php?title=DIY_Mikroskop

Stand der Arbeit:

Das Digitalmikroskop ist fertig und einsatzbereit. Folgende Bilder wurden mit dem Mikroskop aufgenommen.

projekt digitalmikroskop 3    projekt digitalmikroskop 4

Querschnitt der Muskelfaser einer Maus

 

Die Handprothese

 

Projektbeschreibung:

Die Schüler Din und Luka (Kl. 7) planen den Bau einer automatischen Handprothese. Diese soll sich in Analogie zur linken Hand bewegen. Mit Hilfe eines sogenannten „Flex-Sensorstreifens“ sollen Bewegungsabläufe der linken Hand eingelesen werden und in die Roboterhand übertragen werden. Die Flexsensoren wurden bereits vom Fachbereich „Naturwissenschaften“ bestellt und warten auf ihren Einsatz. Es ist gedacht, dieses Projekt im Rahmen von „Jugend forscht 2020“ durchzuführen.

projekt handprothese 1

Entnommen aus https://www.youtube.com/watch?v=ldIhbU-DJco (Dezember 2018)

projekt handprothese 2

Flex-Sensor

Stand der Arbeit:

Die Handprothese wurde gedruckt und wird nun zusammengebaut. Die einzelnen Finger sollen mit Servomotoren bewegt werden. Die Servomotoren werden mit fünf Flex-Sensoren gesteuert. Der Mikrocontroller Arduino wird hier verwendet.

projekt handprothese 3

 

 

Bisheriges Programm:

#include <Servo.h>

Servo servorot;

int Dehnung;

void setup() {

servorot.attach(8);

}

void loop() {

Dehnung = analogRead(A0);

Dehnung = map(Dehnung, 90, 290, 180, 90);

servorot.write(Dehnung);

}

 

Erläuterung zum Programm:

Das Programm wurde in der Programmiersprache C verfasst. Es ist simpel: die veränderlichen Spannungswerte werden eingelesen und in Gradzahlen zwischen 90° und 180° umgewandelt. Diese Gradzahlen werden dem Servomotor mitgeteilt.

 

 

Öko statt Plastik [4]

Da wir nun auch an unserer Schule einen neuen 3D-Drucker bekommen haben, der – wie alle anderen auch – Plastikfilament benötigt, möchten wir gerne so viel wie möglich auf Plastik verzichten und uns auf eine umweltfreundliche und günstige Alternative konzentrieren.

In unserer Arbeit haben wir dementsprechend neue chemische Stoffe und Bedingungen erforscht und uns dabei auf die chemische Synthese biologisch abbaubarer Stoffe fokussiert. Mit diesen entwickelten wir ein neues Filament, dessen Eigenschaften wir zuerst im Labor untersuchten und danach mit dem 3D-Drucker testeten und mit anderen verglichen.

Würde sich eine Alternative, wie unser Filament auch praktisch durchsetzen, wäre man dem Wechsel vom „Plastikzeitalter" in ein „Ökozeitalter" einen Schritt näher. Des Weiteren wäre solch eine Alternative in der heutigen Welt nützlich, da 3D-Drucker immer öfter in vielen Bereichen benutzt werden und dadurch auch immer mehr Filament verbraucht wird.

projekt oeko 1

projekt oeko 2

 

Tierhaltung in der Schule

Projektbeschreibung:

Interesse für Lebendiges wecken und biologisches Wissen aufbauen sind wesentliche Beweggründe für eine dauerhafte Haltung von Tieren an der Schule. Die Schüler üben einen verantwortungsbewussten Umgang mit Lebewesen und bauen eine emotionale Bindung zu den anvertrauten Tieren auf.

Gespenstschrecken (Phasmiden), Achatschnecken (Achatinafulica), Schwarzkäfer (Tenebriomolitor) und Goldfische (Carassiusauratus) werden im Naturwissenschaftsraum gehalten.

projekt tierhaltung 1

projekt tierhaltung 2

projekt tierhaltung 3

 

Unterrichtseinheit :Stabheuschrecken (Phasmiden) (phasma lat.: Gespenst)

Materialien: 1. http://www.schulbiologiezentrum.info/AH%2015-7%20Gespenstschrecke.pdf

Materialien: 2. https://li.hamburg.de/contentblob/2833876/f5e70c3e37a148ee5251f039e5c69df8/data/pdf-insekten-beobachten-analysieren-und-schlussfolgern.pdf

Kompetenzförderung durch Lernen an Stationen

Einerseits lernen die Schüler der 7. Klasse die Grundformen der Gruppenarbeit (Tierwächter, Zeitnehmer, Protokollant....) andererseits wird durch das Lernen an Stationen das Verhalten und die Morphologie der Phasmiden erforscht.

Zum Abschluss der UE haben die Schüler im Vergleich, die vollständige und die unvollständige Verwandlung anhand eines Portfolios zu dokumentieren. Dazu bekommt jeder Schüler eine Schwarzkäferlarve und ein Phasmidenei zu Beobachtung mit nach Hause.

tierhaltung

projekt tierhaltung 5

Erklärvideos und Moodle

Motivation:

Traditionell halten Schüler ihr Wissen mit eigenen schriftlichen Notizen während des Unterrichts fest. Doch diese „Aufzeichnungen“ können auch anders erfolgen, nämlich mit Hilfe von Lernvideos. besitzen den Vorteil, dass sie nicht verloren gehen und jederzeit wieder abgerufen werden können. Ein weiterer Vorteil ist das Zurückspulen eines Videos. Wurde der Inhalt beim ersten Mal nicht verstanden, kann man das Video mehrmals anschauen. Der Lernfluss wird nicht unterbrochen. Außerdem entsteht die Mathematik innerhalb des Videos. Heftaufschriebe haben den Nachteil, dass sie bereits „fertig“ sind. Die chronologische Nachvollziehbarkeit wird dadurch erschwert.

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Mathematikunterrichts haben sich die Kollegen verständigt, mit ihren Klassen mathematische Erklärvideos (ab und zu) zu produzieren. In diesen Videos werden Themen Inhalte aus verschiedenen Themenbereichen erklärt. Bei der Erstellung der Videos sollen die Schüler darauf achten, die Fachsprache sachgemäß zu benutzen. Die Schüler erhalten dazu in der Regel Wortfelder als Hilfestellung. Am Ende der Produktion werden die Erklärvideos gemeinsam von den Klassen begutachtet und auf die Lernplattform „Moodle“ hochgeladen. Außerdem sollen diese in Form von QR-Codes in den Schulgängen für die SchülerInnen zugänglich sein.

formulas

erklaervideos 2

Zielsetzung:

Es ist gedacht, die Erklärvideos der Schüler auf die Austauschplattform „Moodle“ hochzuladen. Von dort aus erhalten alle Schüler Zugriff auf die Videos. Dadurch soll eine zusätzliche Lernhilfe für die Schüler bereitgestellt werden. Die Anzahl und die Qualität der Videos soll mit der Zeit zunehmen.

Stand des Projekts:

Der Aufbau der Moodle-Plattform ist bereits in Arbeit. Die Schüler der Klassenstufen 6-9 erstellen exemplarisch Lernvideos zu aktuell behandelten Themenbereichen.



[1] Das Programm wurde mit dem Java Script Blocks Editor geschrieben ( www.microbit.org) Du kannst das Programm kopieren und im Editor einfügen.

[2] Ausführlichere Informationen findest du unter der Homepage http://www.sgoc.de/minicoil_de.html

[3] Alle Plakate wurden im Rahmen von Jugend forscht von den Schülern selbstständig hergestellt.

[4] Die vollständigen Plakate befinden sich im Anhang.

MINT-Sternstunden

 

MINT-Sternstunden

Letztendlich kommt es auf den Unterricht an. Dem MINT-Fachbereich ist es wichtig, dass der Unterricht neben dem Bezug zum Rahmenlehrplan auch

  • anschaulich,
  • schüleraktivierend,
  • modern und
  • nachhaltig ist.

Im Folgenden sind Ergebnisse aus Sternstunden aufgezeigt, die in den letzten beiden Schuljahren durchgeführt wurden. Durch die QR-Codes gelangt man zu den entsprechenden Videos.

Bau einer Kaltwasserrakete

Informationsübertragung mit einem Laser

Automatisches Bewässerungssystem

Arbeit mit lichtempfindlichen Widerständen

Stromkrieg – Gleichstrom vs. Wechselstrom

Bilder mit einer Lochkamera erzeugen und entwickeln

Steuerung mit Hilfe von Ultraschallsensoren

Steuerung eines Servomotors

Vom Ei zum Küken

Der chemische Garten

Bau eines Sonnenkollektors 

Video entnommen aus https://www.youtube.com/watch?v=5bxoJoEj_Jw (Juni 2019)

Mondsprung-Videoanalyse

Mitosestadien

Geometrie im Gelände

 
     

 

Automatisches Bewässerungssystem

 

sternstunden bewaesserungssystem

sternstunden bewaesserungssystem 2

Die Schüler der 5.ten Klasse ein kleines automatisches Bewässerungssystem konstruiert und programmiert. Das Bewässerungssystem misst die Feuchtigkeit in der Blumenerde. Ist die Feuchtigkeit nicht ausreichend, so wird mit Hilfe eines kleinen Servomotors Wasser hinein gegossen.

Weitere Informationen findest du auf der Seite https://makecode.microbit.org/projects/plant-watering

 

 

Arbeit mit lichtempfindlichen Widerständen

Beschreibung:

In dieser Sternstunde wird ein Fotowiderstand (LDR) verwendet. Dieser ist vom Umgebungslicht abhängig (light dependent resistor). Je heller die Umgebung, desto kleiner wird der Widerstand. Damit lässt sich eine Schaltung konstruieren, die eine Leuchtdiode automatisch (je nachdem ob es hell oder dunkel ist) ein- oder ausschaltet. Dazu wurde auch ein kleines Programm geschrieben.

Materialien:

Widerstand (10kΩ), LDR, LED, Schaltbrett, Spannungsmesser, Microbit, Krokodilklemmen, Leiterkabel, Schaltbrett

sternstunden widerstaende 1

LDR (light dependent resistor)

sternstunden widerstaende 2

Programm:

let reading = 0

basic.forever(() => {

reading = pins.analogReadPin(AnalogPin.P1)

if (reading > 700) {

pins.analogWritePin(AnalogPin.P0, 1023)

} else {

pins.analogWritePin(AnalogPin.P0, 0)

}

})

Erläuterung des Programms:

Der Spannungsabfall am Fotowiderstand wird gelesen. Je höher der Spannungsabfall, desto größer ist der Widerstand und desto dunkler ist es. Wenn der Spannungsabfall den Wert 700 überschreitet, dann soll an der LED eine Spannung angelegt werden, sodass die LED leuchtet. Wie groß der Spannungsabfall am Fotowiderstand ist, lässt sich vorher Hilfe eines Spannungsmessers bestimmen.

sternstunden widerstaende 3

Schaltung

Bau einer Kaltwasserrakete

Im NuT-Unterricht haben die Schüler eine Kaltwasserrakete gebaut. Alles, was man dazu benötigt, ist eine PET-Flasche, ein Fahrradventil, eine Fahrradpumpe, eine Heißklebepistole, ein Weinkorken und ein Bohrer (siehe Bild). Der Antrieb der Rakete erfolgt durch einen Wasserstrahl.

Physikalisches Prinzip:

Mit Hilfe der Fahrradpumpe wird ein hoher Druck in der Flasche erzeugt. Dieser ist irgendwann so hoch, dass der Korken und das Wasser hinausschießt. Nach dem Rückstoßprinzip wird die Rakete dabei nach oben gedrückt.

kaltwasserrakete

Bild entnommen aus Universum Physik Cornelsen

Die Lochkamera (camera obscura)

Bilder zu entwickeln ist nicht schwer. Man nehme einen Würfel mit einem kleinen Loch, welches durch eine kleine Blende abgedeckt wird. Hinter diesem Würfel wird lichtempfindliches Papier (Fotopapier) hineingetan. Dieses wird kurzzeitig beleuchtet. Dazu muss man die vordere Blende öffnen (für ca. 15 Sekunden) [2] , sodass das Licht durch das Loch hindurchgehen kann und auf das Fotopapier trifft (siehe Abbildung). An dieser Stelle wird es sozusagen „geschwärzt“. Danach muss man in einem angedunkelten Raum (am besten mit einer Rotlichtlampe [3] beleuchtet) das Foto herausnehmen und „entwickeln“. Dazu muss man zwei Bäder vorbereiten: ein Entwicklerbad und ein Fixierbad. Nach zirka einer Minute wird das Bild auf dem Fotopapier sichtbar.

sternstunden lochkamera 1

Bild entnommen aus http://gfs.khmeyberg.de/1011/1011Klasse6bPh/1011UnterrichtPhysik6bOptik.html (Oktober 2018)

Die Schüler der Klassenstufe 8 haben zum Themenfeld „Optik“ das untere Bild entwickelt. Das Foto wurde vor dem Schulgebäude aufgenommen. Die Belichtungszeit betrug ca. 20 Sekunden.

sternstunden lochkamera 2

Steuerung mit Hilfe von Ultraschallsensoren

Im Rahmen des NuT-Unterrichts haben die Schüler die untere Schaltung aufgebaut. Diese Schaltung ist die Grundlage für ein Fahrzeug, welches sich selbstständig bewegen kann. Die Bewegung des Fahrzeugs hängt von der Entfernung eines Hindernisses ab. Ist ein Hindernis nahe, so bleibt das Fahrzeug selbstständig stehen. Der Elektromotor wird mithilfe eines Transistors gesteuert, da die vom Mikrocontroller gelieferte Spannung von 3V für den Motor nicht ausreicht.

sternstunden ultraschallsensoren

Informationsübertragung mit einem Laser

Im Physikunterricht der Klassenstufe 8 haben die Schüler Musik mit einem Laser übertragen. Dazu wird an einen Lautsprecher ein kleiner Spiegel angebracht. Dieser wird von einem Laser anvisiert. Die Schwingung des Lautsprechers wird somit auf den Laser übertragen. Der Laser trifft nun auf eine weiter entfernte Photozelle, die wiederum an einen zweiten Lautsprecher angeschlossen ist. Die Musik ist über diesen zweiten Lautsprecher verzerrt hörbar.

sternstunden laser 1

Versuchsaufbau

sternstunden laser 2

Ein kleiner Spiegel wurde an der Membran befestigt.

sternstunden laser 3

Die Fotozelle wurde mit dem Klinkenstecker des zweiten Lautsprechers verbunden. Auf die Polung muss dabei geachtet werden.

 

Stromkrieg – Gleichstrom vs. Wechselstrom

Elektrische Energieübertragung erfolgt in der Regel mit Wechselstrom bei sehr hohen Spannungen bis zu 380 000V. Doch wieso benutzt man keine kleineren, ungefährlicheren Spannungen? Dazu haben wir einen Modellversuch aufgebaut. Schließt man an eine Gleichspannungsquelle mit 6V eine Glühlampe an, so leuchtet die Glühlampe hell und wir messen eine Spannung von ca. 6V an der Glühlampe. Bei einer Kabellänge von ca. 50m bleibt die Lampe allerdings dunkel. Wir messen nur noch eine Spannung von ca. 3V an der Glühlampe. Die Verlustleistung ist aufgrund der Kabellänge hoch.

 sternstunden stromkrieg 1

 

 

 sternstunden stromkrieg 2

Um dieses Problem zu umgehen benutzen wir Transformatoren. Wir transformieren die Spannung hoch und somit die Stromstärke herunter. Die Verlustleistung wird bei geringer Stromstärke aufgrund von  deutlich kleiner. Wir die Spannung zum Beispiel um den Faktor 8 hochtransformiert, so wird gleichzeitig der Strom um den Faktor 8 heruntertransformiert. Dadurch wird die Verlustleistung um den Faktor 64 kleiner.

sternstunden stromkrieg 3

Im oberen Versuchsaufbau wurde die Spannung um den Faktor 4 hochtransformiert und dann wieder um den gleichen Faktor herunter transformiert. Die Verlustleistung wurde erkennbar kleiner.

sternstunden stromkrieg 4

Schaltskizze zum Versuchsaufbau

 

Steuerung eines Servomotors

 

Beschreibung:

In dieser Stunde haben die Schüler der 5.ten Klasse einen Servomotor mit Hilfe eines Mikrocontrollers gesteuert. Die Schüler erhielten dazu das Bild der Schaltung. Diese sollten die Schüler eigenständig aufbauen.

Materialien:

Servomotor, Microbit, Leiterkabel mit Krokodilklemmen, 4,5-Volt-Blockbatterie

Erläuterung zur Schaltung:

Da unser Servomotor ein Spannung von ca. 4-6 Volt benötigt, unser Mikrocontroller jedoch nur eine maximale Spannung von 3 Volt liefert, wurde eine externe Batterie angeschlossen.

sternstunden servomotor 1

Schaltung

Programm:

basic.forever(() => {

pins.servoWritePin(AnalogPin.P1, 180)

basic.pause(1000)

pins.servoWritePin(AnalogPin.P1, 0)

basic.pause(1000)

})

 

Erläuterung:

Der Servomotor dreht sich mit einem zeitlichen Abstand von 1000ms in einer Endlosschleife um 180 Grad hin und zurück.

Im oberen Video wird die Steuerung eines Servomotors mit Hilfe eines Spannungsteilers demonstriert. Das Prinzip lässt sich auch auf die obere Unterrichtsstunde übertragen.

Geometrie im Gelände

Die 7. Klasse hat auf dem Schulhof die Höhe von Objekten mit Hilfe eines selbstgebastelten Theodoliten gemessen.

sternstunden geometrie 1

sternstunden geometrie 2

Mitosestadien

Die Schüler der 11. Klasse haben im Genetikkurs einen Stopp-Motion-Film zur Mitose produziert. Aus Salzteig entstanden beeindruckende Lehrvideos zum Thema.

sternstunden geometrie 3

sternstunden geometrie 4

Der Mondsprung-Videoanalyse

Stundenbeschreibung:

Die Verschwörungstheoretiker behaupten ja gerne, die Mondlandung von Apollo sei nicht echt gewesen. Dieser Sache wollten wir auf die Spur gehen. Im Rahmen des Themenfelds „Bewegungen“ in Klassenstufe 8 wurde die Bewegung eines Sprungs auf dem Mond analysiert. Diese wurde mit Hilfe der Videoanalysesoftware EVA (Easy Video Analysis) durchgeführt. Mit Hilfe dieser Software lassen sich einfach Strecke-Zeit- und Geschwindigkeit-Zeit Diagramme herstellen. Mit Hilfe dieser kann man die Beschleunigung auf dem Mond berechnen und mit dem Literaturwert vergleichen.

sternstunden mondsprung 1

Ausschnitt aus dem Video des Mondsprungs

Durchführung:

Zunächst werden Voreinstellungen getätigt. Zum Beispiel muss eine Längenskalierung vorgenommen werden. Das Programm muss nämlich wissen, wie lang die Objekte im Video sind. Die Größe des Astronautenanzugs schätzen wir auf 2m. Nach der Positionierung des Koordinatensystems wird die Messung vorgenommen. Dazu wird die Position eines ausgezeichneten Punktes (in unserem Fall der Fuß des Astronauten) angeklickt.

sternstunden mondsprung 2

Auswertung:

Das folgende Weg-Zeit-Diagramm hat sich bei der Videoanalyse ergeben. Legt man nun eine Parabel der Gleichung auf die Messpunkte, wobei die Zeit und die Mondbeschleunigung ist, so erhalten wir durch Vergleich einen Richtwert von . Dies stimmt mit dem Literaturwert von im Rahmen der Messmöglichkeiten gut überein. Die Verschwörungstheoretiker sollten sich also warm anziehen.

sternstunden mondsprung 3

Im Übrigen ist „der Beweis“ der tatsächlichen Mondlandung durch die „Triangulation“ gegeben. Interessierte können sich dazu den Vortrag von Astrophysiker Harald Lesch anschauen:

https://www.youtube.com/watch?v=OJntRO4231A

sternstunden mondsprung 4

Der chemische Garten

Chemischer Hintergrund :


Wasserglas ist eine konzentrierte Lösung von Natriumsilicaten. Man stellt letztere her, indem man feinpulverisiertes Quarz mit festem Natriumhydroxid erhitzt und so aufschließt. Formal gilt:

(1) formula1

Genau genommen bildet sich vor allem Natriumtrisilicat Na2Si 3O7. Wenn man das in Wasser oder besser noch in Natronlauge löst, entsteht Natron-Wasserglas. Die darin enthaltenen Silicat-Anionen bilden mit den Metallkationen der oben angeführten Salze schwerlösliche Verbindungen. Formal können wir schreiben:

(2) formula2


Wenn nun ein Kristall von einem löslichen Eisensalz mit Wasserglas zusammen kommt, beginnt sich dieser zu lösen. Die freigesetzten Eisen-Ionen reagieren sofort zu schwerlöslichem Eisensilicat, das sich als dünnes Häutchen um den Kristall legt. Das wirkt wie eine halbdurchlässige („semipermeable“) Membran: Es können nur die kleinen Wassermoleküle passieren, nicht aber die vor allem wegen ihrer Hydrathülle voluminösen und dazu noch positiv geladenen Metallkationen. Von Innen kann deshalb nichts nach außen gelangen, umgekehrt dringt aber Wasser ein. Durch den sich aufbauenden osmotischen Druck bläht sich die Silicathaut so lange auf, bis sie an einer Stelle aufplatzt. Es fließt etwas Eisensalzlösung nach außen und bildet wieder eine Haut - und so weiter. Durch das ständige Wechselspiel zwischen Umhüllen und Platzen und Wiederumhüllen scheint mehr oder weniger ruckartig eine Pflanze zu entstehen.

jar0 

Warum wachsen die chemischen Pflanzen überhaupt nach oben?

Man könnte ja auch meinen, dass sie schwerer sind als die Wasserglaslösung und deshalb am Boden entlang „kriechen“ sollten. Die Ursache ist, dass sich beim Lösen der Salze ständig Gasbläschen bilden, die für den nötigen Auftrieb der Pflanzenspitzen sorgen.
Dabei handelt es sich um Luft, die bei der Kristallisation in den sich bildenden Salzkristallen eingeschlossen wurde und die nun beim Lösen wieder freigesetzt wird.
Hinzu kommen auch Aussalzungseffekte hinsichtlich der im Wasserglas gelösten Luft. Das ist so, als wenn man Salz in Mineralwasser gießt.

jar

Bau eines Sonnenkollektors

Im Rahmen des NuT-Unterrichts haben zwei Schüler der 6.ten Klasse einen Sonnenkollektor gebaut.

sternstunden sonnenkollektor

Physikalischer Hintergrund:

Licht kann verschluckt, reflektiert oder durchgelassen werden. Schwarze Materialien verschlucken das Licht. Im Licht ist Energie gespeichert. Diese Energie wärmt das Material in kurzer Zeit auf. Das Wasser im Sonnenkollektor wird dadurch erwärmt.

sternstunden sonnenkollektor 2

Bild entnommen aus https://www.youtube.com/watch?v=5bxoJoEj_Jw (Juni 2019)

Anwendung:

Sonnenkollektoren werden oft auf Häuserdächern angebracht. Dieses warme Wasser kann nun zum Duschen, Waschen oder Heizen genutzt werden.

sternstunden sonnenkollektor 3



[2] Abhängig von der Helligkeit. Je dunkler der Raum, desto größer sollte die Belichtungszeit sein.

[3] Rotes Licht besitzt eine große Wellenlänge. Je größer die Wellenlänge, desto weniger Energie besitzt das Licht. Dadurch reagiert das Fotopapier weniger empfindlich auf das Licht.

Cookies erleichtern die Bereitstellung unserer Dienste. Mit der Nutzung unserer Dienste erklären Sie sich damit einverstanden, dass wir Cookies verwenden.