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Unterrichtseinheit zu MecLab

Unterrichtseinheit: Sensoren und Automatisierungstechnik

Klassenstufe: (G8) 8-10
Schülerzahl: je nach Anzahl der Module
Stundenzahl: ca. 25
Erprobungszeitraum 2007/2008/2009

Vorbemerkungen, Bezüge zu den Standards

Prinzipien
- Ursache und Wirkung: Die Schülerinnen und Schüler verstehen, ausgehend von einfachen Ursache-Wirkungs-Beziehungen, immer komplexere Zusammenhänge. Dabei sind folgende Aspekte von Bedeutung:
  1. Struktur – Funktionszusammenhang;
  2. lineare Kausalkette;
  3. positive und negative Rückkopplung;
  4. Vernetzung.

Systemgedanke: Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass der Systemgedanke für das Verständnis ihrer Umwelt hilfreich ist. Sie erschließen Systeme in zunehmend komplexen Zusammenhängen und wissen um die Dynamik und die Wechselwirkungen in diesen Systemen. Dabei sind folgende Aspekte von Bedeutung:
1. Stoff-, Energie- und Informationsstrom;
2. Zusammenwirken von Teilsystemen;
3. Steuerung und Regelung;
4. Modellbildung und Simulation.

Betrachtungsbereiche
- Technik: Die Schülerinnen und Schüler kennen Leistungen des menschlichen Erfindergeistes und der Ingenieurkunst sowie deren Bedeutung und Nutzen für den Menschen. An Beispielen können sie die Wege technischer Entwicklungen im Spannungsfeld wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Bedingungen sowie naturwissenschaftlich-technischer Neuerungen nachvollziehen. Beim Planen und Bauen wenden sie physikalische, chemische und biologische Grundlagen an. Sie haben Einblick in die industrielle Produktion und zeigen kritische Aufgeschlossenheit für neue Technologien. Die Schülerinnen und Schüler können mechanische Konstruktions- und Funktionsprinzipien anwenden
Mess- und Arbeitsmethoden
- Die Schülerinnen und Schüler erfassen ihre Lebenswelt mit naturwissenschaftlichen Methoden. Sie können mit zunehmender Selbstständigkeit Experimente planen, durchführen, auswerten, protokollieren und wissen um die Bedeutung einer Fehlerbetrachtung. Sie gehen mit Werkzeugen und Geräten sachgerecht und sorgfältig um.
  Die Schülerinnen und Schüler können
  - in Größenordnungen denken und sinnvolle Abschätzungen durchführen;
  - Modelle für die konstruktiven Eigenschaften eines Werkes herstellen;
  - Computer als Werkzeug nutzen für Steuerung oder Regelung von Prozessabläufen;
  - Hilfsmittel sachgerecht als Informationsquellen nutzen: Formelsammlung, Nachschlagewerke, Tabellenwerke, technische Datenblätter.

Material

Aussagenlogik [pdf] [56 KB] Material zur Booleschen Algebra
Ordner Arbeitsblätter Lehrer (in Zusammenarbeit mit der PH Schwäbisch Gmünd und FESTO entstanden)
Ordner Aufgaben FESTO (auf der MecLab CD von FESTO)
Messen, Steuern und Regeln mit MecLab [pdf] [2,33 MB]
Sensoren im Alltag Unterrichtsmaterialien [pdf] [1,53 MB]
Sensoren im Alltag Unterrichtsmaterialien Hinweise [pdf] [2,48 MB]
MecLab Theoriebuch
MecLab CD FESTO (wird mit den Modulen mitgeliefert)

Verlauf

Diese Unterrichtseinheit kann eigenständig ohne weitere Vorarbeiten wie in der unten aufgeführten Tabelle durchgeführt werden.

Nr.	Dauer	Thema	Inhalte	Methoden, Materialien
0	1-2h	Fertigungstechnik	Besuch einer Firma aus der Lebenswelt der Schüler (gezielte Fragestellung erleichtert den Zugang zu den Firmen)
1	ca. 1h	Hinführung zum Thema	Was bedeutet Automatisierung Geschichtliche Entwicklung Henry Ford 1.Fließband	MecLab Theoriebuch Seiten 15-17
2	1h	Welche Arten von Bauteilen werden verwendet	Aktoren, Sensoren	MecLab Theoriebuch Seite 37-46
3	1h	Pneumatik	Doppelt und einfach wirkende Zylinder, Ventile	MecLab Theoriebuch Seite 47-69
4	ca. 1h	Einführung in MecLab, Programmierung	Programmieren mit MecLab, Verwendung der einzelnen Symbole und Bauteile, (Simulation einfacher Schaltkreise nur mit der alten Fluid-Sim-Version möglich)	MecLab Software: Software [pdf] [24 KB]
[5]	[2h-3h]	[Aussagenlogik-Boolesche Algebra]	AND, OR, XOR, Negation, Dieser Teil könnte z.B. auch schon im Rahmen eines Elektronikpraktikums behandelt werden, (Simulation von Logik-Schaltkreisen sinnvoll nur mit alter Fluid-Sim-Vers.)	Lehrervortrag: Aussagenlogik [pdf] [56 KB] Simulation [pdf] [32 KB]
6	ca.1h	Module Transportband, Stapelmagazin, Handling	Erläuterung der einzelnen Module auch im Hinblick auf ihre Aufgabe in der Automatisierung	Module
7	8-10h	Projektarbeit	Gruppenweise (Idealerweise 2 Schüler pro Modul) Verschiedene Fragestellungen bearbeiten	Aufgaben Festo: Aufgaben "Handling" Aufgaben "Stapelmagazin" Aufgaben "Transportband"
8	1h	Ergebnissicherung	Zusammenfassung der Ergebnisse der einzelnen Gruppen Auswirkungen der Automatisierung auf unser Leben
9	4 -10h	Automatisierung simulieren	Aus den einzelnen Modulen ein großes Modul bauen und steuern (Fertigungsstraße)	Module
10	1h	Résumé	Abschluss der Einheit Vergleich der Simulation mit der Wirklichkeit in der besuchten Firma

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(Automatisierungstechnik)

Zuständige Redakteurin: Barbara Abel, abellehrerfortbildung-bw.de
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Letzte Änderung: 23.10.2011