Die Schaltung des OP als Differenzverstärker ist die bestmögliche Lösung für die Verstärkung des Messwertes. Da diese Schaltung sehr komplex und schwer nachzuvollziehen ist, sollen die Schüler zunächst die einfachere Schaltung des invertierenden Verstärkers kennen lernen und verstehen. Nach dem Impedanzwandler ist dies die zweite Schaltung mit einer Rückkopplung auf den Eingang. Im weiteren Verlauf des Unterrichts sollen in einem iterativen Verfahren nach und nach die möglichen anderen Verstärkerschaltungen mit dem OP ausgeschlossen werden.
1 Bedingungsanalyse
1.1 Informationen zur Klasse
Die 14 Schüler der Mittelstufe der Systeminformatiker sind alle beim Marinearsenal Kiel, das vornehmlich in einer Ausbildungswerkstatt ausbildet, angestellt. Das Arbeitsklima ist gerade durch die gute Zusammenarbeit der Schüler besonders angenehm. Die Schüler befinden sich trotzdem auf sehr unterschiedlichem Leistungsniveau.
Ich unterrichte diese Klasse seit den Sommerferien mit sechs Stunden in der Woche eigenverantwortlich im Blockunterricht. Da die Schüler erst einmal in diesem Halbjahr für zwei Wochen da waren, kann ich noch nicht alle ihre Namen.
1.2 Einordnung der Stunde in den Lehrplan und die Unterrichtssequenz
Das Lernfeld 6 „Schnittstellen in industriellen Systemen analysieren und Fehler lokalisieren“ beinhaltet laut Lehrplan (KMK, S. 14) Schnittstellen für analoge und digitale Signale, Bussysteme und Protokolle, Sensoren und Aktoren sowie eine AD/DA-Umwandlung und eine Seriell/Parallel-Umsetzung. Diese Inhalte werden an der Beruflichen Schule in Gaarden in einem Projekt umgesetzt. Die Wetterstation der Beruflichen Schule in Gaarden soll wieder in Betrieb genommen werden bzw. ist zu erweitern. Dabei soll die Temperatur in der Wetterstation mit einem geeigneten Sensor aufgenommen werden und nach einer Übertragungsstrecke von mindestens 20m im Schulgebäude grafisch dargestellt werden. (vgl. Abb.1)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Übertragungsstrecke Wetterstation
Die thematische Begleitung dieses Projektes ist zwischen einem Kollegen und mir thematisch aufgeteilt. Meine Aufgabe ist die Umsetzung der Messwertaufnahme bis zur Übergabe an den A/D-Wandler. In den Stunden zuvor haben die Schüler den Temperatursensor PT100 ausgewählt und durch erste Messungen kennen gelernt. Als ersten Einstieg in die Messverstärker wurde in dieser Woche der Operationsverstärker (OP) als Bauteil und als Impedanzwandler eingeführt.
2 Didaktische Analyse
2.1 Thematische Ü berlegungen
Die Schaltung des OP als Differenzverstärker ist die bestmögliche Lösung für die Verstärkung des Messwertes. Da diese Schaltung sehr komplex und schwer nachzuvollziehen ist, sollen die Schüler zunächst die einfachere Schaltung des invertierenden Verstärkers kennen lernen und verstehen. Nach dem Impedanzwandler ist dies die zweite Schaltung mit einer Rückkopplung auf den Eingang. Im weiteren Verlauf des Unterrichts sollen in einem iterativen Verfahren nach und nach die möglichen anderen Verstärkerschaltungen mit dem OP ausgeschlossen werden.
2.2 Intentionen der Unterrichtsstunde
Aus den obigen Überlegungen ergibt sich für die heutige Unterrichtsstunde die folgende Leitidee:
Die Schüler erarbeiten die Verstärkerformel für den invertierenden Verstärker und prüfen seine Eignung für die Verstärkung des PT100-Messwertes in der Wetterstation.
Berufliche Handlungskompetenz zu fördern, ist erklärtes Ziel der Berufsschule. Sie „entfaltet sich in den Dimensionen von Fachkompetenz, Personalkompetenz und Sozialkompetenz.“ (MBWFK, S. 4) In dieser Stunde wird besonders die Fachkompetenz gefördert. Die Schüler festigen und erweitern ihre Fachkompetenz, indem sie
- mithilfe des Maschensatzes die Verstärkerformel des invertierenden Verstärkers herausarbeiten.
- die benötigte Verstärkung des Messwertes bestimmen.
- prüfen, ob der invertierende Verstärker für den Einsatz in der Wetterstation geeignet ist.
Die Schüler erweitern ihre Sozialkompetenz, indem sie sich bei der Bearbeitung des Arbeitsblattes gegenseitig unterstützen.
Die Schüler festigen ihre Methodenkompetenz durch den sachgerechten Einsatz der Widerstandstabelle des PT100.
Die Schüler festigen ihre Personalkompetenz durch die selbstständigen Schlussfolgerungen aus den Rechenergebnissen und ihrer Begründung.
3 Methodische Überlegungen
„Selbständiges und verantwortungsbewusstes Denken und Handeln [… ist] übergreifendes Ziel der Ausbildung“ (KMK2003, S.2). Für den Verlauf des Projektes ist es wichtig, alle neuen Aspekte auf die Wetterstation zu beziehen und diese zu bewerten. Daher wird nach der Erarbeitung der theoretischen Inhalte, der Einsatz der neuen Schaltung in der Wetterstation durchdacht. Da schon diese theoretische Betrachtung ein klares negatives Ergebnis liefert, wird der Einsatz nicht mehr messtechnisch überprüft.
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- Quote paper
- Meike Herbers (Author), 2009, Unterrichtsplanung Systeminformatiker: Anwendung des Operationsverstärkers in der Wetterstation, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/196956
