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Elektronik-Chips sind aus unserem Alltag kaum noch wegzudenken, in fast jedem Gerät findet man sie inzwischen. Diese Unterrichtsreihe beleuchtet modular die Anfänge und die Entwicklung, erläutert das Mooresche Gesetz und wagt einen Blick in die Zukunft. Das Material kann zur Vorbereitung für den "INVENT a Chip"-Wettbewerb verwendet werden. #inventachip Die Elektronik hat unsere Lebens- und Arbeitswelt grundlegend verändert. Computer, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik – überall werden dafür elektronische Schaltungen benötigt. Dabei kommt den Chips (auch ICs genannt) eine Schlüsselfunktion zu. Doch wie hat alles angefangen und sich entwickelt? Und warum entwickeln Firmen immer mehr spezielle Chips, während andererseits die Mikrocontroller ihren Siegeszug fortsetzen? Was beschreibt das Mooresche Gesetz und behält es auch in Zukunft seine Gültigkeit? Dies sind nur einige Fragestellungen, die im ersten Teil dieser Reihe beantwortet werden sollen. Dabei werden die elektronischen Bauteile immer kleiner. Das schont nicht nur die Ressourcen, es macht auch immer leistungsfähigere Chips möglich, die sogar weniger Energie benötigen als ihre Vorgänger. Doch es gibt da auch Grenzen, die die Physik setzt. Später soll es auch um das Design eines Chips auf einem FPGA gehen. Dafür gibt es eine ganz eigene Programmiersprache, die die Hardware beschreibt und nicht die Software. Ein kleiner Schnupperkurs soll erste Einblicke gewähren. Auch die Nachhaltigkeit im Bereich Mikroelektronik wird beleuchtet, denn viele stromsparende Geräte enthalten nicht weniger, sondern mehr Elektronik, die uns beim Einsparen von Wasser, Strom und Rohstoffen hilft. Zuletzt soll noch ein Blick in die Zukunft gewagt werden. Die Verbindung von Mensch und Maschine ist ein Forschungsfeld der Zukunft. Ergänzend zu den modular einsetzbaren Arbeitsblättern finden Sie hier noch interaktive Übungen, um das Gelernte zu festigen und zu vertiefen. Das Thema Mikroelektronik ist sowohl in der Alltagswelt als auch in der Schule von erheblicher Bedeutung. Ob im Smartphone, Computer, Tablet, im Fernseher oder der Unterhaltungselektronik – überall ist Mikroelektronik zu finden. Wie diese grundlegend aufgebaut ist und wie sie sich entwickelt haben und sich entwickeln werden, sind spannende Themen. Vorkenntnisse für die Reihe sind nicht erforderlich. 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 denn das eigene Smartphone oder Tablet aufgebaut ist, 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 erkennen den Unterschied zwischen analog und digital. verstehen, warum unsere Welt immer "digitaler" wird. lernen, was "integrierte Schaltungen" sind. erörtern das Mooresche Gesetz. bekommen einen Einblick in die Leistungsfähigkeit moderner Chips. lernen den Unterschied zwischen ASIC und Mikrocontroller kennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen Videos als Informationsquelle. vertiefen ihr Wissen mit interaktiven Übungen . Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler reflektieren ihre Alltagswelt, die von der Mikroelektronik geprägt wird. recherchieren im eigenen Lebensumfeld. simulieren eine Teamentscheidung in einer fiktiven Firma.

Für den Mathematikunterricht eignet sich bei vielen Themen der Einsatz vom Computer – beispielsweise um Probleme unter einem anderen Blickwinkel zu betrachten und vielseitiger zu erforschen. In der Geometrie bewährt sich dazu die dynamische Geometriesoftware GeoGebra. Die Schülerinnen und Schüler üben in dieser Unterrichtseinheit das computergestützte Konstruieren, Verstehen und Reflektieren geometrische Zusammenhänge und Erlernen gleichzeitig wertvolle Grundlagen im Umgang mit der Software. Diese Unterrichtseinheit baut auf der Einheit "Mit GeoGebra arbeiten – Grundlagen Teil 2" auf und handelt vom Konstruieren und Messen im zweidimensionalen Raum mit Hilfe der dynamischen Geometriesoftware GeoGebra. Auf dem ersten Arbeitsblatt dreht sich dabei alles um die Konstruktion von Dreiecken. So werden beispielsweise gleichschenklige und gleichseitige Dreiecke mithilfe von Schiebereglern konstruiert. Auch die Konstruktionsbeschreibung mithilfe des Textwerkzeuges und die Möglichkeit der Integration von gemessenen Werten (Variablen) in Texte wird thematisiert. Auf dem zweiten Arbeitsblatt werden neben der Konstruktion von rechtwinkligen Dreiecken und Ellipsen das Anzeigen von Spuren erkundet, indem Spuren von Punkten und Flächen entdeckt werden. Abschließend werden an zwei Experimentierdateien "Thaleskreis_und_mehr" sowie "Winkelbetrachtungen" besondere geometrische Eigenschaften dynamisch wiederholt. Da die Schülerinnen und Schüler unterschiedliche Voraussetzungen im Umgang mit dem Computer haben, ermöglichen die kleinschrittig konzipierten Aufgaben den Lernenden selbstständig oder in Paar-Arbeit die Arbeitsblätter zu bearbeiten. Sollten bei leistungsschwächeren Schülerinnen und Schülern dennoch Schwierigkeiten bestehen, so können die Musterlösungen alternativ als Begleittexte verwendet werden. Diese enthalten detaillierte Hinweise mit Visualisierungen. Des Weiteren gibt es zu jeder Aufgabe eine fertig konstruierte GeoGebra-Datei als Download. Um mit GeoGebra arbeiten zu können, müssen die Grundelemente erlernt und eingeübt werden. Mithilfe der beiden Arbeitsblätter entdecken die Schülerinnen und Schüler in Einzel- oder Paar-Arbeit weitere Grundlagen der dynamischen Geometriesoftware, indem sie einfache geometrische Figuren konstruieren, Abmessungen an ihnen vornehmen und Lagen erforschen. Zusätzlich können die Musterlösungen den Lernenden als Hilfestellung angeboten werden. Durch die freie Erarbeitungsphase hat die Lehrkraft die Möglichkeit leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler individuell zu unterstützen. So wird gewährleistet, dass den Lernenden der Einstieg individuell im Umgang mit GeoGebra ermöglicht wird. Durch die entstehenden Konstruktionen werden die Lernenden außerdem dazu angeregt selbst Fragestellungen zu Lageverschiebungen und neuen Konstruktionsproblemen zu entwickeln. Der Umgang mit Computern und Software ist den Schülerinnen und Schülern bekannt, so dass sie mit der Oberfläche von GeoGebra schnell vertraut werden. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler lernen mathematische Darstellungen kennen und verwenden diese. lösen Probleme mathematisch und stellen diese am Rechner dar. modellieren mathematisch. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden computergestützte Software zum Konstruieren und Messen. erforschen geometrische Beziehungen in interaktiven Dateien. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren Selbstwertgefühl und Eigenverantwortung (Rückmeldungen zu Lösungsstrategien). üben Teamfähigkeit und unterstützen sich gegenseitig. zeigen durch offene Fragestellungen Engagement und Motivation, Lösungen zu entwickeln.

Die transzendente Zahl Pi – die Faszination einer Zahl, die schon viele in der Geschichte der Mathematik beschäftigt hat, ist ungebrochen. Versuche, diese Zahl auf möglichst viele Stellen zu bestimmen, lassen im Zeitalter von PC und Software interessante Möglichkeiten zu. Die Schülerinnen und Schüler entdecken in dieser Unterrichtseinheit computergestützt mit GeoGebra, Tabellenkalkulationen und bei Bedarf einer Java Anwendung, wie sie sich der Zahl Pi nähern können. In der Unterrichtseinheit "Die Kreiszahl Pi" erwerben die Lernenden mithilfe anschaulicher Elemente das Verständnis, wofür diese Zahl steht und wie man sich an die Genauigkeit des Wertes immer weiter herantasten kann. Auf dem ersten Arbeitsblatt dreht sich dabei alles um die bekannte "Monte-Carlo-Methode". Mit der Beschreibung der Methode verstehen und begreifen es die Lernenden auch visuell unterstützt, wie diese Zahl einen Anteil beschreibt und entwickeln Computeranwendungen, um diese Methode durchzuführen. Auf dem zweiten Arbeitsblatt wird das Zufallsprinzip verworfen undt eine strukturierte Verbesserung der Anteilsidee erarbeitet. Wieder werden die Lernenden geführt, diese Verbesserung selbst so zu begreifen, dass es Ihnen gelingt eine eigene Tabellenkalkulation zu erstellen, um bestimmte Genauigkeiten zu erreichen. Auf dem dritten Arbeitsblatt wird eine geometrische Herangehensweise vorgestellt, mit welcher es möglicherweise auch schon berühmte Persönlichkeiten vor vielen Jahren gelang, Pi auf eine bestimmte Anzahl von gültigen Nachkommastellen zu bestimmen. Die Lernenden werden durch die Idee so geführt, dass es Ihnen gelingt, eigene GeoGebra-Dateien zu erstellen und anzuwenden. Darüber hinaus stehen viele Experimentierdateien bereit. Diese unterschützen und veranschaulichen das Verständnis der Schülerinnen und Schüler im Umgang mit der Kreiszahl Pi und motivieren, mehr über Genauigkeiten der Annäherung zu erfahren. Kleinschrittig konzipierte Aufgaben und Arbeitsblätter ermöglichen es den Lernenden, selbstständig oder in Paararbeit die Inhalte zu erarbeiten. Sollten bei leistungsschwächeren Schülerinnen und Schülern dennoch Schwierigkeiten auftreten, können die Musterlösungen als Begleittexte verwendet werden. Zu jeder Aufgabe gibt es fertige Lösungen zum Download. Die Kreiszahl Pi beschäftigt die Menschen schon sehr lange und weckt in Forscherinnen und Forschern immer noch große Begeisterung. In dieser Unterrichtseinheit wird durch selbst zu erstellende PC-Simulationen die Zahl Pi erforscht und damit das Verständnis der verschiedenen Annäherungsverfahren an die Zahl Pi verstärkt. Die große Anzahl von Experimentierdateien vermittelt den Lernenden außerdem den Nutzen von Software: Einerseits können visuelle Darstellungen das Verständnis für die Annäherungsverfahren schärfen. Andererseits kann eine große Anzahl an Rechenoperationen durchgeführt werden, die von Hand nicht zu erreichen wäre. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler lernen mathematische Darstellungen kennen und verwenden diese. modellieren verschiedene Annäherungsverfahren an die Zahl Pi mathematisch. entdecken unterschiedliche Annäherungsverfahren mithilfe von Experimentierdateien. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden computergestützte Software zum Konstruieren und Berechnen. erforschen geometrische Beziehungen in interaktiven Dateien. erforschen die Bedeutung des PC als Möglichkeit viele Berechnungen durchführen zu können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren Selbstwertgefühl und Eigenverantwortung (Rückmeldungen zu Lösungsstrategien). üben Teamfähigkeit und unterstützen sich gegenseitig. zeigen durch offene Fragestellungen Engagement und Motivation, Lösungen zu entwickeln.