Unterrichtsmaterialien zum Thema " Diskret"

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Digitalisierung - bitte diskret!

Unterrichtseinheit

DSL 16000, mp3 mit 192 kBit/s, digitales Fernsehen, digital Native, digitale Gesellschaft, digitales Zeitalter ... Begriffe der Digitaltechnik sind in aller Munde. Gut, wenn man dann auch weiß, was sie eigentlich bedeuten.Die Unterrichtseinheit zu den Grundlagen der Digitaltechnik nutzt interaktive Webseiten mit dynamischen GeoGebra-Applets. Animierte Simulationen ermöglichen Visualisierungen, die auf dem Papier und an der Tafel nicht realisierbar sind. Lehrende und Lernende können die Diagramme und Darstellungen am Computer mit der Maus kontinuierlich verändern und so bestimmte Fragestellungen dynamisch bearbeiten. Dies ermöglicht einen aktiv-entdeckenden Zugang zu den Sachverhalten. Lehrplan und Realität Selbst im Informatik-Lehrplan der Oberstufe sucht man die Begriffe "digital", "analog", "Bit", "Byte" oder "Binärsystem" vergeblich. Auch die Behandlung des für die digitale Verarbeitung von Daten fundamentalen 2er-Sytems, das sich organisch in das Kapitel "Stellenwertsysteme" der 5. Jahrgangsstufe Mathematik einfügte, ist leider nicht mehr vorgesehen. In der Praxis des Informatik-, Mathematik- oder Physikunterrichts stößt man aber bei interessierten Schülerinnen und Schülern (in verschiedenen Jahrgangsstufen) unweigerlich auf diese Inhalte. Werden die Lernenden doch in ihrem Alltag, zum Beispiel beim Umgang mit dem Computer, einer CD oder einer mp3-Datei, ständig mit Begriffen der Digitalisierung von Daten konfrontiert. Ziel der Unterrichtseinheit Intention der hier vorgestellten interaktiven Lerneinheit ist es daher, die Grundlagen der Digitalisierung und binären Codierung von Daten möglichst prägnant und kompakt zu erläutern, so dass man diese Thematik trotz Zeitknappheit bei gegebenem Anlass in den Unterricht einfließen lassen kann. Die Konzeption der dynamischen Arbeitsblätter erlaubt auch eine eigenständige Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses der Digitaltechnik als Basis für weiterführende Forschungen interessierter Schülerinnen und Schüler. Einsatzmöglichkeiten und Gestaltung der Materialien Die Arbeitsblätter dienen der Visualisierung des Themas im Unterricht oder der selbstständigen Erarbeitung des Stoffs Die Schülerinnen und Schüler verstehen das Prinzip der Digitalisierung analoger Signale. verstehen und erklären den Begriff digitales Auflösungsvermögen und dessen Einfluss auf die Qualität der Analog-Digital-Wandlung. verstehen und erklären den Begriff Samplingrate oder Abtastfrequenz und deren Einfluss auf die Qualität der Analog-Digital-Wandlung. übertragen Zahlen vom Dezimal- ins Dualsystem und umgekehrt. verstehen das Prinzip der binären Codierung zur digitalen Verarbeitung und Speicherung von Daten und wenden es an. verstehen und erklären Begriffe der Digitaltechnik aus ihrer Alltagswelt, wie zum Beispiel "CD-Qualität mit 16 Bit und 44,1 kHz". Für die Unterrichtseinheit bieten sich zwei Einsatzmöglichkeiten an: flexibel einsetzbare, begleitende dynamische Visualisierung der Grundlagen der Digitalisierung während der Neudurchnahme im Unterricht selbstständige, aktiv-entdeckende Erarbeitung des (eventuell bereits im Unterricht thematisierten) Stoffes Texte Der erläuternde Text wurde bewusst möglichst prägnant gehalten, um eine zügige Erarbeitung und Konzentration auf die wesentlichen Grundlagen der Digitaltechnik zu erleichtern. Zur Gewährleistung eines möglichst linearen Lernablaufs wurden Hyperlinks zu weiterführenden Informationen nur sehr sparsam eingesetzt. Lediglich das Kapitel "Binärcode" wurde über einen externen Link "ausgelagert". Diese Thematik kann so auch isoliert von der Lerneinheit "Digitalisierung" betrachtet werden. Einige Begriffe sind dunkelrot hervorgehoben. Zeigt man mit der Maus auf sie, werden eine kurze Definition oder Zusatzinformationen eingeblendet (Mouse-Over-Effekte; Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Als Anwendungsbezug ist in den einzelnen Kapiteln immer wieder exemplarisch die Digitalisierung und Speicherung von Musik auf CD eingeflochten. Fragen und Antworten Kurze, einfache Kontrollfragen dienen der Festigung des Erlernten. Die Antworten können durch Anklicken der blauen Fragezeichen angezeigt werden (Abb. 2; nach dem Anklicken wird das Fragezeichen grün und dahinter erscheint die Lösung). Das spricht sich bei den Lernenden schnell herum. Hier muss an die Arbeitsdisziplin der Schülerinnen und Schüler nach dem Motto "erst denken, dann klicken" appelliert werden. Dynamische Inhalte der Lernumgebung Auf eine Bedienungsanleitung der Applets wurde verzichtet. Erfahrungsgemäß entdecken Lernende die interaktiven Möglichkeiten bei einer ernsthaften Beschäftigung mit den Animationen auch ohne Hilfe. Kontinuierliche Animationen in den Applets können jederzeit angehalten werden, um dann mithilfe der Schieberegler aufschlussreiche Konstellationen der Darstellungen manuell zu justieren. Parameter oder Einblendungen können beliebig auch während der Animation verändert werden.

  • Astronomie / Informatik / Mathematik / Physik
  • Sekundarstufe I