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Funk­tio­na­le Spe­zi­fi­ka­ti­on ... Black-Box

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

Ver­mut­lich fällt uns in un­se­rem All­tag nicht auf, mit wie vie­len Black-Boxes wir täg­lich um­ge­hen. Kei­ner über­legt sich die in­ne­re Funk­ti­ons­wei­se eines Staub­sau­gers oder die einer Spül­ma­schi­ne, wenn wir diese Haus­halts­ge­rä­te ein­set­zen. In glei­cher Weise wer­den in der Sek I die Elek­tro­nik­bau­stei­ne Diode , Tran­sis­tor oder kom­ple­xe­re TTL-Bau­stei­ne be­han­delt - nur in einer funk­tio­na­len Spe­zi­fi­ka­ti­on ... d.h. man in­ter­es­siert sich nur für die Ein­gangs- und Aus­gangs­si­gna­le und die Ein­gangs- und Aus­gangs­ver­sor­gungs­lei­tun­gen. Man weiß genau, wel­che Ein­gangs­si­gna­le zu wel­chen Aus­gangs­si­gna­len ... wel­che Ak­ti­vi­tä­ten am Ein­gang zu wel­chen Ak­ti­vi­tä­ten am Aus­gang füh­ren. Wie der Bau­stein im In­ne­ren funk­tio­niert, ist dabei völ­lig un­in­ter­es­sant.

Diese Be­schrän­kung auf die funk­tio­na­le Spe­zi­fi­ka­ti­on ist eine Not­wen­dig­keit, weil der in­ne­re Auf­bau - z.B. von Mi­kro­con­trol­lern - so kom­plex ist, dass ein kom­plet­ter Über­blick aller Funk­tio­nen eines sol­chen mo­der­nen Bau­steins even­tu­ell das Fas­sungs- oder Ver­ständ­nis­ver­mö­gen eines ein­zel­nen Men­schen über­schrei­ten würde. UND ganz we­sent­lich: Das Ver­ständ­nis des kom­ple­xen In­ne­ren des Bau­steins ist für die Nut­zung über­haupt nicht not­wen­dig.

Ähn­lich funk­tio­niert die Phy­sik auch in der Mi­kro­ebe­ne. Quan­ten­ob­jek­te wer­den über ihre Ei­gen­schaf­ten be­schrie­ben - Atome als Black-Box be­han­delt ... denn eine Ver­an­schau­li­chung ist aus prin­zi­pi­el­len Grün­den nicht mög­lich.

Ein we­sent­li­cher Schwer­punkt die­ser Un­ter­richts­the­ma­tik ist die hin­rei­chend aus­führ­li­che Dis­kus­si­on der bei­den Be­griff­lich­kei­ten: Funk­tio­na­le Spe­zi­fi­ka­ti­on einer Black Box (Genau An­ga­be des In- und Out­put) und Funk­ti­ons­wei­se einer Black Box (Hy­po­the­sen oder Wis­sen über die in­ne­re Funk­ti­ons­wei­se , über den in­ne­ren Auf­bau ).

Ma­te­ri­al
  • Da­ten­log­ger und pas­sen­de Sen­so­ren
  • Volt­me­ter, Bat­te­rie ... evtl. Os­zill­sokop ... evtl. Funk­ti­ons­ge­ne­ra­tor
  • Op­ti­sche Hilfs­mit­tel

Da­ten­log­ger - The­men­fä­cher 1

  1. Wäh­len Sie einen der vor­lie­gen­den Sen­so­ren, die mit einem Schwie­rig­keits­grad be­wer­tet sind (1 ganz leicht ... 10 ex­trem schwer): 01 Licht­schran­ke, 02 Ane­mo­me­ter, 03 Dreh­be­we­gungsen­sor, 04 Ul­tra­schall­be­we­gungs­sen­sor, 05 Schall­druck­sen­sor, 06 Druck­sen­sor, 07 In­fra­rot­sen­sor, 08 Kraft­sen­sor, 09 Be­schleu­ni­gungs­sen­sor,) und dis­ku­tie­ren Sie mit Ihrem Team den Un­ter­schied zwi­schen der so­ge­nann­ten Funk­tio­na­len Spe­zi­fi­ka­ti­on des Sen­sors als Black Box und sei­ner Funk­ti­ons­wei­se .
  2. Die Be­die­nungs­an­lei­tun­gen der Sen­so­ren be­han­delt den Sen­sor als Black Box und lie­fert nur eins funk­tio­na­le Spe­zi­fi­ka­ti­on. Ana­ly­sie­ren Sie - so­weit das mög­lich ist - die Funk­ti­ons­wei­se des Sen­sors ... also über­le­gen Sie (stel­len Sie Hy­po­the­sen auf), wie diese Black Box im In­ne­ren wohl funk­tio­nie­ren mag.
  3. Für die Be­wer­tung we­sent­lich ist NICHT ein ex­ak­ter Tref­fer , son­dern die ver­ba­le Ar­gu­men­ta­ti­on, die in einem Werk­statt­buch fest­ge­hal­ten wird.

Elek­tri­sche Black-Box

Ihr Team wählt von den vor­lie­gen­den Schalt­bret­tern eines aus. Die Schal­tung auf dem Brett ist durch einen Be­cher ver­steckt. Die Schalt­bret­ter ent­hal­ten so­ge­nann­te Vier­po­le ... d.h. die Summe der Ein- und Aus­gangs­lei­tun­gen ist vier. Es ist nicht er­kenn­bar, wel­ches die Ein- und Aus­gangs­lei­tun­gen sind. In der elek­tri­schen Black Box sind ma­xi­mal 4 elek­tri­sche - bzw. ein­fa­che elek­tro­ni­sche Bau­tei­le (Tran­sis­tor, Diode) ver­bor­gen.

Die Auf­ga­be Ihres Teams be­steht darin, den in­ne­ren Schal­tungs­auf­bau durch Ex­pe­ri­men­te her­aus­zu­be­kom­men. We­sent­lich für die Be­wer­tung ist NICHT ein ex­ak­ter Tref­fer! We­sent­lich für die Be­wer­tung ist die Hy­po­the­se - bzw. Vor­her­sa­ge - auf wel­che in­ne­ren Schal­tung man auf Grund wel­cher ex­pe­ri­men­tel­ler Rand­be­din­gun­gen schlie­ßen kann.

Op­ti­sche Black-Box

Ihr Team wählt von den vor­lie­gen­den op­ti­schen Black-Boxen eine aus. Völ­lig ana­log zur elek­tri­schen Black- Box - siehe oben - soll man ohne Zer­stö­rung der Röhre her­aus­be­kom­men, wel­ches op­ti­sche Bau­teil in der Röhre ver­baut ist. Be­wer­tet wird die ver­ba­le Dar­stel­lung, wel­cher Input zu wel­chem Out­put führt. Auch diese Team­ar­beit kann als The­men­fä­cher aus­ge­führt wer­den, da die Röh­ren un­ter­schied­lich schwer sind.



1 Unter einem The­men­fä­cher ver­steht man eine Team­ar­beit, die fol­gen­der­wei­se or­ga­ni­siert ist: An der Wand des Klas­sen­zim­mers hän­gen Ar­beits­auf­tra­ge mit Be­wer­tungs­zif­fern: 01 - sehr leich­te Team­ar­beit ... 10 sehr schwer ... Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler lesen die Ar­beits­auf­trä­ge und fin­den sich bei einem Schwie­rig­keits­grad ihrer Wahl zu einem Team zu­sam­men. Der Vor­teil die­ser Team­ar­beit: Etwa glei­ches Wis­sens­ni­veau der Team­mit­glie­der ... die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­den ent­spre­chend ihrem Leis­tungs­ver­mö­gen ge­for­dert ... die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen ihr ei­ge­nes Kom­pe­tenz­ni­veau ein­zu­schät­zen.

 

Down­load des ge­sam­ten Work­shops

Work­shop 2: Er­fin­dun­gen: Her­un­ter­la­den [pdf] [433 KB]

 

Wei­ter mit Teil­chen-Kon­zept