Unterrichtsmaterialien → Technik Berufsbildung

Tipp der Redaktion

Erneuerbare Energien

In dieser Unterrichtseinheit befassen sich die Lernenden mit dem Thema erneuerbare Energien. Im Mittelpunkt stehen dabei Photovoltaik und Windkraft.

Tipp der Redaktion

Elektrizitätslehre

In dieser Sammlung sind Unterrichtsmaterialien rund um die Elektrizitätslehre und ihre Teilbereiche gebündelt.

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Einführung in die Werkstoffkunde

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit zum Thema Werkstoffe bietet ein Beispiel für eine Einführung in die Werkstoffkunde mittels einer Internetrecherche in Gruppenarbeit. Dabei werden möglichst viele Sinneskanäle angesprochen und verschiedene Präsentationsformen geübt.Je nach Werkstück und dessen Verwendungszweck bedarf es passender Werkstoffe und damit auch eines Wissens über Werkstoffe. Nach einem haptisch-visuellen Einstieg recherchieren die Lernenden in Partner- oder Gruppenarbeit im Internet und entdecken dabei interessante Informationen über Stahl, Eisen, Kupfer, Aluminium, Kunststoffe und Schneidstoffe. Mithilfe von QR-Codes auf dem begleitenden Arbeitsblatt gelangen die Schülerinnen und Schüler zu informativen Webseiten, auf denen sie die Antworten zu ihren Arbeitsaufträgen ermitteln können. Zum Abschluss der Unterrichtseinheit präsentieren sie die Ergebnisse ihrer Klasse Die Unterrichtseinheit kann in der Berufsschule im Fach Metalltechnik, an Haupt- oder Realschulen im Fach Technik oder im Technischen Gymnasium eingesetzt werden.Um das Interesse der Lernenden zu wecken, werden den Schülerinnen und Schülern zu Beginn Werkstücke, die die Lehrkraft mitgebracht hat, präsentiert. Diese sollten aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sein, damit bereits hier deutlich wird, dass verschiedene Werkstoffe benötigt werden, je nach Verwendungszweck eines Werkstücks und den Anforderungen daran. Das Bild der Werkstoff-Einteilung aus dem ersten Arbeitsblatt, welches die Lehrkraft zuvor in Teile geschnitten und in Umschlägen verpackt hat, erhalten jeweils vier Lernende zusammen als Schnipselsammlung. Diese sollen sie nun richtig ordnen. Kontrolliert wird ihre Lösung, indem das Arbeitsblatt projiziert und kommentiert wird. Aus diesem ergeben sich dann die thematischen Gruppenzusammensetzungen, die auf dem nächstfolgenden Arbeitsblatt zu finden sind: Stahl, Eisen-Gusswerkstoffe, Schneidstoffe, Aluminium, Kupfer und Kunststoffe. Zum Gruppenthema "Schneidstoffe" ist anzumerken, dass Schneidstoffe auch aus Stählen, Keramik oder künstlichen Werkstoffen (Industrie-Diamant) bestehen können. Aufgrund der Nennung der Hartmetalle in der Gruppe der Verbundwerkstoffe wird die Schneidstoffaufgabe hier zugeordnet. Im Anschluss daran finden sich die Lernenden in Gruppen oder Partnerteams zusammen, wählen ein für sie ansprechendes Thema aus und begeben sich auf eine Internet-Recherche, sobald sie den zugehörigen Aufgabenabschnitt des Arbeitsblattes erhalten haben. Sind alle Informationen zusammengetragen, werden sie für eine Präsentation aufbereitet. Dabei können die Lernenden die Darstellungsform nach eigener Präferenz wählen – ob klassische Plakatkreationen oder moderne Miro-Boards, alles ist erlaubt. Am Ende erfolgt eine Evaluierung der Unterrichtseinheit im Plenum. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass Anforderungen an das Werkstück und dessen Verwendungszweck für die Auswahl von Werkstoffen eine wichtige Rolle spielen. können eine Werkstoffeinteilung darstellen. sammeln in Gruppen Informationen zu einem Werkstoff bzw. zu einer Werkstoffgruppe im Internet. selektieren in Gruppen wichtige Informationen und bündeln diese anschaulich in einer Präsentationsform. präsentieren ihre Ergebnisse.

  • Metalltechnik / Technik / Sache & Technik
  • Sekundarstufe II, Berufliche Bildung, Sekundarstufe I

Härten von Stahl – die praktischen Arbeitsschritte

Video / Interaktives

Mithilfe eines Erklär-Videos und einer interaktiven Übung lernen Schülerinnen und Schüler die Arbeitsschritte beim Härten von Stahl kennen. Ein Quiz unterstützt die Festigung des Gelernten.Dieses Video zeigt den praktischen Arbeitsablauf beim Härten und Anlassen eines Werkstückes aus Stahl. Wo sind in der Werkstückzeichnung die Vorgaben zum Härten zu finden? Welche Härtetemperatur ist erforderlich? In welchem Abkühlmittel wird das Werkstück abgeschreckt und wie hoch ist die Temperatur zum Anlassen? Das Video zeigt das Erhitzen des Werkstückes in einem Härteofen auf Härtetemperatur, das Abschrecken in Öl und das anschließende Anlassen des Werkstückes. Die Vorgänge, die sich beim Härten und Anlassen im Gefüge des Stahls abspielen, werden in dem Video " Härten von Stahl – Was passiert im Gefüge des Werkstoffes? " beschrieben.Das Video verdeutlicht mit Animationen die einzelnen Arbeitsschritte beim Härten von Stahl. Mithilfe eines interaktiven Quiz festigen die Schülerinnen und Schüler im Anschluss die Inhalte des Videos. Beide Arbeitsmaterialien sind auf einer Seite für die Lernenden eingebunden, sodass sie nur einen Link benötigen, um das Video anzusehen und anschließend die interaktive Übung zu bearbeiten Die digitalen Arbeitsmaterialien können sowohl im Distanz-Unterricht eingesetzt, sodass die Lernenden sich mit dem Lehrinhalt über ihr Endgerät selbst auseinandersetzen können, als auch im Präsenz-Unterricht genutzt werden, um den Lehrinhalt aufzugreifen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die grundsätzlichen Arbeitsschritte bei der Wärmebehandlung von Stahl kennen. lernen, wo Vorgaben zum Härten auf einer Werkstückzeichnung zu finden sind. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen den PC/Laptop als Medium (Präsenz- und Distanz-Unterricht). vertiefen den Umgang mit digitalen Formaten. eignen sich selbstständig Wissen mit Lernvideos und interaktiven Übungen an.

  • Metalltechnik
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe II

Härten von Stahl – Was passiert im Gefüge des Werkstoffes?

Video / Interaktives

Mithilfe eines Erklär-Videos und einer interaktiven Übung lernen Schülerinnen und Schüler die Veränderungen im Gefüge von Stahl beim Härten und Anlassen kennen. Ein Quiz unterstützt die Festigung des Gelernten.Das Härten von Stahl ist eine Wärmebehandlung. Stähle bekommen durch diese Wärmebehandlung eine größere Härte und werden verschleißfester. Unter Härte versteht man den Widerstand, den ein Werkstoff dem Eindringen eines noch härteren Körpers entgegensetzt. Beim Härten und Anlassen von Stahl wird das Gefüge des Werkstoffes geändert. Im Video wird anschaulich gezeigt, wie sich das Kristallgitter des Stahls beim Erwärmen, beim schnellen und beim langsamen Abkühlen verändert. Die Kenntnis dieser grundlegenden Vorgänge der Wärmebehandlung sind eine gute Voraussetzung für das Verstehen der Eigenschaften des gehärteten Stahls.Das Video verdeutlicht mit Animationen die Veränderungen im Gefüge von Stahl beim Erwärmen und Abkühlen. Mithilfe eines interaktiven Quiz festigen die Lernenden im Anschluss die Inhalte des Videos. Beide Arbeitsmaterialien sind auf der Seite für Schülerinnen und Schüler eingebunden, sodass die Lernenden nur einen Link benötigen, um das Video anzusehen und anschließend die interaktive Übung zu bearbeiten Die digitalen Arbeitsmaterialien können sowohl im Distanz-Unterricht eingesetzt, sodass die Lernenden sich mit dem Lehrinhalt über ihr Endgerät selbst auseinandersetzen können, als auch im Präsenz-Unterricht genutzt werden, um den Lehrinhalt aufzugreifen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen den grundsätzlichen Ablauf der Wärmebehandlung von Stahl kennen. entwickeln Verständnis grundlegender Gefügeveränderungen bei der Wärmebehandlung von Stahl. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen den PC/Laptop als Medium (Präsenz- und Distanz-Unterricht). vertiefen den Umgang mit digitalen Formaten. eignen sich selbstständig Wissen mit Lernvideos und interaktiven Übungen an.

  • Metalltechnik
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe II

Drohnen – Revolution in der Luftfahrt?

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Drohnen" erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler Grundlagen der modernen Drohnentechnik, wie diese entstand und was bei der zivilen Nutzung zu beachten ist.Die Fachwelt nennt sie Unmanned Aircraft Systems , Liebhaber nennen sie kurz Copter . Für die zivile Luftfahrt – meinen viele – sind Drohnen eine Revolution. "Deutlich mehr als eine Million" Drohnen erwartet die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH im Jahr 2020 in Deutschland. In Teilen der Fachwelt hält man diese Schätzung eher für zurückhaltend. Belastbare Zahlen zu zivil genutzten Drohnen gibt es nicht. Denn eine Registrierungspflichtsieht die deutsche Gesetzeslage nicht vor. Neue Regelungen gibt es sehr wohl. Im April 2017 ist die sogenannte "Drohnen-Verordnung" in Kraft getreten. Drohnenpiloten müssen wissen, was sie dürfen und was nicht. Sie müssen sich im wörtlichen wie übertragenen Sinne versichern. Denn selbst kleine Multicopter können großen Schaden anrichten. Es gilt, ein Bewusstsein hierfür zu schaffen. Es sei darauf hingewiesen, dass der militärischen Nutzung von Drohnen in der vorliegenden Einheit deshalb bewusst nur eine untergeordnete Rolle zukommt. Die zivile Nutzung von Drohnen ist jedoch für sich betrachtet bereits ein komplexes Thema, das wir in dieser Lerneinheit möglichst vielschichtig durchdringen wollen. Die Unterrichtseinheit beginnt zunächst mit der Einschätzung der Tragweite. Revolutioniert die Drohnentechnik tatsächlich die Luftfahrt? Bei der Erörterung dieser und vieler weiterer Fragen hilft Ralf Heidger, Experte aus dem Drohnen-Fachteam der DFS. Nach der geschichtlichen Einordnung wenden sich die Lernenden den Drohnentypen zu, die hauptsächlich für die schwindelerregenden Absatzzahlen sorgen: den Multicoptern. Nachdem die Schülerinnen und Schüler die Bauteile eines Multicopters erforscht und weitere Ausführungen von Drohnen kennengelernt haben, beschäftigen sie sich mit den zivilen Einsatzgebieten der unbemannten Luftfahrzeugsysteme. Deutliche Symbolkraft besitzen auch die Zeitungsschlagzeilen im Anschluss, die sich mit den Gefahren der zunehmenden zivilen Drohnennutzung befassen. Den Blick der Deutschen Flugsicherung auf das Thema Drohnen lernen die Schülerinnen und Schüler im großen Interview mit Ralf Heidger kennen. Mit welchen Angeboten sich die Gesetzeslage erschließen lässt, erfahren sie im Anschluss. Zum Abschluss dieser Unterrichtseinheit befassen sich die Lernenden noch mit Berufsperspektiven im Bereich der Luftfahrt. Das Thema "Drohnen" im Unterricht Die zivile Nutzung von Drohnen beziehungsweise Multicoptern nimmt immer weiter zu. Nicht nur privat werden Multicopter genutzt. Auch kommerziell kommt den unbemannten Flugobjekten eine immer größer werdende Bedeutung zu. Beispielsweise stoßen Paketlieferdienste an ihre Grenzen in der Zustellung. Hier wird bereits mit Multicoptern und einer kontaktlosen Zustellung experimentiert. Was wird in Zukunft möglich sein und wo sind technische, aber auch gesetzliche Grenzen? Für die Schülerinnen und Schüler lohnt es sich, wenn sie bereits frühzeitig einen Blick in die Zukunft werfen, um sich mit diesem Thema auseinanderzusetzen. Vorkenntnisse Fachliche und sprachliche Vorkenntnisse sind nicht nötig. Fachbegriffe und Abkürzungen werden gesondert in einem Glossar erklärt. Selbstständige Arbeit in (Klein-)Gruppen sollte jedoch vorausgesetzt werden. Didaktisch-methodische Analyse In dieser Unterrichtseinheit bietet sich die Gruppenarbeit als Sozialform zum Kompetenz- und Wissenserwerb an. Dies gilt für alle Phasen bis auf den Informationsteil am Ende: Da hier nur ein Informationstext gelesen wird, lässt sich diese Phase besser in Einzelarbeit und dementsprechend auch als Hausaufgabe bearbeiten. Trotzdem ist eine Variation der Sozialformen in den anderen Phasen möglich. Dennoch haben alle Phasen eine gemeinsame Plenumsphase gemeinsam, bei der sich die gesamte Lerngruppe zu einem bestimmten Zeitpunkt zusammenfindet und sich über Ergebnisse austauscht. Die Einheit gliedert sich in insgesamt sieben Kapitel. Zu jedem Kapitel gibt es ein Arbeitsblatt und gegebenenfalls Materialblätter mit zusätzlichen Informationen, die zur Bearbeitung der Aufgaben benötigt werden. Die einzelnen Kapitel und Arbeitsblätter lassen sich allerdings auch unabhängig voneinander bearbeiten und bauen nicht aufeinander auf. Somit kann die Unterrichtseinheit in einer beliebigen Reihenfolge bearbeitet werden und sie bietet die Möglichkeit der Differenzierung durch Hinzunehmen und Weglassen einzelner Aufgaben oder ganzer Arbeitsblätter. Auch eine Aufteilung der Arbeitsblätter in mehrere Gruppen ist vorstellbar. Insgesamt lässt sich die gesamt Einheit mit allen Arbeitsblättern in circa 4 bis 6 Unterrichtsstunden bearbeiten. Die genaue Zeit variiert je nach Zeitbedarf für die Diskussionen im Anschluss an die Arbeitsphasen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen bedeutende Erfindungen der Luftfahrt kennen. erarbeiten, wie Multicopter aufgebaut sind. unterscheiden zwischen Starrflüglern und Hybridsystemen. benennen zivile Einsatzgebiete und die damit einhergehenden Gefahren. machen sich mit der Gesetzlage zur Drohnennutzung vertraut. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene digitale und analoge Medien zum Erkenntnisgewinn und als Diskussionsgrundlage. präsentieren Ergebnisse in verschiedenen Formaten. recherchieren selbstständig und bewerten Suchergebnisse hinsichtlich ihrer Aussagekraft. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren Arbeitsergebnisse adressatengerecht. arbeiten gemeinsam in verschiedenen Sozialformen. nehmen Rücksicht auf die Bedürfnisse anderer und respektieren Meinungen abseits der eignen.

  • Elektrotechnik  / Informationstechnik
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

CanSat: erste Schritte

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Kernpunkten der CanSat-Hauptmission und veranschaulichen diese in einem Experiment. In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Kernpunkten der CanSat-Hauptmission, bei der die jeweiligen Teams Temperatur und Druck messen und die Daten an ihre Bodenkontrollstation übermitteln. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Unterschiede der zur Verfügung stehenden Sensoren kennen und machen sich mit den Herausforderungen vertraut, die ihnen beim Erfüllen der Hauptmission begegnen werden. Dabei bauen die Lernenden einen Satelliten im Miniaturformat selbst nach. Die CanSat-Satelliten messen den Luftdruck und die Temperatur und senden die Ergebnisse anschließend an die Bodenstation. Dieses komplexe Experiment wird von den Schülerinnen und Schülern unter Zuhilfenahme der Anleitungen in dieser Unterrichtseinheit in Eigenregie durchgeführt. Der CanSat misst die Gegebenheiten in geringen Höhen und stellt den tatsächlichen Ablauf einer realen Raumfahrtmission dar. Besonderes Augenmerk liegt bei dieser Unterrichtseinheit auf dem Bau des CanSat und der Kommunikation zwischen dem Miniatursatellit und seiner Bodenkontrollstation. Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten in Teams den vorgegebenen Ablauf des CanSats-Aufbaus. In der Interaktion mit anderen aus der jeweiligen Gruppe können Lötarbeiten, Programmierungen und der Aufbau des Miniatur-Satelliten im Austausch stattfinden. Durch den gegebenen Aufwand der Unterrichtseinheit ist eine Projektwoche für die Durchführung des CanSats-Experiment auch vorstellbar. Aufgrund der Anwendung des Ohmschen Gesetzes und des Arbeitens mit Widerständen und Spannungsteiler-Schaltungen sollten Vorkenntnisse in diesem Bereich der Elektro- und Informationstechnik vorhanden sein. Alter: 14 - 20 Jahre Lehrplanbezug: Elektronik, Programmieren, Mathematik Schwierigkeit: mittel Benötigte Zeit: 90 Minuten Die Schülerinnen und Schüler lernen die Komplexität und den Aufwand einer Raumfahrtmission im Miniaturformat kennen. bearbeiten die Aufgaben mit ihren Teammitgliedern im Austausch. verbessern ihre Fähigkeiten im Löten von kleinsten Teilen beziehungsweise wenden ihre bereits erlangten Lötfähigkeiten an. sehen die mathematische Komponente ihres Ausbildungsberufes in der Anwendung. diskutieren im Austausch mit den Teammitgliedern die Notwendigkeit solcher Raumfahrtmissionen und wie man das eigene Modell optimieren könnte.

  • Elektrotechnik  / Informationstechnik
  • Berufliche Bildung

Programmieren mit dem Arduino

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtsreihe stellt Berufsschulen Materialien zur Verfügung, die eine Einführung in die Mikrocontroller-Programmierung am Beispiel des Arduino ermöglichen. Dabei kann gänzlich auf Hardware verzichtet werden, denn die Simulation bietet eine vollständige und leicht bedienbare Virtualisierung. Der Beitrag entstand im Rahmen des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Projekts "Berufsschule digital". Der Arduino ist ein Mikrocontroller und Open Source-Projekt von Massimo Banzai und David Cuartielles aus dem Jahr 2005. Hard- und Software sind im Internet unter einer Creative-Commons-Lizenz frei verfügbar. Ein Mikrocontroller besteht aus einem Prozessor und verschiedenen Peripherie-Elementen. In vielen Haushaltsgeräten oder Maschinen werden Mikrocontroller für zahlreiche Aufgaben eingesetzt. So findet man diese in Waschmaschinen, Fernsehgeräten, Fernbedienungen, Druckern, aber auch in Fahrzeugen, zum Beispiel für die Steuerung von Fensterhebern, Airbags oder Klimaanlagen. Dieses Unterrichtsmaterial für die Berufsschulfächer Elektrotechnik und Metalltechnik umfasst eine Einführung für die Lehrkraft sowie die Schülerinnen und Schüler in Form einer PowerPoint-Präsentation. Vorbereitet sind sieben Unterrichtseinheiten , für die lediglich pro Schülerin oder Schüler ein Computer mit Internetverbindung benötigt wird. Die Programmier-Aufgaben lassen sich komplett am Bildschirm bearbeiten. Die Unterrichtseinheiten orientieren sich an einem Pkw, der mit Sensoren und Programmen in seinen Funktionen erweitert wird , zum Beispiel durch ein automatisches Abblendlicht, einen Parksensor und eine automatische Abstandsregelung. Vorkenntnisse Die Lernenden benötigen keine Vorkenntnisse in Programmierung. Sie sollten aber über grundlegende Computerkenntnisse verfügen. Didaktische Analyse Das Thema Programmieren ist generell von Relevanz für alle Schülerinnen und Schüler, denn die Digitalisierung bringt immer mehr Automatisierung und Künstliche Intelligenz (KI) in den Alltag der Menschen. Die Schülerinnen und Schüler von heute sollten im Hinblick auf ihre Zukunft grundlegende Zusammenhänge der Programmierung kennen, um die Möglichkeiten aber auch Beschränkungen von Software zu erfassen. Heutiges Programmieren findet kaum noch auf einem leeren Blatt Papier statt. Programmcode wird heute aus dem Internet geladen, analysiert, wiederverwendet und abgeändert. Wichtig ist es, wiederverwendeten Programmcode vollständig verstanden zu haben, um ihn für eigene Projekte zu benutzen. Die Lehrkraft sollte die Schülerinnen und Schüler zu dieser Vorgehensweise anhalten. Mithilfe einer detaillierten Kommentierung des Programmcodes kann sichergestellt werden, dass bei den Lernenden das notwendige Verständnis vorhanden ist. Methodische Analyse Die Lerneinheiten sowie die Lösungen sind auf tinkercad.com vorbereitet und werden auch dort von den Lernenden bearbeitet. Die Lehrkraft kann die Schülerinnen und Schüler bei TinkerCAD als Klasse einladen oder Einzel-Accounts durch die Schülerinnen und Schüler erstellen lassen, die dann auch zuhause genutzt werden können. Weiterhin ist es möglich, die Aufgaben mit realen Bauteilen und Mikrocontrollern zu bearbeiten, weil sowohl Programmier-Code als auch Hardware identisch in der Simulation abgebildet werden. Entsprechende Hardware-Sets sind kostengünstig frei erhältlich. Für Schülerinnen und Schüler mit Vorkenntnissen enthält jede Unterrichtseinheit eine Aufgabe für "Profis". Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen grundlegende Programmier-Techniken kennen. lernen einen Mikrocontroller (Arduino) kennen. nutzen eine Virtualisierung für Programmierzwecke (tinkercad.com). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen digitale Werkzeuge für die Lösung alltäglicher Aufgaben mithilfe von Elektronik. erkennen Algorithmen und ändern diese für die Lösung der Aufgaben ab. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen selbstorganisiert mit vorbereitetem Material. unterstützen sich gegebenenfalls in Partnerarbeit bei der Lösung der Aufgaben.

  • Informationstechnik
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe II

Erstaunliche Entwicklung: Technik früher und heute

Fundstück

Ein Leben ohne Handy, Computer oder Fernseher? Das ist heute kaum noch vorstellbar! Mit unserem Fundstück der Woche gehen wir zu den Ursprüngen dieser technischen Geräte und zeigen Ihnen, welche erstaunlichen Entwicklungen in kurzer Zeit gemacht wurden.

  • Elektrotechnik  / Informationstechnik

Aktuelle News für den Fachbereich Technik

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