Technik
In diesem Unterrichtsmodul befassen sich die SchülerInnen im Rahmen des Themas „Industrie 4.0“ mit smarten Maschinen und smarten Unternehmen. Sie lernen die Machine-to-Machine-Communication (M2M) und Cyber-Physical-Systems (CPS) als Basis für Industrie 4.0 kennen.
2 Unterrichtsstunden
Sekundarstufe 1
Einzel/Gruppenarbeit
PC
Die Unterrichtseinheit „Smart Machines und Smart Factories“ enthält zwei Schülerarbeitsblätter sowie Hinweise und Lösungen zu den Aufgaben für Lehrkräfte.
Die Schülerinnen und Schüler
Die Schülerinnen und Schüler erfahren, was man unter smarten Maschinen und smarten Unternehmen versteht. In Einzel- und Gruppenarbeit bearbeiten sie Aufgaben, recherchieren und stellen die Ergebnisse anschließend in der Klasse vor und diskutieren sie.
Unterrichtseinheit Smart Machines und Smart Factories
Arbeitsblätter Smart Machines und Smart Factories
Lehrerinformation und Lösungen Smart Machines und Smart Factories
In der Unterrichtseinheit "Thermische Energie" lernen SchülerInnen, wie und warum sich Stoffe durch Einflüsse wie Temperatur und Druck verändern. Dabei setzen sie sich mit Aggregatzuständen, Wärmemittel, Verdampfung oder dem Energiesparen auseinander. Ein besonderer Fokus liegt in diesem Zusammenhang auf dem Prinzip der Brownschen Bewegung.
Zur Unterrichtseinheit
In der Unterrichtseinheit „Photovoltaik“ beschäftigen sich die SchülerInnen mit der Stromerzeugung in der Solarzelle. Sie erfahren mehr über die Halbleiterherstellung und die verschiedenen Bauformen von Solarzellen sowie deren Eigenschaften. Darüber hinaus sammeln sie sinnvolle, neue Anwendungen für Photovoltaik-Anlagen in ihrem Alltag.
Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich in diesem Unterrichtsmodul mit der Geschichte der vier industriellen Revolutionen und ihren Auswirkungen auf das Arbeitsleben der Menschen. Weitere Themen sind der Produktlebenszylus, die benötigten Berufsgruppen sowie die verschiedenen Kommunikationssysteme in der Industrie.
Im Unterrichtsmodul "3-D-Druck/Additive Fertigungsverfahren" geht es um die Anwendungen von 3-D-Druckern in der Industrie und deren Funktionsweise. Schülerinnen und Schüler lernen die Einsatzmöglichkeiten, sowie die Vor- und Nachteile des 3-D-Drucks kennen.
Im Unterrichtsmodul Mobilfunknetze LTE/5G stehen die Eigenschaften des neuen Mobilfunknetzes 5G im Fokus. Die SchülerInnen lernen, was der neue Standard technisch alles möglich macht und inwiefern er sich von den Vorgängersystemen unterscheidet.
Im Unterrichtsmodul „Künstliche Intelligenz“ geht es unter anderem um regelbasierte Programmierung, Algorithmen und Kommunikation sowie Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Die Schülerinnen und Schüler lernen in praktischen Übungen die Unterschiede zwischen menschlicher und künstlicher Intelligenz kennen.
Die Unterrichtseinheit "Sicherheit am Arbeitsplatz" widmet sich der Vermeidung von Unfällen und Verletzungen, die im Arbeitsalltag auftreten können. Die Schülerinnen und Schüler befassen sich mit möglichen Vorsichtsmaßnahmen. Sie erfahren, welche Rechte und Pflichten für Arbeitgeber und -nehmer gelten und welche Berufsfelder an der Sicherheit am Arbeitsplatz beteiligt sind. In Gruppenarbeit diskutieren die Schülerinnen und Schüler die Verantwortlichkeit der Berufsgruppen. Abschließend folgen eine Plenumsdiskussion und die Auswahl geeigneter Sicherheitsmaßnahmen für zwei konkrete Arbeitsbereiche.
In der Unterrichtseinheit Intelligent Car stehen Assistenzsysteme im Auto, Sensoren und Aktuatoren im Fokus. Darüber hinaus wird den SchülerInnen auch ein Basiswissen zu Steuerungs- und Regelungsalgorithmen vermittelt. Das Unterrichtsmodul besteht aus sechs Aufgaben sowie einem Unterrichtsablauf und einem Lehrerinformationsblatt.
In diesem Unterrichtsmodul erhalten Schülerinnen und Schüler der 8. und 9. Klasse an weiterführenden Schulen ein Verständnis für die Verkehrsmittelnutzung in Deutschland, insbesondere von Elektrofahrzeugen. Sie beschäftigen sich mit der Reichweite von Elektrofahrzeugen, Ladezeit und Akkuleistung sowie Stadtplanung.
In der Unterrichtseinheit Mobile Kommunikation stehen das Kennenlernen und die Auseinandersetzung mit EM-Wellen im Fokus. Darüber hinaus wird aber auch der Einfluss smarter Kommunikation auf unseren Alltag behandelt. Das Unterrichtsmodul besteht aus vier Aufgaben sowie einem Unterrichtsablauf und einem Lehrerinformationsblatt.
In diesem Unterrichtsmodul lernen SchülerInnen der 8. und 9. Klasse an weiterführenden Schulen ein elektrisches Gerät aus ihrem Alltag kennen: ein USB-Ladegerät. Sie erfahren mehr über Funktionsweise von USB-Ladegeräten und Design sowie die Nachhaltigkeit von USB-Ladegeräten.
In diesem Unterrichtsmodul beschäftigen sich die SchülerInnen mit Problemstellungen aus der Automatisierung am Beispiel eines virtuellen Roboters, des „open Roberta“-Projektes. Sie erlernen dabei die Programmiersprache NEPO und verwenden virtuelle Messsensoren zur Regelung und Steuerung des Roboters.
Im Unterrichtsmodul Zukünftige Mobilitätskonzepte geht es um das Fahren von morgen. Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie sich Fahrassistenzsysteme weiterentwickeln und wie Fahrzeug-Kommunikation funktioniert.
Im Unterrichtsmodul "Verschlüsselung" lernen SchülerInnen der 8. und 9. Klasse Methoden zur Kodierung und Dekodierung von Informationen kennen. Sie erfahren mehr über den Caesar-Algorithmus, entwickeln eine eigene Verschlüsselungsmethode und recherchieren über die Vor- und Nachteile der PGP-Verschlüsselung.
Dieses Unterrichtsthema besteht aus fünf Unterrichtseinheiten zum Thema Fertigungsprozesse, die modular genutzt werden können. Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Fertigungsverfahren sowie Werkstoffe kennen, erstellen Skizzen und beschäftigen sich mit unterschiedlichen Berufe.
In der Unterrichtseinheit "Sicherheit im Internet" beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit sicherheitsrelevanten Themen rund um Persönlichkeits- und Urheberrecht, Datenschutz, Schadprogramme, Passwörter, Backups sowie Profile im Internet.
In der Unterrichtseinheit Virtual Engineering stehen das Kennenlernen und die Auseinandersetzung mit den Technologien "Virtual Reality" und "Augmented Reality" im Vordergrund. Das Unterrichtsmodul besteht aus fünf Aufgaben sowie einem Unterrichtsablauf und einem Lehrerinformationsblatt.
Im Unterrichtsmodul "Energietechnik" erhalten die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in den Aufbau des deutschen Verbundnetzes und einen Ausblick auf die Zukunft des Stromverteilungsnetzes in Deutschland.
Im Unterrichtsmodul Brennstoffzelle geht es um die Funktionsweise und die technische Umsetzung der Brennstoffzelle. Die SchülerInnen lernen die wesentlichen Anwendungen in Elektromobilität, Energiespeicherung und Haushaltsversorgung kennen.
Die Unterrichtseinheit "Robotik in der Medizintechnik" widmet sich den Vor- und Nachteilen der fortschreitenden Digitalisierung in der Medizin. Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mit den verschiedenen Roboter-Typen, die es in Diagnostik, OP sowie Therapie, Reha und Pflege gibt. Sie lernen drei OP-Anwendungen und deren Komponenten und Merkmale genau kennen und wagen eine Zukunftsprognose zur Entwicklung der technischen Roboter-Eigenschaften. Abschließend setzen sie sich mit ethischen Aspekten von Medizin-Robotern auseinander.
Im Unterrichtsmodul "Intelligente Gebäudetechnik" geht es um das Einsparen von Energie durch intelligente Gebäudetechnik. Die Schülerinnen und Schüler lernen sowohl die gesetzliche Energieeinsparverordnung als auch das Vergleichs- und Bilanzierungsinstrument "Energieausweis" kennen. Sie erfahren darüber hinaus mehr über wesentliche architektonische Konzepte, bautechnische Maßnahmen und typische Baustoffe mit ihren Merkmalen. Informationen zu Smart-Home-Technologien und der intelligenten Steuerung per App sowie deren Vor- und Nachteile runden die Thematik ab.