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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 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