Modell 5: Buchständer

Gesicherte Kostbarkeiten

Klassenstufe
5-7
Zeitaufwand
2 Doppelstunden
Schwierigkeitsgrad
Modell: mittel, Programmierung: mittel
Modellart
Stationäres Gerät als Stütze für Bilder, Bücher oder Smart devices mit optischer Alarmfunktion bei Annäherung bzw. optischer und akustischer Alarmfunktion bei Entfernung des aufgelegten Gegenstands.
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MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren eine Halterung zur Präsentation flacher Gegenstände (Bilder, Bücher, smart devices o.ä.). Die ausgestellten Gegenstände werden gesichert. Ein Näherungssensor für den „Voralarm“ (LED blinkt) zeigt einen zu geringen Abstand des Betrachtenden an. Beim Entfernen der präsentierten Dinge wird über ein optisches und zusätzlich akustisches Signal Alarm ausgelöst. Zur Differenzierung kann ein Magnetschalter als Hauptschalter integriert werden. 

ALLTAGSBEZUG

Das Schützen und Sichern von Gegenständen ist den SuS bekannt. Sicherungssysteme wie ein Kensingtonschloss, ein Handyschloss in einer Verkaufsausstellung, ein Fahrrad- oder Ski-Reparaturset neben Radwegen/Pisten usw. können im Original oder als Bilder gezeigt werden. Die Sicherung von mechanischen Dingen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar.

Leitfragen

  • Wie lässt sich ein flacher Gegenstand so aufstellen, dass seine Oberfläche gut sichtbar und nicht verdeckt präsentiert wird? (Kommunikation)
  • Wo und wie werden wichtige Gegenstände in Szene gesetzt und welche Vor- und Nachteile bringt dies jeweils mit sich? (Kollaboration, kritisches Denken)
  • Welche Arten von Alarmsignalen sind geeignet und lassen sich ggf. entsprechende physikalische Größen erstellen? (Kritisches Denken)
  • Welche Aspekte beim Design sind zu berücksichtigen, damit die Anlage einen sicheren Stand hat und die Gegenstände nicht umfallen bzw. Schaden nehmen?

Fächerbezug
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Informatik
Grundlagen der Programmierung, Schalter, Sensoren, Zeitschleifen 
Wirtschaftslehre
Verkaufsstrategien
Technik
stabiles Bauen, Konstruktionstechnik
Physik
Erfassen von physikalischen Größen (Form, Bewegung)

Unterrichtsverlauf
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Einführungsphase

Unterrichtsgespräch (ohne App)

  • Szenarien und Alltagsanwendungen abfragen, wie Gegenstände präsentiert werden, die gesichert werden müssen.

  • Sicherungsmöglichkeiten und präventive Warnmöglichkeiten sammeln und deren Vor- und Nachteile diskutieren.

  • Mögliche Alarmausgabemöglichkeiten sammeln und diskutieren.

  • Wünschenswerte Funktionen rund um die Alarmauslösung sammeln (Zeitverzögerungen, Sicherheitsabschaltung, Abschaltfunktion einer ausgelösten Anlage …).

ggf. Hilfestellung

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

Unterrichtsgespräch (ohne App) 

  • Bekanntgeben des Themas.

  • Benennen der Sensoren und Aktoren, welche in dem Projekt verwendet werden

  • Das Funktionsprinzip der verwendeten Sensoren und der Aktoren besprechen. 

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

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • Die SuS machen sich mit der App bekannt und laden die entsprechende Aufgabe.

  • Die SuS sortieren wichtige und weniger wichtige Eigenschaften einer automatischen Sicherungsanlage

  • Die SuS erstellen die Anforderungsliste für die zu bauende Anlage.

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 Gruppenarbeit (mit App) 

  • Die SuS nutzen die App zum Bau der automatischen Sicherungsanlage. Die App führt kleinschrittig durch die Bauanleitung.
Programmierphase

Partner- oder Gruppenarbeit (mit App)

  • Die SuS schreiben das Programm für die automatische Sicherungsanlage. 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) 

  • Die Sicherungsanlage wird in Betrieb genommen und getestet

  • Mögliche Störungen im Funktionsablauf (Annäherung, Geräuschausgabe des Aktors, sicherer Stand …) müssen erkannt und behoben werden

  • Fehlersuche mittels Vorschlägen in der App durchführen

  • Eventuelle Optimierungen sind in der Programmierung vorzunehmen

Abschlussphase

Optional: Vorstellung und Zuteilung von Differenzierung (mit App)

  • Die Möglichkeit zur Differenzierung für schnelle SuS wird in der App angeboten: Ein Hauptschalter kann mittels Reedkontakt ergänzt werden. Durch diesen kann die Anlage „scharf“ bzw. auf „Stand-by” geschaltet werden.

  • Die weitere Vorgehensweise wird mithilfe der App realisiert.

Diskussion im Plenum

  • Nachbesprechung des Projekts im Klassenverbund.

  • Ggf. Vorstellung der differenzierten Lösungen.

Wettbewerb 

  • Eine Schallmessung der verschiedenen Lösungen kann als Wettbewerb durchgeführt werden (der Lauteste gewinnt).

 

Informationen und Hinweise
​

Methodisch-didaktische Hinweise
 

Differenzierungsmöglichkeiten

Zur Differenzierung kann ein weiterer Sensor in die Anlage eingebaut werden. Dabei wird das „Entschärfen“ bzw. „scharf stellen“ der Anlage durch Auslösen eines Reedkontakts ermöglicht. Dieser sollte seitlich an der Anlage angebracht werden. Der Reedkontakt könnte auch in Form eines flachen Magneten, welcher auf eine „Zugangskarte“ geklebt wird, optisch verbessert werden.

Motivationale Aspekte

Das Sichern von Gegenständen ist den SuS aus dem Alltag bekannt und bringt intrinsische Motivation mit sich. Das eigenständige Realisieren eines Aktors kann zu sehr kreativen Lösungen führen.

Zusatzmaterialien

In der Einführungsphase können mitgebrachte Schlösser (Fahrrad, Kensington etc.) genutzt werden. Es müssen zu sichernde Gegenstände vorhanden sein (z.B. Tablet, Buch o.a.).

Bauanleitung

Stromlaufplan

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen
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Funktionen der Aktoren/Sensoren

Technische Lösung


Erfassen eines zu sichernden Gegenstands
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Auslösen eines Tasters (Dauerkontakt)


Unterschreiten eines Sicherheitsabstands
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Erfassen durch den Gestensensor


Ausgabe der Warnfunktion „Sicherheitsabstand“
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Blinken der roten LED


Ausgabe der Warnfunktion „Alarm“
​


Rotationsbewegung eines Motors mit Schallübertragung
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Differenzierung: Sicherheitsabschalten der Anlage
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Kontaktdurch Reedkontakt

Materialliste
​

Materialliste Grundschaltung des Fahrroboters
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Sensoren

 

Funktion

 

1 RGB Gestensensor

 

 

Bewegungssensor bei Annäherung
​

 

1 Taster

 

Schaltkontakt beim Entfernen der Anlage

 

Aktoren

 

Funktion

 

1 LED, rot

 

 

optische Warnfunktion
​

 

1 Getriebemotor

 

akustische Warnfunktion

 

Materialliste Differenzierungsaufgabe
​

Sensoren

 

Funktion

 

1 Reedkontakt

 

 

Entschärfen der Anlage
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