Zwei-Tasten-Summer-Schaltung

Baumaterialien (für jedes Team)

Benötigtes Material

• Vier kleinere Behälter oder Kartons zum Trennen von Wertstoffen
• Zerbrochene Kartons oder andere Kartonagen
• Papierrolle (Umhüllung, Kunst) oder Regalfolien (für Förderbänder verwendet)
• Lockeres Netz

Optionale Materialien

• Ventilatoren oder Haartrockner
• Leiter oder Tritthocker (um Höhenänderungen für Rutschen usw. zu ermöglichen)
• Magnetstäbe oder andere große Magnete

Testmaterialien

• Vielzahl von sauberen, trockenen Wertstoffen (Kunststoff, Glas, Metall-/Aluminiumdosen und Papier) in einem großen Recyclingbehälter oder Karton
• Langer Tisch oder ein paar kurze Tische zusammen gestellt

Materialien

• Vielzahl von sauberen, trockenen Wertstoffen (Kunststoff, Glas, Metall-/Aluminiumdosen und Papier) in einem großen Recyclingbehälter oder Karton
• Langer Tisch oder ein paar kurze Tische zusammen gestellt

Verfahren

Platzieren Sie das Design auf einem langen Tisch (oder einigen kurzen Tischen zusammen), fügen Sie dem Design Wertstoffe hinzu und dokumentieren Sie, wie gut jedes Design die Wertstoffe in separate Behälter sortiert.

Design-Herausforderung

Sie sind ein Team von Ingenieuren, die vor der Herausforderung stehen, einen Schaltplan für die Entwicklung einer Zwei-Tasten-Summerschaltung zu zeichnen, die simulieren würde, wie Türklingeln an einer Vorder- und Hintertür sowohl einen Summer als auch eine Türklingel läuten könnten.

Eigenschaften

• Muss einen Schaltplan zeichnen.
• Summer soll simulieren, wie eine Türklingel klingelt.

Einschränkungen

• Verwenden Sie nur die bereitgestellten Materialien.

1. Teilen Sie die Klasse in Teams von 3-4 Personen auf.
2. Verteilen Sie das Arbeitsblatt für den Zwei-Tasten-Summer-Schaltkreis sowie einige Blätter Papier zum Skizzieren von Entwürfen.
3. Besprechen Sie die Themen im Abschnitt Hintergrundkonzepte. Besprechen Sie, wie eine Türklingel funktioniert. Zeigen Sie den Schülern ein Beispiel für einen Summer mit zwei Tasten.
4. Überprüfen Sie den Konstruktionsprozess, die Konstruktionsherausforderung, die Kriterien, Einschränkungen und Materialien.
5. Stellen Sie jedem Team seine Materialien zur Verfügung.
6. Erklären Sie, dass die Schüler ein schematisches Diagramm zeichnen und einen Summer mit zwei Tasten bauen müssen.
7. Geben Sie die Zeit an, die sie zum Entwerfen und Bauen haben (1 Stunde empfohlen).
8. Verwenden Sie einen Timer oder eine Online-Stoppuhr (Countdown-Funktion), um sicherzustellen, dass Sie pünktlich sind. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Geben Sie den Schülern regelmäßige „Zeitprüfungen“, damit sie bei der Arbeit bleiben. Wenn sie Probleme haben, stellen Sie Fragen, die sie schneller zu einer Lösung führen.
9. Weisen Sie die Schüler an, ein schematisches Diagramm des Zwei-Tasten-Summer-Setups zu zeichnen, bevor sie mit dem Bau beginnen.
10. Teams bauen ihre Entwürfe.
11. Testen Sie die Summerdesigns mit einer D-Batterie.
12. Besprechen Sie als Klasse die Reflexionsfragen der Schüler.
13. Weitere Inhalte zum Thema finden Sie im Abschnitt „Tiefer graben“.

Erweiterungsidee

Die Schüler bauen eine Zwei-Knopf-Summerschaltung, die von einem Klassenzimmer zum nächsten reicht! 

Studentenreflexion (technisches Notizbuch)

1. Wäre die Anzahl der Schalter, die Sie miteinander verdrahten könnten, begrenzt, damit der Summer ertönt? Wenn ja, warum? Wenn nein, warum nicht?
2. Würde das gleiche Schaltungskonzept für einen Garagentoröffner mit zwei Knöpfen (einer im Auto und einer in der Garage) funktionieren? Wieso den? Warum nicht?

Der Unterricht kann für ältere Schüler in nur 1 Unterrichtsstunde durchgeführt werden. Um den Schülern zu helfen, sich nicht gehetzt zu fühlen, und um den Erfolg der Schüler sicherzustellen (insbesondere für jüngere Schüler), teilen Sie die Lektion in zwei Abschnitte auf, damit die Schüler mehr Zeit für Brainstorming, Testideen und die Fertigstellung ihres Designs haben. Führen Sie die Tests und Nachbesprechungen in der nächsten Unterrichtsstunde durch.

Was ist einfache Schaltung? 

Einfacher Stromkreis Ein einfacher Stromkreis besteht aus drei minimalen Elementen, die erforderlich sind, um einen funktionierenden Stromkreis zu schließen: eine Stromquelle (Batterie), einen Pfad oder Leiter, auf dem Strom fließt (Draht) und einen elektrischen Widerstand (Lampe), bei dem es sich um ein beliebiges Gerät handelt der zum Betrieb Strom benötigt. Die folgende Abbildung zeigt eine einfache Schaltung mit einer Batterie, zwei Drähten, einem Schalter und einer Glühbirne. Der Stromfluss erfolgt vom Hochpotential-Pol (+) der Batterie durch die Glühbirne (sie leuchtet auf) und zurück zum negativen (-)-Pol, in einem kontinuierlichen Fluss, wenn der Schalter eingeschaltet ist, so dass Strom fließen.

Schematische Darstellung einer einfachen Schaltung  

Das Folgende ist ein schematisches Diagramm der einfachen Schaltung, das die elektronischen Symbole für Batterie, Schalter und Glühbirne zeigt.

Simulieren eines Schalters 

Simulieren eines Schalters durch Trennen eines Drahtes oder Hinzufügen eines Bleistifts

Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Schalter in einer einfachen Schaltung zu simulieren. Das einfache Entfernen und Ersetzen des Kabels von der Glühbirne kann als Schalter dienen. Ein weiterer einfacher Wechsel kann vorgenommen werden, indem das Ende eines der Drähte mit einem Gummiband am Radiergummiende eines Bleistifts befestigt wird. Befestigen Sie dann ein weiteres Gummiband am anderen Ende des Bleistifts, und indem Sie das andere Ende einfach auf das Verbindungskabel legen – und dann wieder weg – haben Sie einen Schalter geschaffen. Andere Arten von Leitern können auch im Schalterdesign verwendet werden, wie z. B. Aluminiumfolie, Haarklammern, Büroklammern, Papierklammern und einige Metallstifte.

Literatur-Empfehlungen

• Abzischen! Bauen Sie Ihre eigene elektronische Türklingel (Troll Assoc., ISBN: 0816761965)
• DK Augenzeugenserie: Elektrizität (ISBN: 0751361321)
• Eyewitness Electricity, von Steve Parker (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
• Wie Wissenschaft funktioniert, von Judith Hann (Readers Digest, ISBN: 0762102497)

Aktivität schreiben

Schreiben Sie einen Aufsatz oder einen Absatz, der andere Beispiele von zwei Knöpfen (Schaltern) beschreibt, die ein elektrisches Gerät bedienen (Garagentor, Treppenlicht, Computer, der an eine Steckdosenleiste angeschlossen ist). Wie unterscheiden sich diese Schaltungen vom Summer-Beispiel?

Anpassung an Curriculum Frameworks

Hinweis: Die Unterrichtspläne dieser Reihe richten sich nach einem oder mehreren der folgenden Standards:

• S. Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Wissenschaftsstandards der nächsten Generation (http://www.nextgenscience.org/)
• Standards der International Technology Education Association für technologische Kompetenz (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Nationaler Rat der Lehrer für Grundsätze und Standards der Mathematik für Schulmathematik (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Gemeinsame Kernzustandsstandards für Mathematik (http://www.corestandards.org/Math)
• Computer Science Teachers Association K-12 Standards für Informatik (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse K-4 (4 - 9 Jahre)

INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Anfrage

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Fähigkeiten, die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich sind
• Verständnis für wissenschaftliche Forschung

INHALTSSTANDARD B: Physikalische Wissenschaft

Als Ergebnis der Aktivitäten sollten alle Schüler ein Verständnis für

• Licht, Wärme, Elektrizität und Magnetismus

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Wissen über Wissenschaft und Technik

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse 5-8 (Alter 10 - 14)

INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Anfrage

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Fähigkeiten, die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich sind
• Verständnis für wissenschaftliche Forschung

INHALTSSTANDARD B: Physikalische Wissenschaft

Als Ergebnis ihrer Aktivitäten sollten alle Schüler ein Verständnis für

• Energieübertragung

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

• Verständnis für Wissenschaft und Technologie

Wissenschaftsstandards der nächsten Generation, Klassen 3-5 (Alter 8-11)

Energie      

Schüler, die Verständnis zeigen, können:

• 4-PS3-4. Wenden Sie wissenschaftliche Ideen an, um ein Gerät zu entwerfen, zu testen und zu verfeinern, das Energie von einer Form in eine andere umwandelt.

Wissenschaftsstandards der nächsten Generation, Klassen 3-5 (Alter 8-11)

Ingenieur-Design

Schüler, die Verständnis zeigen, können:

• 3-5-ETS1-1.Definieren Sie ein einfaches Entwurfsproblem, das einen Bedarf oder einen Wunsch widerspiegelt, das festgelegte Erfolgskriterien und Einschränkungen hinsichtlich Material, Zeit oder Kosten enthält.
• 3-5-ETS1-2. Generieren und vergleichen Sie mehrere mögliche Lösungen für ein Problem, basierend darauf, wie gut jede die Kriterien und Einschränkungen des Problems wahrscheinlich erfüllt.

Wissenschaftsstandards der nächsten Generation, Klassen 6-8 (Alter 11-14)

Ingenieur-Design

Schüler, die Verständnis zeigen, können:

• MS-ETS1-2 Bewerten Sie konkurrierende Konstruktionslösungen mithilfe eines systematischen Prozesses, um zu bestimmen, wie gut sie die Kriterien und Einschränkungen des Problems erfüllen.

Standards für technologische Kompetenz - alle Altersgruppen

Design

• Standard 8: Die Schüler entwickeln ein Verständnis für die Eigenschaften von Design.
• Standard 9: Die Studierenden entwickeln ein Verständnis für Ingenieurdesign.

Standard 10: Die Studierenden entwickeln ein Verständnis für die Rolle von Fehlerbehebung, Forschung und Entwicklung, Erfindung und Innovation sowie Experimentieren bei der Problemlösung.

Als Team müssen Sie eine Zwei-Tasten-Summerschaltung entwickeln, die simulieren würde, wie Türklingeln an einer Vorder- und Hintertür sowohl einen Summer als auch eine Türklingel läuten könnten. 

1. Lesen Sie die Schülerreferenzblätter, die Ihrem Team zur Verfügung gestellt werden.
2. Zeichnen Sie unten ein schematisches Diagramm des Zwei-Tasten-Summer-Setups.
3. Sobald Ihr Team ein brauchbares Diagramm hat, bauen Sie Ihre Schaltung mit den von Ihrem Lehrer bereitgestellten Teilen (Kabel, Batterie, zwei Knöpfe (Schalter) und Summer) auf.
4. Beantworten Sie die folgenden Fragen auf diesem Schülerarbeitsblatt.
5. Präsentiert den Entwurf Ihrer Gruppe nach dem Bau der Klasse.

Zeichnen Sie einen Schaltplan des Schaltungsentwurfs für den Zweitasten-Summer in das Feld unten.

Wäre die Anzahl der Schalter, die Sie miteinander verdrahten könnten, begrenzt, damit der Summer ertönt? Wenn ja, warum? Wenn nein, warum nicht?

Würde das gleiche Schaltungskonzept für einen Garagentoröffner mit zwei Knöpfen (einer im Auto und einer in der Garage) funktionieren? Wieso den? Warum nicht?

Fortgeschrittene Idee – Bauen Sie eine Zwei-Tasten-Summerschaltung, die von einem Klassenzimmer zum nächsten reicht!