Modell 3: Hoflicht

Helligkeit für dunkle Ecken

Klassenstufe
5-7
Zeitaufwand
1-2 Doppelstunden
Schwierigkeitsgrad
Modell: leicht, Programmierung: leicht
Modellart
Mobiles Gerät, individuell positionierbar und für Beleuchtung einsetzbar
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MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren eine Beleuchtungsanlage, die an einem beliebigen Ort positioniert werden kann. Die Anlage schaltet bei Bewegung, die über einen Sensor registriert wird, eine Beleuchtung (weiße LED) an. Das Licht schaltet nach einer vorgegebenen Zeit wieder aus. Die Anlage funktioniert nur ab einer gewissen Helligkeit und aktiviert sich so bei Dunkelheit selbst.
Um die Anlage zu erweitern, lässt sich als Differenzierung ein zusätzlicher Schalter integrieren. Dieser ermöglicht es, das Licht als
Dauerbeleuchtung manuell an- und auszuschalten.

ALLTAGSBEZUG

Das automatische Auslösen eines Vorgangs hat einen starken motivationalen Effekt bei SuS. Das Auslösen der physikalischen Größe
„Licht“ ist schnell und für jedermann erfassbar. Ergänzungsmöglichkeiten der Grundaufgabe ermöglichen die Individualisierung des Themas.

Eine Integration der Thematik in die vorberufliche Orientierung könnte im Hinblick auf informationstechnische Berufsfelder erfolgen. Hier wird das automatisierte Schalten durch das Erfassen physikalischer Größen in vielen Bereichen genutzt. Besonders das Erfassen von Bewegungen ist in vielen Bereichen der Informationstechnik, z. B. bei der Gestensteuerung, zunehmend wichtig.

Leitfragen

  • Wo ist eine automatische Beleuchtung im Alltag einsetzbar? (Kommunikation)
  • Welche Funktionen muss die Anlage sinnvollerweise erfüllen? (Kollabortion)
  • Unter welchen Bedingungen soll das System an- bzw. ausschalten? (kritisches Denken)
  • Was ist zu berücksichtigen, damit die Anlage an verschiedenen Standorten genutzt werden kann und das System möglichst robust funktioniert? (Kreativität)
    ​

Fächerbezug
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Informatik
Grundlagen der Programmierung, Zeitschleifen
Mathematik
Strahlensatz
Technik
stabiles Bauen, Konstruktionstechnik
Physik
Licht, Bewegungsänderung
Biologie
Lichtfarben beim Pflanzenwachstum

Unterrichtsverlauf
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Einführungsphase

Unterrichtsgespräch (ohne App)

  • Szenarien abfragen: Wo und wie werden automatische Beleuchtungssysteme eingesetzt? (Hoflicht, Nachtlicht, Alarmanlage …)
  • Einsatzmöglichkeiten der gesammelten Szenarien diskutieren 
    • z. B. Hoflicht - Funktion: Einschalten (Sensor Bewegungserkennung) erst bei Dämmerung, Ausschalten nach 30 sec – 60 sec.
    • z. B. Nachtlicht - Funktion: Einschalten (Sensor Bewegungserkennung) erst bei Dunkelheit, Ausschalten bei zunehmender Helligkeit
    • z. B. Alarmanlagen - Funktion: zeitverzögertes Einschalten (Sensor Bewegungserkennung) bei Dunkelheit, Ausschalten der blinkenden Beleuchtung nach 30 sec – 60 sec.
  • Wünschenswerte Eigenschaften von Hoflichtern sammeln (verschiedene Ein- und Ausschaltzeiten, Zeitverzögerungen …).

 

ggf. Hilfestellung

  • Sensoren, Aktoren und Bauteile aus dem Baukasten zeigen, wenn nötig Präsentationsmedien einsetzen.
Planungsphase

Unterrichtsgespräch (mit App)

  • Die Lehrkraft gibt den Ablauf mittels der Arbeitsschritte in der App vor.

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • SuS machen sich mit der App bekannt und laden die entprechende Aufgabe.
  • Die Sus bearbeiten die beiden Aufgaben (multiple choice und drag&drop) zur Planung der Anlage in der App.

Optionale Partner- oder Gruppenarbeit (ohne App)

  • Die SuS skizzieren eine mögliche Anlage.
  • Die SuS diskutieren die Ergebnisse und einigen sich auf ein Design.
Konstruktionsphase

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • Die SuS nutzen die App zum Bau des Hoflichts. Die App führt kleinschrittig durchs Programm.
  • Die Anlage wird verdrahtet.
Programmierphase

Partner- oder Gruppenarbeit (mit App)

• Die SuS schreiben das Programm für das Hoflicht. Die App führt kleinschrittig durchs Programm; Hilfe wird in der App angeboten.
• Das Programm wird auf den RX Controller übertragen.

Experimentier- und Testphase

Partner- oder Gruppenarbeit (mit App)

  • Das Hoflicht wird in Betrieb genommen und getestet. Es darf nur auf Bewegungen vor dem Sensor reagieren, die in der Dunkelheit erfasst werden.
  • Mögliche Störungen im Funktionsablauf müssen gefunden und eliminiert werden. Hilfe wird in der App angeboten.
  • Eventuelle Optimierungen bei der Hardware (z. B. Höhe des Sensors verändern) und der Programmierung der Sensorempfindlichkeit (Bewegung und Helligkeit).
Abschlussphase

Optional: Vorstellung und Zuteilung von Differenzierung (mit App)

  • Die Möglichkeit zur Differenzierung für schnelles SuS wird in der App angeboten:
    Die Anlage kann um einen weiteren Taster ergänzt werden, dass sie auch als Tischlampe der Zimmerleuchte genutzt werden kann.
  • Die weitere Vorgehensweise wird mittels der App realisiert.

Diskussion im Plenum

  • Nachbesprechung des Projekts im Klassenverbund.
  • Stärken und Schwächen der einzelnen Lösungen und der Differenzierungen werden diskutiert

 

 

Informationen und Hinweise
​

Methodisch-didaktische Hinweise
​

Differenzierungsmöglichkeiten

Die Anlage lässt sich so erweitern, dass die Lampe auch
manuell betrieben werden kann.

Motivationale Aspekte

Das Thema Beleuchtung ist allen SuS aus dem Alltag bekannt. Auch das automatische Erfassen eines Zustands ist in vielen smarten Anwendungen längst Alltag. Die SuS kennen und nutzen also automatische Helligkeitsanpassungen von smart devices oder bewegungsgesteuerte Beleuchtungen.

 

 


Zusatzmaterialien

  • Für die Einführung in das Thema ggf. ein Realobjekt aus dem Bereich Beleuchtung einsetzen: Schranklicht, Nachtlicht, o.ä. 
  • Zeichenmedien (Papier, Whiteboard oder Projektionsfläche).
    ​

Bauanleitung

Stromlaufplan

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen
​

Funktionen der Sensoren

 

Technische Lösung

 

Erfassen einer Bewegung

 

 

Auswerten der Signale am Gestensensor

 

Ausgabe von Licht

 

 

Leuchten der weißen LED

 

Differenzierung:Initiieren eines manuellen Beleuchtungsvorgangs

 

 

Eingabe eines Signals an einem Taster

Materiallisten
​

Materialliste Grundschaltung der Beleuchtungsanlage

 

Sensoren

 

Funktion

 

1 RGB-Gestensensor

 

 

1. Einschalten der Anlage nur bei Dunkelheit

2. Auslösen des Schaltvorgangs bei Bewegung

 

 

1 Taster

 

Schalten für manuelle Nutzung der Anlage

 

Aktoren

 

Funktion

 

1 LED, weiß

 

 

1. Beleuchtung

 

 

Materialliste Differenzierungsaufgabe der Beleuchtungsanlage

 

Sensoren

 

Funktion

 

1 RGB-Gestensensor

 

1. Einschalten der Anlage nur bei Dunkelheit

2. Auslösen des Schaltvorgangs bei Bewegung

 

 

2 Taster

 

Manuelles Einschalten im Dauerbetrieb und bei Dunkelheit

 

Aktoren

 

Funktion

 

1 LED, weiß

 

 

1. Beleuchtung
 
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