Motivation
1. und 2. Stunde
Bildquelle: UND-Box von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Die Unterrichtseinheit wird mit zwei Boxen (zwei Schalter, eine LED) eingeleitet. Die LED leuchtet je nach Box unterschiedlich zu den Schalterstellungen. Mit Hilfe einer Wahrheitstafel erkennen die Schüler die UND- und ODER-Verknüpfung.
Die Schülerinnen und Schüler wissen, dass Computer mit zwei Zuständen arbeiten (s. Binärsystem). Jetzt drängt sich die Frage auf, wer im Computer die Schalter betätigt.
Bildquelle: Spannungs- und UND-Box von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Mit weiteren Boxen zeigt man, dass auch mit elektrischen Signalen, genauer mit Spannungen, geschaltet werden kann.
Bildquelle: Transistoren von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Die Boxen werden aufgeschraubt, um die Transistoren und die Widerstände zu zeigen. Ein Bauteil, dass eine logische Verknüpfung realisiert, wird Logikgatter genannt (kurz Gatter, englisch (logic) gate).
Bildquelle: UND-Box und IC von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Der Aufbau eines Computers aus einzelnen Transistoren wäre viel zu groß. Es gibt Integrierte Schaltungen (englisch integrated circuit, kurz IC). Ein IC (4081) wird sehr vereinfacht funktional beschrieben. Ein IC hat einen Plus- und einen Minus-Anschluss. Zwischen einigen Anschlüssen und dem Minus-Anschluss kann eine Spannung angelegt werden (Eingang). Zwischen anderen Anschlüssen und dem Minus-Anschluss kann eine Spannung anliegen (Ausgang), mit der z.B. eine LED betrieben werden kann.
Es gibt viele Elektronik-Seiten im Internet, in denen man Informationen zu ICs finden kann. https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0206091.htm
Jetzt möchte man auch gleich eine Schaltung mit einem IC aufbauen.
Bildquelle: Steckplatine von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Vorher werden mit den für die Schülerinnen und Schüler unbekannten Steckplatinen einfache elektrische Schaltungen wiederholt. Dabei werden auch Schaltungen mit Leuchtdioden eingeführt bzw. wiederholt und geübt. 01_eui_unterricht.odt
3. und 4. Stunde
Lötpraktikum: Blinkschaltung
Bildquelle: Blinkschaltung von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Jede Schaltung mit einem IC ist für die Schülerinnen und Schüler anspruchsvoll. Die Blinkschaltung kann später für eine Zählerschaltung als Taktgeber verwendet werden.
Wird der Eingang eines NICHT-Gatters mit dem Ausgang verbunden, so wechselt ständig die Spannung zwischen dem Ausgang und dem Minus-Anschluss.
Mit dieser Eigenschaft kann eine Blinkschaltung aufgebaut werden. Mit einem RC-Glied kann das Zeitintervall festgelegt werden. Weitere Informationen findet man auf der http://www.dieelektronikerseite.de/ (Grundlagen – Bauelemente - 4060 - Takt? Ja, bitte).
Zuerst bauen die Schülerinnen und Schüler die Schaltung auf einer Steckplatine auf. Sie werden dabei sicher Fehler machen. Hier zeigt man den Schülerinnen und Schülern Strategien um Fehler zu vermeiden und zu finden.
- Aufbau in kleinen Schritten – Zwischenschritte testen
- Fehler einkreisen
Bildquelle: Blinkschaltung von ZPG IMP [CC BY-SA 4.0 DE], aus 01_eui_unterricht.odt
Die Löttechnik wird den Schülerinnen und Schülern vorgestellt. Das Löten wird erst ohne Platine geübt (z.B. Batterie-Clip – LED – Widerstand). Lötanleitungen gibt es viele im Netz, z.B.: https://www.conrad.de/de/ratgeber/wissen/technik-einfach-erklaert/richtig-loeten-lernen.html
Unterrichtsgang: Herunterladen [odt][1 MB]
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