So gehts: elektrisch steuern und regeln
So gehts: elektrisch steuern und regeln
Prisma | 15. September 2022Im Unterricht elektrische Regelkreise behandeln – für viele Lehrpersonen ist dieses Lehrplanthema neu. Hannes Herger, der am Lehrwerk «Prisma» mitgeschrieben hat und selbst damit unterrichtet, ermutigt Sie hier, es mit Ihrer Klasse anzupacken.
Wie regelt das Handy die Display-Helligkeit, sodass ich es an der Sonne immer noch lesen kann? Wie viele Sensoren hat mein Handy überhaupt, und was hat dies mit den Reflexen meines Augenlides zu tun? Mit Einführung des Lehrplans 21 ist ein Thema im Natur-und-Technik-Unterricht aufgetaucht, das aus dem Alltag der Jugendlichen wie auch von uns Lehrpersonen nicht mehr wegzudenken ist: elektrische Regelkreise. Für viele Lehrpersonen stellt das Thema allerdings eine Blackbox dar. Sie haben grossen Respekt davor und einige Fragezeichen.
Im Zentrum: das Experimentieren
Wie gelingt es, dieses Thema erfolgreich mit den Klassen zu behandeln? Vorab ist es wichtig, dass Sie sich selbst die Zeit gönnen, sich mit dem Thema zu befassen und die Experimente durchzuführen. Wenn Sie sich neu an dieses Thema herantasten, ist der Besuch einer Weiterbildung zu überlegen. So gibt es zum Beispiel an der FHNW das Projekt «Regelkreise».
Das Thema baut auf den Grundlagen aus Thema 5 «Elektrische Phänomene» im Lehrwerk «Prisma» auf und setzt Kompetenzen wie den Umgang mit dem Multimeter und elektrischen Bauteilen voraus. Die Klassen profitieren davon, diese Grundlagen bereits geübt zu haben. Wir führen in «Prisma» bei Thema 20 die für Regelkreise zentralen Begriffe «messen», «steuern» und «regeln» in einfacher Sprache und am klassischen Beispiel des Bimetalls ein. Danach wagen wir den Schritt hin zu komplexeren Bauteilen wie den Transistoren. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in allen Kapiteln an praktischen Problemlösungen – gleich zu Beginn etwa an einem funktionierenden Thermostatmodell, das zum Tüfteln und Verbessern anregt. Das Experimentieren steht im Zentrum und wird stets von einer Seite mit Grundlagenwissen begleitet.
Im Lehrwerk «Prisma» …
findet sich das Thema «Elektrisch steuern und regeln» als Thema 20 in Band 3. Der Autor ist Hannes Herger, Sekundarschullehrer in Kriens, der auch diesen Artikel verfasst hat. Im Begleitband von «Prisma 3» bringt Prof. Dr. Tibor Gyalog das Thema den Lehrpersonen näher. Er arbeitet an der FHNW, wo er unter anderem die im Artikel erwähnte Weiterbildung «Messen und Steuern, Regeln und Regelkreise nach Lehrplan 21» anbietet.
Das Lehrwerk «Prisma» für den Natur-und-Technik-Unterricht auf der Sekundarstufe I ist 2021 fertig geworden und inzwischen in vielen Schulen erfolgreich im Einsatz. Dabei wird entweder Print und digital kombiniert oder mit der komplett digitalen Version «Prisma digiOne» unterrichtet. Auf der Lehrwerkswebsite gibts alle weiteren Informationen.
Die nötige Zeit nehmen, Erfolgserlebnisse geniessen
Wenn eine Schaltung zum Funktionieren gebracht wird, ist das enorm motivierend. Und wenn am Schluss ein Regelkreis klappt, der zwar nicht die Helligkeit eines Handy-Displays, aber doch immerhin diejenige einer LED der Umgebungshelligkeit anpasst, dann haben die Schülerinnen und Schüler mit den eigenen Händen und Köpfen einen Einblick in eine alltägliche und gleichzeitig so neue Welt erarbeitet.
Meine wichtigste Erfahrung beim ersten Durchlauf mit zwei sehr ungleichen Klassen war, dass es essenziell ist, die Experimente wirklich auszukosten. Es gelingt nicht alles. Und die Schülerinnen und Schüler haben ein unterschiedliches Arbeitstempo, da die Experimente anspruchsvoll sind. Gründe für ein Misslingen müssen besprochen und verstanden, Erfolgserlebnisse genossen und die Lernaspekte dokumentiert werden. Das Thema sollte also stark an das Lerntempo der Klasse angepasst werden. Die Entwicklung eines Verständnisses für Messen, Steuern und Regeln kann mithilfe eines einfachen Stromkreises, der durch ein Bimetall ergänzt wird, auch mit Klassen erreicht werden, die sich mehr Zeit nehmen.
Regelkreise helfen nicht nur, die Display-Helligkeit der Umgebungshelligkeit anzupassen. Die Kamera, ein komplexer Lichtsensor, ermöglicht es dem Handy, unser Gesicht zu erkennen. Das Mikrofon, ein Schalldrucksensor, nimmt unsere Stimme auf, die vom Prozessor in lesbaren Text umgewandelt wird, und der Lagesensor macht unser Handy zu einer Wasserwaage, die uns hilft, unsere Fotos gerade an die Wand zu hängen. Ausserdem finden wir in Gitarrenverstärkern Transistoren, die das Gitarrensignal verstärken, bis wir damit den Proberaum beschallen können. Die von uns verwendeten Bauteile gibt es also nicht bloss in Regelkreisen, wie einem Thermostat, sondern auch in vielen anderen Gegenständen unseres Alltags.
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