Programmierung

Schalter und Schaltpläne

30 min

4.-6. Klasse

Fortgeschritten

Führe deine Schüler*innen (4.–6. Klasse) in die Arbeit mit Schaltern und Schaltplänen ein. Mit dieser Handreichung zeigen wir dir, wie du als Lehrkraft deinen Schüler*innen die Zusammenhänge zwischen Schaltkreisen und Schaltplänen, die zugehörigen Symbole und einige theoretische Grundlagen vermitteln kannst, damit sie die im Schülermaterial beschriebenen Aufgaben bewerkstelligen können.

Zur Schüleraufgabe

Inhalt

Materialumfang:

Grundlagen für die Lektion

Vorschläge für den Unterricht

Lernziele

Quiz

Motivation

Elektronik spielt im heutigen Alltag eine große Rolle. Deshalb sollten alle grundlegende Kenntnisse darüber besitzen, wie elektronische Schaltkreise funktionieren und aufgebaut sind, denn das hilft uns, die Welt um uns herum zu verstehen. Schüleraufgabe und Handreichung bauen auf die Lektionen Elektrischer Strom – Grundlagen und Elektronischer Schaltkreis auf. In der vorliegenden Lektion lernen die Schüler*innen, wie man Schaltpläne für einfache Schaltkreise liest (und selbst zeichnet), die unter anderem Schalter und LEDs enthalten.

Fächer: Physik/Chemie, Elektronik

Themen:

Strom, Spannung und Widerstand
- Ggf. das Ohm'sche Gesetz
Schaltkreise
Schaltpläne

Lernziele

Die Schüler*innen verstehen, was ein Schalter ist.
Die Schüler*innen können einen Schalter in einem Schaltkreis verwenden.
Die Schüler*innen kennen die Schaltplansymbole für LED, Widerstände , Schalter und Batterie .

Unterrichtsverlauf

Ziel dieses Unterrichtsverlaufs ist es, den Schüler*innen zu vermitteln, was elektrische Schaltkreise, Schaltpläne und Schalter sind.

Schalter

Das neue Bauelement, das die Schüler*innen in dieser Lektion kennenlernen, ist der Schalter . Die nachstehende Abbildung zeigt, wie ein Schalter aufgebaut sein kann. Dieser Schalter ist wie ein Taster aufgebaut, mit einer "Metallplatte", die durch eine bewegliche "Feder" nach oben geöffnet wird. Wird der Taster (also die Metallplatte in der Mitte) nicht gedrückt, besteht kein Kontakt zwischen den beiden unteren Leitern, und es kann kein Strom durch den Schalter fließen. Deshalb sind die leitenden Teile des linken Tasters rot dargestellt. Wir der Taster gedrückt, entsteht ein Kontakt zwischen den beiden unteren Leitern, und dadurch kann Strom durch den Schalter fließen – rechts dargestellt in Grün.

Es empfiehlt sich, den Schalter/Taster an die Tafel zu zeichnen, wenn ihr in der Klasse über dessen Funktionsweise sprecht. Das ermöglicht den Schüler*innen, Fragen zu stellen, und fördert das Verständnis.

Schaltkreise

Die Schüler*innen sollen denselben Schaltkreis aufbauen, der in der Lektion Elektronischer Schaltkreis gezeigt wird. Diesmal sollen sie jedoch einen Schalter hinzufügen, um die LED zu steuern. Die nachstehende Abbildung zeigt den Schaltkreis, der gebaut werden soll. Erfolgt der Aufbau korrekt, leuchtet die LED immer dann, wenn der Schalter/Taster gedrückt wird.

Schaltpläne

Die Schüler*innen erhalten eine Einführung in Schaltpläne. Ein Schaltplan ist die grafische Darstellung eines Schaltkreises. In Schaltplänen werden die elektronischen Bauelemente als Symbole und die elektrischen Verbindungen als Linien dargestellt. Das nachstehende Schema zeigt eine Übersicht der Bauelemente, mit denen wir in dieser Lektion arbeiten (Batterie/Batteriehalter, LED, Widerstand, Schalter), nebst den zugehörigen Symbolen für den Schaltplan.

Die nachfolgende Abbildung zeigt links den Schaltkreis mit Schalter, den die Schüler*innen bauen sollen. In der Mitte ist der Schaltkreis als Zeichnung dargestellt, in der die Bauelemente durch Bilder repräsentiert werden. Rechts ist ein "echter" Schaltplan zu sehen, in dem die Bauelemente durch Symbole dargestellt sind. Es ist möglich, dass die Schüler*innen den Zusammenhang zwischen den drei Darstellungen nicht gleich erfassen, deshalb wird empfohlen, der Klasse diese Abbildung zu zeigen.

Aufgaben

Im praktischen Teil sollen die Schüler*innen einen Schaltplan lesen und den Schaltkreis auf ihrem Steckbrett nachbauen. Die Lektion umfasst zwei Aufgaben.

Aufgabe 1

Die Schüler*innen sollen den rechts abgebildeten Schaltkreis bauen. Dieser Schaltkreis entspricht dem, den sie zu Beginn der Lektion bauen sollten – siehe Abschnitt über Schalter. Sage ihnen jedoch nicht, dass es sich um denselben Schaltkreis handelt, damit sie die Lösung nicht einfach übernehmen. Die Schüler*innen sollen selbst versuchen, die Zeichnung in einen physischen Schaltkreis auf ihrem Steckbrett zu "übersetzen". Fordere deshalb die Schüler*innen vor Beginn dieser Aufgabe auf, alle Bauteile von ihren Steckbrettern zu entfernen. Nachstehend ist ein Lösungsvorschlag für Aufgabe 1 abgebildet. Die Aufgabe ist dann richtig gelöst, wenn die LED leuchtet, wenn der Schalter/Taster gedrückt wird.

Aufgabe 2

Nun sollen die Schüler*innen einen Schaltkreis anhand eines "echten" Schaltplans bauen, in dem die Bauelemente mit Symbolen dargestellt sind. Der Schaltplan ist rechts abgebildet. Zu Beginn sollten die Schüler*innen erst einmal identifizieren, welche Bauelemente sie für den Schaltkreis benötigen. Dabei hilft ihnen die Übersicht über die Symbole, die im Heft abgebildet ist. Die nachstehende Abbildung zeigt einen Lösungsvorschlag für Aufgabe 2. Die Aufgabe ist dann richtig gelöst, wenn die LED leuchtet, wenn beide Schalter/Taster gedrückt werden.

Fehlersuche

Die Schüler*innen können bei beiden Aufgaben Fehler machen. Falls die LED nicht aufleuchtet, wenn der oder die Schalter gedrückt werden, kann dies mehrere Ursachen haben:

Einige Bauelemente sind nicht miteinander verbunden. Überprüfe, ob alle Bauelemente, die eine elektrische Verbindung benötigen, in die richtigen Leiterschienen eingesteckt wurden.
Die LED wurde verkehrt herum eingesteckt. Das lange Bein (+) muss mit dem Schalter verbunden sein. Das kurze Bein (-) muss mit dem Widerstand verbunden sein.
Die Batterien sind leer.
Es wurde ein verkehrter Widerstand eingesetzt. Der Widerstand muss 110 Ohm haben.
Die LED ist kaputt. Setze zur Überprüfung eine andere LED ein.

Quiz

Zu dieser Lektion gibt es einen Quiz, der einen Eindruck davon vermittelt, wie gut die Schüler*innen die Inhalte verstanden haben und ob es bestimmte Dinge gibt, an denen intensiver gearbeitet werden muss. Die Schüler*innen dürfen das Material auf dieser Website beim Quiz als Hilfsmittel benutzen, da sie so auch auch lernen, aktiv nach Antworten zu suchen, anstatt nur zu raten.

Wenn du den Quiz mit deinen Schüler*innen durchführst, musst du zuerst einen Link für deine Klasse einrichten, damit du später die Ergebnisse abrufen kannst. Hier ist die Webadresse für die Quizregistrierung:

http://www.teknologiskolen.dk/haefter/haefte-3/

Klicke auf die Schaltfläche "Opret klassekode" (Klassencode erstellen). Dadurch gelangst du zu einer Webseite, die einen Link bereitstellt, den die Schüler*innen für den Zugang zum Quiz benötigen. Daneben werden zwei Codes angezeigt: der Code, den du zum Abrufen der Ergebnisse brauchst, und der Klassencode. Es ist wichtig, dass du beide Codes notierst! Sie sind in Fettschrift dargestellt.

Durch Klicken auf die Schaltfläche "Klik her for at generere et kortlink" (Kurzlink erstellen) gelangst du auf die Website www.kortlink.dk. Dort wird der lange Link, den deine Schüler*innen für den Zugang zum Quiz brauchen, in einen Kurzlink umgewandelt. Der Vorteil eines Kurzlinks ist, dass er sich schnell an die Tafel schreiben lässt und die Schüler*innen ihn schnell abschreiben können, um das Quiz aufzurufen. Durch Klicken auf den Link wird eine neue Seite angezeigt, die so aussieht:

Den so erstellten Kurzlink (im Beispiel hier: kortlink.dk/24she) kannst du an die Tafel schreiben. Das erleichtert den Schüler*innen das Eingeben am Computer, Tablet oder Smartphone.

Die Schüler*innen dürfen den Klassencode nicht verändern. Falls beim Quizaufruf kein Klassencode angezeigt wird, kann er nachgetragen werden – du hast ihn auf der Webseite erhalten, auf der du den Quizzugang eingerichtet hast.

Um später die Antworten zum Quiz abzurufen, verwendest du diesen Link: http://www.teknologiskolen.dk/haefter/haefte-3/ Hier trägst du unter "Hent resultater" (Ergebnisse abrufen) den Klassencode und den PIN-Code ein, die du zuvor notiert hast. Durch Klicken auf den Button "Hent" (Abrufen) wird eine Excel-Datei mit anonymisierten Antworten heruntergeladen.

Vorschläge für die Unterrichtsgestaltung

Dieser Abschnitt enthält einige Beispiele dafür, wie du Heft 3 mit deiner Klasse benutzen kannst. Die Unterrichtsverläufe haben verschiedene Längen von 45, 60 und 90 Minuten.