Technik: Willkommen im Fachportal

Ein selbst gebauter Elektrolyseur macht Chemie greifbar: Begeistern Sie Ihre Schülerinnen und Schüler mit praktischem Experimentieren und fördern Sie ihr Verständnis für nachhaltige Energien! In diesem praxisorientierten Projekt bauen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihren eigenen Elektrolyseur und führen spannende Experimente durch, um die Wasserelektrolyse hautnah zu erleben. Der Fokus liegt dabei auf der praktischen Wissensvermittlung zur Elektrolyse als nachhaltiger Energietechnologie und dem sicheren Umgang mit dem Energieträger Wasserstoff . Das Projekt beginnt mit einer übersichtlichen Materialliste und hilfreichen Hinweisen zur einfachen Beschaffung der erforderlichen Komponenten. Eine ausführlich bebilderte Schritt-für-Schritt-Anleitung ermöglicht es den Teilnehmerinnen und Teilnehmern, den Bauprozess eigenständig und in ihrem eigenen Tempo erfolgreich zu durchlaufen. Ergänzend dazu gibt es einen umfassenden Sicherheitshinweis, der potenzielle Risiken beim Umgang mit Wasserstoff aufzeigt und konkrete Maßnahmen beschreibt, um Gefahren zu vermeiden. Für Teilnehmerinnen und Teilnehmer, die ihr Wissen vertiefen möchten, steht ein kompakter Theorieteil zur Verfügung. Dieser bietet eine verständliche Einführung in die grundlegenden Prinzipien der Wasserelektrolyse und vermittelt einen Überblick über das Element Wasserstoff mit seiner spannenden Geschichte und seinen einzigartigen Eigenschaften. Insgesamt kombiniert das Projekt praktisches Lernen mit Sicherheitsbewusstsein und schafft ein fundiertes Verständnis für diese zukunftsweisende Technologie. Es ist für den Einsatz in den Fächern Technik, Chemie, Physik und Elektrochemie rund ums Thema Umwelt- und Klimaschutz geeignet. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen den chemischen Prozess der Elektrolyse. erlernen den Umgang mit Netzgeräten (Spannung, Stromstärke). kennen Risiken von Wasserstoff. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beweisen Teamfähigkeit. arbeiten sorgfältig und genau. zeigen Verantwortungsbewusstsein.

Die Unterrichtsmaterialien zum Thema Statik sind darauf ausgelegt, zentrale Fachinhalte wie Belastungen, Kräfte, stabile Dreiecke und den Schwerpunkt auf spannende und praxisnahe Weise zu vermitteln. Dabei steht der handlungsorientierte Ansatz im Vordergrund, um den Lernenden ein grundlegendes Verständnis für die Materie zu ermöglichen. Die Unterrichtsmaterialien umfassen fünf verschiedene Stationen, die jeweils technische Experimente zur Statik beinhalten. Diese Experimente verdeutlichen anschaulich die theoretischen Prinzipien und deren Anwendung in der realen Technik. Durch die praktische Auseinandersetzung mit den Modellen und Materialien wird ein direkter Bezug zur technischen Praxis hergestellt, was das Lernen interessanter und nachhaltiger macht. Der Aufbau der Stationsarbeit fördert zudem ein differenziertes Arbeiten, indem er den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit bietet, individuell oder in Kleingruppen zu arbeiten und sich mit den spezifischen Aspekten der Thematik auseinanderzusetzen. Die Ausarbeitung enthält fünf Stationen: 1. Kräfte an Bauwerken: Diese Station beleuchtet die verschiedenen Kräfte, die auf Bauwerke einwirken. Dabei wird thematisiert, wie äußere Einflüsse und innere Spannungen die Stabilität und Sicherheit von Bauwerken beeinflussen. 2. Belastungen eines Trägers: Hier wird konkretisiert, wie Druck- und Zugkräfte auf einen einzelnen Träger wirken. Die Lernenden untersuchen, wie diese Belastungen die Struktur und Belastbarkeit des Trägers beeinflussen. 3. Dreiecksverbund: In dieser Station wird die Bedeutung stabiler Dreiecke für Konstruktionen hervorgehoben. Die Lernenden erfahren, wie durch den Dreiecksverbund feste Verbindungen hergestellt werden können und vergleichen experimentell Dreieck und Viereck. Abschließend wird die Frage geklärt, warum Dreiecke stabil sind. 4. Profile: Die Station zeigt, wie Profile zur Stabilisierung von Strukturen beitragen und gleichzeitig Material einsparen können. Es wird untersucht, wie verschiedene Profilformen die Festigkeit und Effizienz von Bauteilen beeinflussen. Die Lernenden stellen mit den Materialien verschiedene Profile her und untersuchen deren Stabilität. Abschließend suchen sie nach Anwendungen von Profilen in der Umgebung. 5. Schwerpunkt: Hier wird die Bedeutung des Schwerpunkts für die Statik von Artefakten behandelt. Die Schülerinnen und Schüler lernen, den Schwerpunkt von Gegenständen zu bestimmen und erarbeiten, wie die Lage des Schwerpunkts die Stabilität und das Gleichgewicht von Bauwerken bestimmt. Die Bearbeitung dieser Stationen ist gut geeignet, um ein fachliches Fundament für ein anschließendes größeres technisches Projekt zu legen. Ein solches könnte beispielsweise der Bau einer Modellbrücke sein, bei dem die erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten praxisnah angewendet und vertieft werden. Durch diese strukturierte Vorgehensweise wird den Lernenden ein Verständnis der statischen Prinzipien vermittelt, welches sie in zukünftigen Aufgaben anwenden können. Eine Materialliste kann im Downloadbereich heruntergeladen werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen Grundprinzipien der Statik. finden hierzu Anwendungen in der realen Technik. verstehen technische Probleme und deren Lösungen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler suchen relevante Informationen im Internet. experimentieren mit Modellen und Materialien. dokumentieren und bewerten die Experimente. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten gemeinsam in Kleingruppen. experimentieren weitestgehend selbstständig und eigenverantwortlich.

Fliegen ist nicht nur ein Akt der Fortbewegung, sondern ein komplexes Zusammenspiel von Naturwissenschaften, Technik, Wirtschaft und Umwelt. Das Arbeitsbuch "Fliegen" deckt all diese Bereiche ab und bietet Ihnen genügend Ressourcen, um in Ihrem MINT-Unterricht abzuheben. Durch praxisnahe Aktivitäten und anschauliche Experimente werden die Schülerinnen und Schüler dazu angeregt, die physikalischen Gesetze des Fliegens zu erforschen, die Technologie hinter modernen Flugzeugen zu verstehen und die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen des Luftverkehrs zu analysieren. Ob Aerodynamik, Meterologie, Flugrouten oder Emissionsvermeidung: Das Arbeitsbuch "Fliegen" bietet spannende, handlungsorientierte, lehrplankonforme und fächerübergreifende Unterrichtsmaterialien. Nich allein für das Fach Physik werden Sie viele Anregungen für den Unterricht finden, sondern auch für die Fächer Biologie, Geographie, Englisch, Wirtschaftskunde, Technik oder Chemie. Das Arbeitsbuch ist zugeschnitten auf Gymnasien und Gesamtschulen mit gymnasialer Oberstufe. Schülerinnen und Schüler für die Luftfahrt begeistern Der Flugverkehr ist ein wesentlicher Bestandteil des modernen Lebens und der globalen Konnektivität. Er stellt nicht nur einen bedeutenden Wirtschaftsfaktor dar, sondern spielt auch eine zentrale Rolle in der globalen Mobilität und im internationalen Handel. Daher ist es sinnvoll, junge Menschen für die verschiedenen Themengebiete und Aufgaben in der Luftfahrt zu interessieren. Warum nicht auch im Klassenzimmer? Während Naturwissenschaften und Technik (Flugphysik, Meteorologie, Strömungslehre) eine grundlegende Rolle spielen, sind auch viele soziale, wirtschaftliche und umweltpolitische Fragen relevant. Zu allen genannten Punkten finden sich Unterrichtsideen im vorliegenden Handbuch. Obwohl die Deutsche Flugsicherung eine breite Palette an Berufsmöglichkeiten für Fluglostinnen und Fluglotsen , Ingenieurinnen und Ingenieure und Informatikerinnen und Informatiker bietet, ist sie als Ausbildungsstätte weitgehend unbekannt. Deshalb ist es umso wichtiger, jungen Menschen diese attraktive und sichere berufliche Perspektive näherzubringen. Aufbau des Arbeitsbuchs "Fliegen" und Schwerpunktthemen Kapitel 1: Geschichte (Geschichte des Fliegens, Geschichte der Flugsicherung) Kapitel 2: Geographie (Flugbewegungen, Flugrouten und Flugzeit, Zeit und Zeitzonen, Navigation) Kapitel 3: Englisch – Sprache der Luftfahrt (Funkverkehr, Phraseologie) Kapitel 4: Flugverkehr (Flugverkehr – ein gigantisches Unterfangen, Pilot und Tower am Start / bei der Landung, Kontrolle des Luftraums) Kapitel 5: Fluggeräte und Technik (Impuls, Impulserhaltung, Hubschrauber, Flugzeuge, Wir bauen ein Flugmodell, Navigationssysteme (ILS) und Radar) Kapitel 6: Biologie (Biologie des Fliegens, Vogelflug – die größte Flugschau der Welt, Insekten als fliegende Liebesboten, Pollenflug, Sporenverbreitung durch die Luft) Kapitel 7: Strömungslehre (Einführung in die Strömungslehre, Dynamischer Auftrieb, Luftwiderstand, Profilpolare, Wirbel) Kapitel 8: Meteorologie (Alle reden vom Wetter, Enteisung, Luftdruck, Fronten, Vulkanismus und Luftfahrt, Luftlöcher) Kapitel 9: Chemie (Chemie des Fliegens, Federn: Leichtgewichte mit Potenzial, Der Stoff, aus dem die Flügel sind, High Tech – Low Weight, Schweben – leichter als Luft) Kapitel 10: Human Factors (Fähigkeiten für die Karriere, Teamfähigkeit, Leistungsvermögen, Eigenanalyse der Schwächen und Stärken, Selbstbewusstsein stärken, Körpersprache – Eigenregie – Resilienz, Stressbewältigung, Zeitmanagement) Kapitel 11: Flugphysik (Die Mechanik des Fliegens, Kräfte und Bewegungsphasen, Leitwerke und Ruder, Fahrwerk, Steuerorgane – Flugverhalten, Trimmung, Flugfiguren) Kapitel 12: Fliegen und Umwelt (Fliegen und Umwelt – ein Widerspruch in sich?, Zero Emission – Wasserstoff im Tank, CO 2 – Das Unsichtbare sichtbar machen, Bio-Kerosin – Aufwind durch Rapsfelder?, Billigflieger – Vom Monopol zur Marktwirtschaft, "Greenwashing" – Ökomeilen statt Bonusmeilen?, Fliegen und Lärm – der Kampf um die Dezibels (dB)) Kapitel 13: Biology (Biology of Flight, Bird flight, Insects, Pollen flight, Air-borne spore dispersal) Kapitel 14: Human Factors (career capabilities, Mutual respect and disregarding your own feelings, Human performance, Body language – self-assurance – resilience, Stress management) Zu allen Themen finden Sie Bauanleitungen, Versuchsbeschreibungen, Aufgaben, Lösungen, Fotos und Grafiken sowie Zusatzmaterialien.

Ziel des Arbeitsmaterials ist es Physiklehrkräften einen einfachen Einstieg in die Anwendung und Verwendung von Microcontrollern, wie Arduinos zu geben. Das begleitende Schülermaterial besteht aus Aufgaben zu den Versuchen mit steigendem Anforderungsniveau und einem kleinen Lexikon der Fachbegriffe. Anhand von drei Experimenten aus der Mechanik, welche die Lernenden selbst an einem sogenannten Breadboard beziehungsweise Entwicklerboard aufbauen, werden die Möglichkeiten einer elektronischen Messung deutlich. Der Einstieg in diese offensichtlich komplexe Thematik ist für die Schülerinnen und Schüler so niedrigschwellig wie möglich gestaltet. Beispielsweise werden keine Vorerfahrungen mit der Programmiersprache C++ benötigt. Der Programmiercode ist bereits vorhanden und kann kopiert und auf die entsprechenden Arduinos aufgespielt werden (Datei: schuelerexperimente-microcontroller-programmcode.ino ). Auch die Daten für den 3D-Druck der Halteklammern sind im Material enthalten. Alternativ können diese aber auch aus Holz gebaut werden. Zum Aufbau der Experimente wurde eine ausführliche Bild-für-Bild Anleitung geschrieben, sodass auch dies ohne Vorkenntnisse im Bereich der Elektronik umgesetzt werden kann. Zur Durchführung des Arbeitsmaterials ist es nicht von Bedeutung, dass Lehrkräfte programmieren lernen, sondern vielmehr, dass die Schülerinnen und Schüler frühzeitig mit Mikroelektronik und Programmierung in Kontakt kommen. Eine frühe Förderung von Schülerinnen und Schülern im Bereich der Mikroelektronik und Programmierung sowie der Verantwortung des Physikunterrichts in dieser Aufgabe ist von hoher Relevanz. Die gewählten Experimente heben sich durch präzise Zeitmessungen von bekannten Freihandexperimenten ab. Zunächst wird die Pendelfrequenz eines Fadenpendels mittels IR-Abstandsensor bestimmt. Im zweiten Experiment wird die Fallzeit einer Metallkugel auf Stecken von 10 cm bis 80 cm gemessen. Die Messung wird durch die Unterbrechung eines Stromkreises durch die Metallkugel gestartet, welche mit einer Halteklammer an einem sogenannten Fallrohr befestigt wird. Sobald die Kugel an einem IR-Sensor vorbeifällt, welcher mit einer Halteklammer an dem Fallrohr befestigt ist, wird die Messung beendet. Daran anknüpfend wird in dem dritten Experiment die Fallgeschwindigkeit der fallenden Kugel bestimmt. Dafür ist an der Halteklammer ein zweiter IR-Sensor im Abstand von 4 cm befestigt. Hiermit kann die Zeitdifferenz und damit die momentane Fallgeschwindigkeit mit Präzision bestimmt werden. Die Experimente wurden nicht nur gewählt, um den Teilnehmenden die Präzision von elektronischen Messverfahren anschaulich zu zeigen, sondern auch um das Repertoire der Schülerexperimente zum Thema „Beschleunigte Bewegungen“ der zehnten Jahrgangsstufe zu erweitern. Das Schülerinnen- und Schülermaterial begleitet die Lernenden mit kleinschrittigen Aufgaben durch die verschiedenen Experimente. Auch ein kleines Lexikon der Fachbegriffe ist im Arbeitsmaterial integriert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entdecken unterschiedliche Wege, die Gravitationskonstante g Erde zu messen. modellieren den Zusammenhang zwischen Schwingungsdauer, Gravitationskonstanten und Länge eines Pendels mithilfe eines Experiments. modellieren den Zusammenhang zwischen Fallzeit beziehungsweise Fallgeschwindigkeit, Gravitationskonstanten und Fallhöhe mithilfe eines Experiments. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit Microcontrollern und führen Messungen durch. entdecken das Zusammenspiel aus Technik, Interpretation und Präsentation bei der Untersuchung einer wissenschaftlichen Fragestellung. halten die Ergebnisse ihrer Messungen strukturiert fest, interpretieren diese und ziehen Folgerungen aus diesen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen, bewerten und ordnen ihre Messergebnisse ein. entdecken die verschiedenen Anforderungsbereiche des wissenschaftlichen Arbeitens, indem sie als Team eine Messung durchführen und auswerten.

Mikrochips sind in fast allen elektronischen Geräten zu finden, doch wie kommt man von der Idee zum Chip? Diese Reihe beleuchtet das Umsetzen einer Idee durch das Chip-Design auf einem FPGA und den Prozess des Testens, bevor die sehr teure Chipproduktion beginnt. Zum Abschluss wird noch ein Blick in die Zukunft der Elektronik geworfen. Unser Alltag ist von elektronischen Geräten geprägt. Fast alle enthalten heutzutage Mikrochips. Dies können Mikrocontroller, firmeneigene Chips oder Komponenten zur Verbindung der analogen mit der digitalen Welt sein. Doch wie entwickelt man überhaupt einen neuen Chip und wie kann man diese Entwicklung vor der Produktion testen? Eine Möglichkeit dazu sind Field Programmable Gate Arrays (FPGA) und die Hardwarebeschreibungssprache VHDL. Dass man Chips quasi "programmieren" und sich das Ergebnis dann anschauen kann, dies ist Thema dieser Unterrichtsreihe. Zum Schluss wird noch ein Ausblick in die Zukunft und ein Einblick in die Entwicklungslabore gewagt, wo die scheinbar ferne Zukunft teilweise schon Realität geworden ist. Außerdem können die Lernenden mithilfe der folgenden interaktiven Übung ihr Wissen über das FPGA testen. Chipdesign und Hardwarebeschreibung sind wichtige Themen für die Entwicklung unserer digitalen Welt. Was sich dahinter verbirgt und wie Ingenieure heutzutage arbeiten, dies soll schülergerecht vermittelt werden. Vorkenntnisse zu Logikgattern und deren Verknüpfungen sind hilfreich. Die Arbeitsblätter können im Unterricht auch einzeln und in beliebiger Reihenfolge eingesetzt werden. Die Themen sind an der Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler orientiert. Die Neugierde, wie man von der Idee zur Produktion von Mikrochips kommt, die in vielen unserer elektronischen Geräte verbaut sind, lässt sich leicht wecken. Die interaktiven Übungen fragen das erworbene Wissen in spielerischer Weise ab. Besonders interessierte Schülerinnen und Schüler können die weiterführenden Links nutzen. Die Lehrkräfte benötigen keine weitreichende Vorbereitung. Die Themen lassen sich mit den Arbeitsblättern auch selbst erarbeiten. Für die interaktiven Übungen wird ein Internetzugang und ein Internetbrowser benötigt. Die Arbeitsblätter selbst können sowohl digital als auch in Papierform im Unterricht eingesetzt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler durchdringen die Schritte von der Idee bis zum fertigen Chip. kennen das FPGA als Instrument zum Chipentwurf. kennen die grundlegenden Bestandteile eines FPGAs. berechnen den Strombedarf eines MOSFETs. bekommen einen Einblick in die Zukunft der Technik. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren sinnvolle Quellen im Internet. werten verschiedene Quellen aus. verstehen technische Grafiken. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler hinterfragen wirtschaftliche Aspekte der "neuen digitalen Welt". setzen sich mit der Globalisierung auseinander. entwerfen gemeinsam ein einfaches Chipdesign auf der Grundlage von LUTs. reflektieren den Gebrauch von Internetangeboten hinsichtlich des Energiebedarfs und des CO 2 -Fußabdrucks. diskutieren über Chancen und Gefahren der neuen Technologien.