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Orientierungsbereich (Sprungmarken)

Unterrichtsvorhaben Nr. V (Physik / Chemie) - Kontext: Vom Mittelwellenempfänger zum Digitalradio (18 Unterrichtsstunden)

Bezug zum Lehrplan:

Inhaltsfeld:

Kommunikation und Information

Inhaltliche Schwerpunkte:

  • Eigenschaften von Signalen
  • Codierung von Information
  • Senden und Empfangen – Modulation und Demodulation

Übergeordnete Kompetenzerwartungen des KLP WP (Schwerpunkte)

UF1 Fakten wiedergeben und erläutern – Konzepte der Naturwissenschaften unter Bezug auf übergeordnete Modelle, Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten erläutern, auch unter Verwendung von Beispielen

E4 Untersuchungen und Experimente planen – auf der Grundlage vorhandener Hypothesen zu untersuchende Variablen (unabhängige und abhängige Variablen, Kontrollvariablen) identifizieren und diese in Untersuchungen und Experimenten systematisch verändern bzw. konstant halten

E5 Untersuchungen und Experimente durchführen – Untersuchungen und Experimente hypothesengeleitet, zielorientiert, sachgerecht und sicher durchführen und dabei den Einfluss möglicher Fehlerquellen abschätzen sowie vorgenommene Idealisierungen begründen

E6 Untersuchungen und Experimente auswerten – Aufzeichnungen von Beobachtungen und Messdaten mit Bezug auf zugrundeliegende Fragestellungen und Hypothesen interpretieren und daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge sowie funktionale Beziehungen ableiten

B1 für Entscheidungen in naturwissenschaftlich-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien und Handlungsoptionen ermitteln und diese einander zuordnen

K4.1 Daten aufzeichnen und darstellen – für erhobene Daten und deren Auswertung zweckdienliche Tabellen vorbereiten sowie Diagramme anlegen, skalieren und unter Angabe von Messeinheiten eindeutig beschriften

K6.1 Informationen umsetzen – Geräte nach Bedienungsanleitungen und unter Beachtung von Sicherheitshinweisen sachgerecht verwenden

Lernvoraussetzungen und Vernetzung innerhalb des Faches und mit anderen Fächern

  • Regelplan IF3 Sinne und Wahrnehmung (Schall)


Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Fragestellungen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler können …

Zentrale Handlungssituationen

Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler die Gelegenheit …

Wie haben sich unsere modernen Kommunikationsgeräte entwickelt?

  • Kommunikationsgeräte verschiedener nachrichtentechnischer Systeme und Netze mit ihren Übertragungsverfahren benennen (UF1).

Recherche zu historischen und aktuellen Kommunikationsgeräten

Schaubild mit Zuordnung verschiedener kommunikationstechnischer Geräte (wie Fernseher, Handy, Radio, Telefon usw.) unter Nennung genutzter Übertragungsverfahren (u.a. kabelgebunden, drahtlos, Modulationsverfahren, Frequenzbereich) zu ihren Netzen

Was sind analoge Signale, was ist Digitalisierung?

  • die grundlegenden Prinzipien der digitalen Kodierung eines analogen Signales anhand einer Schemazeichnung erklären (UF1).

Digitalisierung eines grafisch dargestellten Signals durch sukzessive Approximation (nach Festlegung von Bittiefe und Abtastrate)

Aufnahme und Darstellung eines Sinus-Signals mit dem PC und Betrachtung der Daten (im PC-Raum)

Wie wird eine Schallwelle als Radiowelle übertragen?

  • die Begriffe Frequenz, Ausbreitungsgeschwindigkeit und Wellenlänge und ihre Beziehungen an Beispielen für elektromagnetische und akustische Wellen erläutern und deren Größenordnungen angeben (UF1, UF3),
  • Modulation und Demodulation als Verfahren zum Senden und Empfangen von Informationen erläutern (UF2),
  • die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung mit der Ausbreitung von Schall vergleichen und an Beispielen verdeutlichen (UF4).

Sichtbarmachen eines mit Mikrofon aufgenommenen Schallsignals mit dem Oszilloskop

Demoexperiment mit Schwingkreis und Generator zur Visualisierung der Amplitudenmodulation einer Sinus-Schwingung auf eine Trägerwelle

Vergleich der Tonqualität von WDR2 auf UKW (99,2Mhz) und MW (720kHz) zum Erkennen der Vorteile der Nutzung höherer Frequenzen.

Akustischer (und evtl. messtechnischer) Vergleich der Ausbreitung von Wellen verschiedener Frequenzen im Klassenraum und bei Hindernissen zum Aufzeigen der Vorteile niederfrequenterer Wellen.

Wer schafft Ordnung im Wellensalat?

  • die Frequenzbänder von Kommunikationssystemen im Spektrum elektromagnetischer Wellen einordnen (UF3),
  • Frequenz, Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Wellenlänge eines Signals aus gegebenen Werten berechnen (E6).

Recherche der Sende- und Empfangsfrequenzen der von Schülerinnen und Schülern genutzten Kommunikationsgeräte und Erstellen einer grafischen Übersicht

Experimentelle Bestimmung der Schallgeschwindigkeit

Berechnung von Wellenlängen den Schülern bekannter Radio- und Mobilfunkt-Frequenzen (mit Verweis auf die entsprechende Antennenlänge)

Was benötige ich zum Senden, Wandeln und Empfangen?

  • Kennlinien von elektronischen Bauteilen aufnehmen, diese grafisch darstellen und interpretieren (E5, E6),
  • Geräte nach Bedienungsanleitungen und unter Beachtung von Sicherheitshinweisen sachgerecht verwenden (K6.1).
  • für erhobene Daten und deren Auswertung zweckdienliche Tabellen vorbereiten sowie Diagramme anlegen, skalieren und unter Angabe von Messeinheiten eindeutig beschriften (K4.1),
  • Daten in Diagramme eintragen und Datenpunkte mit geeigneten Kurven verbinden (K4.2),
  • wesentliche elektronische Bauteile in einem Kommunikationsgerät nach ihrem Aussehen identifizieren (E6),
  • Teilsysteme eines Kommunikationsgerätes beschreiben und ihr Zusammenwirken schematisch darstellen (E5),
  • ein einfaches funktionsfähiges kommunikationstechnisches Modell planen und zusammenbauen (E4, E5),

Experimentelle Bestimmung der Kennlinie eines ohmschen Widerstands und einer Germaniumdiode

sachgerechte Nutzung des Multimeters

Eingabe der Daten in ein Tabellenkalkulationsprogramm und Darstellung der entsprechenden Grafen.

Öffnen verschiedener kommunikationstechnischer Geräte (Radio, Handy, Funkgerät, PC) und anfertigen einer Skizze, auf welcher die einzelnen Baugruppen gekennzeichnet werden.

Bau eines einfachen MW-Detektor-Empfängers

Bietet die digitale Übertragung nur Vorteile?

  • unterschiedliche Codierungsverfahren bezüglich ihrer Genauigkeit, Geschwindigkeit und Übertragbarkeit bewerten (B1),
  • Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Übertragungsverfahren zur Informationsübertragung beurteilen (B1).

Anhören von MP3-codierter Musik mit verschiedenen Kompressionsgraden und Vergleich der Dateigrößen

Vergleichen der Qualität von digitalem und analogem Fernsehbild (evtl. anhand von Print-Darstellungen)

Erstellen einer Übersicht über Vor- und Nachteile verschiedener Kommunikationssysteme und ihrer Endgeräte und evtl. nötiger Infrastruktur(geräte), wie z.B. Kabeln, Antennen, Routern, Mobilfunktechnik usw.


Linkliste: (geprüft am 18.01.2017)

1 Wikipedia: Übersicht über Radiofrequenzen
2 Heureka-Stories: Zeitstrahl zur Radiotechnik
3 IT-Wissen: Übersicht über IT-Netzwerke
4 Wikipedia: Analog-Digital-Wandler
5

G.F. Mandel: Workshop zum Bau eines Detektorradios

Welt der alten Radios: Anleitung zum Bau eines Detektorradios

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