Kriteriengeleitete Ersatzbeschaffung einer Spannungsquelle

Zentrum für Didaktik der TechnikLeibniz Universität HannoverProjektberichtKriteriengeleitete Ersatzbeschaffung einerSpannungsquelleIUqUKlName der Dozenten:Seminar:Akad. Rat Andreas WeinerDipl.-Ing. Wolfgang MöllerHolger SchmidtFachdidaktisches Projekt ISemester: Sommersemester 2006Schule:Mentor:BBS Nienburg (Weser)Herr DallmeyerStudenten: Daniel Liwicki (2281980)Florian Boseniuk (2281610)Hendrik Heinemeier (2241990)

Inhaltsverzeichnis1. Vorwort . . . . . . . . . 42. Analyse des Bedingungsfeldes . . . . . 42.1 Die BBS Nienburg (Weser) . . . . . . 42.2 Klassensituation . . . . . . . 42.2.1 Leistungsstand . . . . . . 52.2.2 Lehrer-Schüler Verhältnis . . . . . 62.2.3 Räumliche Situation . . . . . . 63. Planung des Lehr-/Lernarrangements . . . 63.1 Curriculare Vorgaben . . . . . . . 73.2 Planung der berufsbezogenen Situation . . . . 73.3 Planung der Unterrichtsverlaufsphasen . . . . 83.3.1 Informationsphase . . . . . . 93.3.2 Planungs- und Entscheidungsphase . . . 113.3.3 Ausführungsphase . . . . . . 123.3.4 Kontrollphase . . . . . . 123.3.5 Auswertungsphase . . . . . . 123.4 Geplanter UVP mit angenommener und tatsächlicher Zeit . 134. Durchführung des Lehr-/Lernarrangement . . . 154.1 Beobachtung in der Informationsphase . . . . 154.2 Beobachtungen in der Planungs- und Entscheidungsphase . 164.3 Beobachtung in der Ausführungsphase . . . . 174.4 Beobachtungen in der Kontrollphase . . . . 174.5 Beobachtungen in der Auswertungsphase . . . . 175. Kompetenzzuwachs . . . . . . . 186. Weiterentwicklung des berufspraktischen Lehr-/Lernarrangements . . . . . . . 197. Fazit . . . . . . . . . . 20_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 2/26

8. Literaturverzeichnis . . . . . . . 229. Anhang . . . . . . . . . 239.1 Evaluationsbogen . . . . . . . 239.2 Arbeitsblätter . . . . . . . . 25_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 3/26

1. VorwortDas in diesem Bericht beschriebene Lehr-/Lernarrangement fand im Rahmen derLehrveranstaltung „Fachdidaktisches Projekt I“ des Zentrums für Didaktik derTechnik im Sommersemester 2006 statt. Die Autoren Daniel Liwicki, FlorianBoseniuk und Hendrik Heinemeier sind Studenten im 4.Semester des Studiengangs„Lehramt an berufsbildende Schulen“ (mit der Fachrichtung Elektrotechnik) an derUniversität Hannover.Im fachdidaktischen Projekt I geht es darum, ein etwa sechsstündiges Lehr-/Lernarrangement selbstständig zu planen, vorzubereiten, durchzuführen und zuevaluieren. Das fachdidaktische Projekt soll damit eine Übung bzw. Vorbereitung fürdas spätere Berufsleben sein.Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit unserem Mentor Herr Dallmeyer undunseren Dozenten Herr Möller und Herr Schmidt vorbereitet und an derBerufsbildenden Schule Nienburg (Weser) in einer BGJ Elektrotechnik Klassedurchgeführt. Unsere sechsstündige Unterrichtseinheit beschäftigte sichüberwiegend mit den typischen Verhaltensweisen und Eigenschaften von (realen)Spannungsquellen und gehört damit zum Lernfeld 1.2. Analyse des Bedingungsfeldes2.1 Die BBS Nienburg (Weser)Die BBS Nienburg (Weser) ist mit ca. 3300 Schülerinnen und Schülern und 200Lehrerinnen und Lehrern eine der größten Bündelschulen Niedersachsens. Sie bietetmehr als 50 Ausbildungsberufe in 11 verschiedenen Berufsfeldern an. Nur einigewenige Ausbildungsberufe sind aufgrund geringer Schülerzahlen im LandkreisNienburg an andere Schulstandorte verlagert.2.2 KlassensituationDie von uns betreute Klasse BGE (Berufsgrundbildungsjahr Elektrotechnik) besteht_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 4/26

aus 17 (männlichen) Schülern. Alle Schüler sind deutscher Herkunft. Ihr Alter liegtzwischen 16 und 17Jahren. Die Klasse wird an drei Tagen in der Woche theoretischund an zwei Tagen in der Woche fachpraktisch unterrichtet. Das Klassenklima istsehr gut. Ganz entgegen unseren Erwartungen gibt es in der Klasse keine Gruppenbzw.Cliquenbildung. Acht Schüler der Klasse haben sich bereits während desSchuljahres erfolgreich um einen Ausbildungsplatz bemüht, bei zwei weiteren stehtnoch ein Bewerbungsgespräch in naher Zukunft aus.Es gibt ein Fachbuch und ein Tabellenbuch im dem von uns unterrichteten Lernfeld.2.2.1 Leistungsstand der SchülerAn allgemeinbildenden Schulen haben sieben Schüler einen Hauptschulabschlussund acht Schüler einen Realschulabschluss erworben. In der Klasse gibt es keineSprachprobleme, da alle Schüler die deutsche Muttersprache beherrschen.Im zu behandelnden Lernfeld müssen Kenntnisse und Fertigkeiten im Umgang mitMessgeräten vorhanden sein, da die Schüler in unserem fachdidaktischen Projektselbstständig Messungen durchführen sollen. Glücklicherweise wurde das Arbeitenmit Messgeräten von den Schülern bereits im Fachpraxisunterricht erworben. Beieiner Hospitation war zu beobachten, dass je nach Gruppenzusammensetzung(Zusammenarbeit in zufälligen Gruppen) die Leistungen stark variierten. Die Schülerbeteiligten sich nur rege am Unterrichtsgeschehen und auch das Arbeitstempo warsehr unterschiedlich.Außerdem hat die Klasse Schwierigkeiten beim Rechnen und Verstehen von Texten.Dies soll durch eine didaktische Reserve in der Zeitplanung berücksichtigt werden,um eventuell auftretende Probleme angemessen besprechen zu können.Laut unseres Mentors Herrn Dallmeyer, dem Klassenlehrer, verfügen die Schülerbereits über Grundlagenwissen in Elektrotechnik. Sie kennen beispielsweise dieKirchhoffschen Sätze, die Spannungsteilerregel, das Ohmsche Gesetz und verfügenüber Kenntnisse im Bereich der Leistungsberechnung._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 5/26

Eine von Herr Dallmeyer häufig eingesetzte Sozialform ist die Gruppenarbeit mitanschließender Präsentation der Arbeitsergebnisse im Klassenverband. Die dahervon den Schülern bereits erarbeitete Kompetenz in dieser Arbeitsform, wollen wir unsebenfalls für unseren Unterricht zu Nutzen machen.2.2.2 Lehrer – Schüler VerhältnisDas Verhältnis zwischen den Schülern und dem Klassenlehrer ist gut. Auch wirwurden von den Schülern voll akzeptiert.2.2.3 Räumliche SituationDer Klassenraum bietet ausreichend Platz für die Schüler und ist ausgestattet miteiner Tafel, einem Overhead-Projektor und einem Flipchart. Außerdem sindZeichengeräte wie ein großes Lineal, Geodreieck und Zirkel vorhanden. Die Tischesind hintereinander in Reihen angeordnet und können aufgrund derStromversorgungeinheiten nicht verschoben werden. Da die Schule mit Laborkoffernfür den Elektrounterricht ausgestattet ist, können Messungen direkt im Klassenraumvorgenommen werden.3. Planung des Lehr-/LernarrangementsIn diesem Abschnitt sollen die didaktischen und methodischen Überlegungen für dieKonzeption des Lehr-/Lernarrangements beschrieben werden. DerDurchführungszeitraum liegt fast am Ende des Berufsgrundbildungsjahres, so dassnicht mehr viel Spielraum bei der Themenfindung blieb. Das ThemaSpannungsquellen schien uns nach Absprache mit dem Klassenlehrer dasgeeignetste zu sein. Für die Konzeption des Unterrichtsblockes gab es von Seitenunseres Mentors keine weiteren Vorgaben. Da wir aber noch keine genauenZeitvorstellungen für die Durchführung des Projekts hatten, konnte unser Thema inkeine Markostruktur von Herrn Dallmeyer eingebettet werden. Die Gestaltung desLehr-/Lernarrangements begann mit der Einordnung in das Lernfeld und derErarbeitung der damit verbundenen curricularen Vorgaben._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 6/26

3.1 Curriculare VorgabenDer Unterricht findet im Rahmen des Lernfeldes 1: „Elektrotechnische Systemeanalysieren und Funktionen prüfen“ des Rahmenlehrplans für denberufsfeldbezogenen Lernbereich im Berufsgrundbildungsjahr BerufsfeldElektrotechnik vom 16.05.03 statt. Aus der Zielformulierung des Lernfelds 1 gehthervor: „ Sie (Schülerinnen und Schüler) bestimmen Funktionen undBetriebsverhalten ausgewählter Bauelemente und Baugruppen und deren Aufgabenin elektronischen Systemen. Die Schülerinnen und Schüler beschaffen dazuselbstständig Informationen und werten sie aus. ... zum Erkennen allgemeinerGesetzmäßigkeiten der Elektrotechnik ermitteln die Schülerinnen und Schülerelektrische Größen messtechnisch und rechnerisch, dokumentieren und bewertendiese. ... Die Schülerinnen und Schüler realisieren Aufgaben im Team undkommunizieren fachsprachlich korrekt.“In dem von uns durchgeführten Projekt ist das ausgewählte elektrische Betriebsmitteleine Spannungsquelle an der exemplarisch ihr Verhalten gezeigt und ihre Kennwertebestimmt werden sollen. Dies führt zum übergeordneten Lernziel derUnterrichtseinheit: „Kriteriengeleitete Ersatzbeschaffung einer Spannungsquelle“.Im Teil III Didaktische Grundsätze des Rahmenlehrplans heißt es : „Die Zielsetzungder Berufsausbildung erfordert es, den Unterricht an einer auf die Aufgaben derBerufsschule zugeschnittenen Pädagogik auszurichten, die Handlungsorientierungbetont und junge Menschen zu selbstständigem Planen, Durchführen und Beurteilenvon Arbeitsaufgaben im Rahmen ihrer Berufstätigkeit befähigt.“ Aus diesem Grundehaben wir uns entschlossen, das Lehr-/Lernarragement nach dem Modell dervollständigen Handlung zu gestalten.3.2 Planung der berufsbezogenen SituationFür die Durchführung des Lehr-/Lernarragements nach dem Modell der vollständigenHandlung benötigt man eine berufsbezogene Situation bzw. Arbeitsaufgabe alsAusgangslage. Die Situation soll möglichst realistisch und bei einem Zeitaufwand von4-5 Unterrichtseinheiten lösbar sein. Auf Grund dieser Vorgaben hat sich unsereGruppe auf folgende berufsbezogene Handlungssituation geeinigt._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 7/26

Der Azubi Klaus hat von einem Gesellen seines Ausbildungsbetriebes eine defekteBeleuchtungseinheit seiner Modelleisenbahn bekommen, die er sich einmal angucken soll.Schnell stellt Klaus fest, dass das externe Netzteil (Gleichspannungsquelle) nicht mehrfunktioniert. Klaus fällt ein, dass er neulich beim Aufräumen der Werkstatt mehrere alteNetzteile gefunden hatte. Da ist doch sicherlich eins dabei, das er anstelle des Defekten,nutzen kann, denkt er sich. Doch jetzt beim genaueren Betrachten, muss er feststellen, dassdie Beschriftungen nicht mehr gut zu erkennen sind. Von dem Leuchtmittel derBeleuchtungseinheit liest er 12V/0,1A ab.Wie kann Klaus heraus finden, ob sich eine der Spannungsquellen zur Versorgung desLeuchtmittels eignet?In der Vorbereitung hatten wir zunächst einen grobenLösungsplan skizziert: Die Schüler sollten die Kennliniender einzelnen Netzteile aufnehmen und zeichnerischdarstellen. Anschließend sollte die Widerstandsgradeder Glühlampe eingezeichnet werden. Dabei entsteht einSchnittpunkt, der so genannte Arbeitspunkt. DurchVergleichen der Arbeitspunkte sollten die Schülerentscheiden, welches Netzteil sich als Ersatz eignet. Mitdiesem groben Lösungsplan im Hinterkopf, suchten wirnach den entsprechenden Spannungsquellen in der BBSNienburg. Leider mussten wir feststellen, dass es keine geeigneten Quellen gab, diedas typische Verhalten (Spannungseinbruch bei Belastung) zeigten. In Absprachemit unseren Dozenten Herr Möller beschlossen wir, ein Gleichspannungsnetzteil miteinem Widerstand in Reihe zu schalten und dieses in einem Schuhkarton zuverpacken.Abb. 1: VorbereitetesNetzteil3.3 Planung der UnterrichtsverlaufsphasenAbb. 2: Modell der vollst. HandlungDas Modell der vollständigen Handlung gliedertman allgemein in sechs Phasen: „1. Informieren,2. Planen, 3. Entscheiden, 4. Ausführen, 5.Kontrollieren und 6. Reflektieren“. Da diesePhasen der Handlung nicht nur einmaldurchlaufen werden, sondern mehrmals, stelltman sie in Form eines Kreises dar (siehe_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 8/26

Abbildung 2). Auf Grund dieses Modells haben wir nun einen groben Ablaufplan derUnterrichtssequenz vorgenommen. Als nächsten Schritt gilt es, die einzelnen Phasenzu planen, hinsichtlich ihrer Ziele, der Medien, Methoden, Erfolgskontrollen usw.3.3.1 InformationsphaseDie Informationsphase soll dazu dienen, dass die Schüler sich das notwendigespezifische Fachwissen selbstständig aneignen, um die Untersuchung derSpannungsquellen vornehmen zu können und anschließend eine Aussage zurEignung zu treffen. Für die Beschaffung der Informationen dient das Lehrbuch, sowieausgewählte und bereit gelegte Literatur.Lernziele, die die Schüler dabei erreichen sollen, sind:Die Schüler können, ...LZ1.) ...den Aufbau einer realen Spannungsquelle skizzieren und deren Bauteilebenennen.LZ2.) ...das Verhalten einer realen Spannungsquelle bei unterschiedlicher Belastungbeschreiben.LZ3.) ...eine I/U Kennlinie einer realen Spannungsquelle zeichnen.LZ4.) ...die Kenngrößen Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung erklären und indie I/U Kennlinie eintragen.LZ5.) ...den Innenwiderstand einer realen Spannungsquelle mit Hilfe derQuellenspannung und des Kurzschlussstromes bestimmen.Mit dem Erreichen der von uns ausgearbeiteten Lernziele sind die Schüler in derLage, den weiteren Verlauf, der zur Lösung der berufsbezogenen Situation führt, zuplanen und durchzuführen. Die von uns entwickelten Leitfragen sollen dabei anleitensie zu erreichen, aber auch eine Hilfestellung geben den Text zu erschließen._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 9/26

Leitfragen zu Spannungsquellen- Was ist unter den Begriff Energieeinbruch bei Spannungsquellen zu verstehen?Nennen Sie ein Bsp., bei dem man dieses Verhalten beobachten kann!- Skizzieren Sie die U/I Kennlinie einer Spannungsquelle undtragen Sie dort die Leerlaufspannung UL und den Kurzschlussstrom Ik ein!- Welche Aussage bezüglich des Aufbaus einer realen Spannungsquelle kannman auf Grund des Kurzschlussstromes Ik treffen?- Worin unterscheiden sich ideale und reale Spannungsquellen in ihrem Aufbau?Skizzieren Sie das jeweilige Ersatzschaltbild und beschriften Sie es!- Stellen Sie den Maschensatz für das Ersatzschaltbild einer realen Spannungsquelle auf!Wie lässt sich daraus mathematisch die Klemmenspannung Ukl bestimmen, wenn dieQuellenspannung Uq, der Strom I und der Innenwiderstand Ri gegeben sind?- Bei welchem Belastungszustand ist die Klemmenspannung Ukl gleich derQuellenspannung Uq und wie ist das zu erklären?- Warum ist der Kurzschlussstrom Ik nicht ohne Weiteres messbar? Wie kannman den Innenwiderstand Ri auch ohne Kurzschlussstrom Ik berechnen(Formel)?Die durchgeführte Sozialform in der Informationsphase, aber auch zum größten Teilder anderen Phasen unseres Lehr-/Lernarrangements, ist die Gruppenarbeit. Wirhaben uns dazu entschieden, da sie auch im späteren Berufsleben fast täglich auftrittund die Schüler bereits mit dieser Arbeitsform vertraut sind. Außerdem bietet sie einegute Möglichkeit, Fragen und Probleme gemeinsam zu lösen und leistungsschwacheSchüler zu unterstützen.Zum Nachweis des Kompetenzzuwachses führen wir eine Gruppenpräsentationdurch. Bei unserer Hospitation hatten wir festgestellt, dass die Schüler mit dieserForm der Präsentation gut zurecht kamen.Außerdem ermöglicht sie uns zuüberprüfen, in wieweit unsere Lernziele erreicht wurden. Durch gezielte Fragenkönnen wir noch vorhandene Schwierigkeiten ausräumen. Eine Gruppenpräsentationführt auch zum gleichen Wissenstand innerhalb der Klasse. Unterstützende Medienfür die Präsentation sind freigestellt, jedoch durch die Ausstattung desKlassenraumes beschränkt. Folien, Plakate und Tafel dürfen nach Belieben gewähltwerden._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 10/26

3.3.2 Planungs- und EntscheidungsphaseZunächst einmal müssen wir sagen, dass es uns sehr schwer fiel, das Planen unddas Entscheiden von einander zu trennen. Für uns gehört es zusammen, deshalbwurde es bei unserer Unterrichtsdurchführung ebenso gehandhabt.Das übergeordnete Ziel in dieser Handlungsphase ist einen Arbeitsplan zuentwickeln und festzulegen, der am Ende seiner Durchführung erlaubt, eineEntscheidung darüber zu treffen, ob sich das untersuchte Netzteil als Ersatz eignet.Das eigenständige Entwickeln des Arbeitsplans empfanden wir als den schwierigstenTeil der Unterrichtskonzeption. Unsere Aufgabe bestand nun darin, die Schüler soanzuleiten, dass sie auf die von uns angestrebte Lösungsstrategie geführt wurden.Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir auch in dieser Phase ein Arbeitsblatt mitLeitfragen erstellt.Die Bearbeitung der Leitfragen soll inGruppenarbeit erfolgen. Wir erhoffenuns, dass es dabei zu einerintensiven Gesprächsrunde kommt, inder viele Ideen für die Gestaltung desArbeitsplanes zusammen getragenwerden. Die einzelnen Arbeitsschrittesollen auf Moderationskartenfestgehalten werden. In unseren Augeneignen sich hier die Moderationskartensehr gut, da sie sehr variabeleinsetzbar sind. Variabel in der Hinsicht, dass die Reihenfolge veränderbar ist undsie ergänzt werden können. Nachdem die Schüler ihren Arbeitsplan festgelegthaben, trägt jeweils ein Gruppenmitglied den Arbeitsplan vor. Daraufhin wirdinnerhalb der Klasse besprochen, ob der Arbeitsplan von seinem Aufbau schlüssigist. Die Moderationskarten jeder Gruppe werden an die Tafel gehängt. So erhaltendie einzelnen Gruppen wiederum ein Feedback, da sie ihre Ergebnisse mit denenanderer Gruppen vergleichen können.Arbeitsplan1.Messschaltung entwerfen2.Messschaltung aufbauen3.Messtabellen anlegen4.Messwerte aufnehmen5.Kennlinien zeichnen6.Widerstandsgrade einzeichnen7.Arbeitspunkt festlegen/ablesen8.Vergleich Arbeitspunkt mit Kenndaten desLeuchtmittels9.Spannungsquelle auswählenAbb. 3: Möglicher Arbeitsplan_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 11/26

3.3.3 AusführungsphaseAm Ende der Ausführung soll der eigene Arbeitsplan abgearbeitet sein. Die Gruppensollen zu ihren aufgenommenen Messwerten jeweils ein Diagramm an der Tafelskizzieren. Diese werden anschließend miteinander verglichen, wobei die Schülereine Aussage über die Eignung der jeweiligen Spannungsquellen treffen sollen.Die Durchführungsphase ist der praktische Teil des Lehr-/Lernarrangements. JedeGruppe erhält einen Laborkoffer und das zu untersuchende Netzteil. Zu Beginnsollen die Schüler eine Messschaltung entwerfen und anschließend aufbauen. Diesewird dann von uns überprüft. Zum Schluss wird das zu untersuchende Netzteileingeschaltet. Die Gruppen arbeiten nun ihren Arbeitsplan weiter ab. Es ist sehrwichtig für uns, dass die Schüler ordentliche Messtabellen erstellen, damit dieMesswerte von uns überprüft werden können, aber auch bei einer evtl.Nachbereitung der Schüler selbst. Deshalb werden sie dahin gehend von unsüberprüft und gegebenenfalls angeleitet.Als kleine Rechenübung sollen die Schüler den Innenwiderstand ihres Netzteilsanhand der von ihnen aufgenommen Messwerte bestimmen. Die Auswertung derKennlinien erfolgt an der Tafel. Dazu bereiten wir Diagramme vor, in denen die U/IKennlinie der Spannungsquelle und die Widerstandsgrade der Glühlampeeingetragen werden. In einer abschließenden Diskussion entscheiden die Schüler,welches Netzteil am besten geeignet ist und warum.3.3.4 KontrollphaseDas Ergebnis der Schüler wird überprüft. Dazu nehmen wir die Beleuchtungseinheit,die wir in der berufsbezogenen Situation beschrieben haben. Diese wird an alleSpannungsquellen angeschlossen. Es stellen sich unterschiedliche Lichtstärken ein.So können wir überprüfen, ob das erarbeitete Ergebnis korrekt ist. Bei einemfalschen Ergebnis muss noch einmal untersucht werden, wo der Fehler liegt. DiePhase des Kontrollierens findet in Form eines Lehr- Schülergespräches statt.3.3.5 AuswertungsphaseZum Schuss des Unterrichts findet eine Reflexion des Lehr-/Lernarrangements in_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 12/26

Form eines Lehrer- Schülergespräches statt. Die Schüler sollen sich dazu äußern, obdas Herangehen an die berufliche Situation für sie nachvollziehbar ist. WelcheArbeitsschritte sie vornehmen würden, um sich an die Lösung einer ähnlichenSituation heran zu arbeiten. Die Reflexion soll auch klären, ob der entwickelteArbeitsplan schlüssig war. Gibt es Schritte, die vergessen wurden, die man anderslösen sollte usw.Auch letzte Verständnisprobleme sollen ebenfalls ausgeräumt werden.3.4 Geplanter Unterrichtsverlaufsplan mit angenommener undtatsächlicher ZeitZeit(Min.)UnterrichtsverlaufMethodenMedienMaterialTatsächlicheZeit10 − Vorstellung der Studenten, desgeplanten UnterrichtsablaufHoU nach dem Modell dervollständigen Handlung(didaktische Uhr) und derberufspraktischen Situation− Einteilung in vier GruppenInformieren60 − Gruppen erarbeiten und bereitenInformationen zum ThemaSpannungsquelle auf (erstellenvon Folien und Plakate)− Unterstützung durch Studenten20 − Vorstellung derArbeitsergebnisse der Gruppe inder Klasse (2Vorträge maximal)−gemeinsame Besprechung derErgebnisse1.PausePlanen20 − Zurückführung auf−−−berufsbezogene SituationPlanen der Durchführung zurUntersuchung der NetzteileArbeitsschritte benennen unddiskutieren in der GruppeUnterstützung durch StudentenLSGGruppenarbeitLSGGruppenarbeitTafelArbeitsblätterLiteratur undLeitfragenAngefertigteFolien oderPlakateFolien,Plakate,Leitfragen10min80min25min20min_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 13/26

Entscheiden5 − Anfertigung vonModerationskarten, die einzelneArbeitsschritte aufzeigen− Festlegung der Reihenfolge15 − Vorstellung des Arbeitsablaufesder einzelnen Gruppen− Diskussion in der KlasseAusführen50 Ausführung des Arbeitsplanes:− Einrichten des Messplatzes− Zeichnung und Aufbau derSchaltungen− Aufnahme der Messreihen− Zeichnen der Kennlinien− Platzwechsel (*1) und dann evtl.erneut Messungen durchführen− Auswertung2.Pause30 − nach Arbeitsplan fortfahren(Kennlinien anfertigen,Arbeitspunkte festlegen, etc.)− Auswertung der Kennlinien undArbeitspunkte an der Tafel− Auswahl der geeignetenSpannungsquelleKontrollieren10 − Überprüfung derAuswahl der Spannungsquelle− Besprechung bei falscherAuswahlAuswerten10 − Gemeinsame Diskussion überdas Arbeitsergebnis (WelchesNetzteil geeignet & warum?)− eventuelle Fragen beantworten− Bewertung, Reflexion derArbeitsschritte und desUnterrichtsverlaufs− Gruppe wiederholt ThemaGruppenarbeitLSGGruppenarbeitGruppenarbeitModerationskartenModerationskartenLaborgeräte,Millimeterpapier,LeittexteLaborgeräte,Millimeterpapier,Leittexte,Diagramme5min10min20min20minLSG Diagramme 10minLSGDiagrammePlakateFolien37minSpannungsquellen30 − Evaluationsbogen Einzelarbeit 23min10 − Didaktische Reserve(*1) Bei ausreichender Zeit soll ein zweites Netzteil untersucht werden._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 14/26

4. Durchführung des Lehr-/Lernarrangements4.1 Beobachtung in der InformationsphaseDurch das Ziehen von Karten wurdenGruppen gebildet. Nachdem dieGruppen sich zusammengesetzthatten, stellte Herr Boseniuk dieberufsbezogene Situation vor.Anschließend teilten wir dieArbeitsblätter mit den Leitfragen aus.Als die Schüler mit ihrerAusarbeitung beginnen sollten,Abb. 3: Unterstützung in der Informationsphasestellten wir ein rechtunterschiedliches Verhalten fest. Zwei Gruppen begannen sich darüberauszutauschen, was sie am Wochenende erlebt hatten. Erst nach mehrmaligemAuffordern, fingen sie mit ihrer Arbeit an. Die eine Gruppe arbeitete daraufhin rechtzielstrebig und gemeinschaftlich den Text durch und erstellte die Präsentation. Dabeiwaren nur wenige Anleitungen notwendig. In der anderen Gruppe war mehrUnterstützungen notwendig. Sie schafften es trotzdem, fast selbstständig diegeforderte Bearbeitung der Leitfragen zu erledigen.Eine weitere Gruppe teilte das Arbeitsblatt mit den Leitfragen in drei Teile. Jederdieser Teile wurde von einem Schüler der Gruppe separat abgearbeitet. Selbst diePräsentation auf der Folie wurde abschnittsweise von dem jeweiligen Schüler erstellt.Ein Informationsaustausch innerhalb der Gruppe fand nicht statt. Außerdem stelltesich heraus, dass ein Gruppenmitglied sehr große Probleme bei der Erschließungdes Textes hatte. Durch die Aufteilung innerhalb der Gruppe konnten dieSchwierigkeiten auch nicht ausgeglichen werden. Trotz eines gezielten Ansprechensdes Problems in der Gruppe, waren sie nicht bereit, ihre Arbeitsweise zu ändern.Die letzte Gruppe war, nach unseren Beobachtungen, die leistungsstärkste. Siearbeitete sehr selbständig und zielstrebig. Ihre erstellte Präsentation, war nicht nureine Abarbeitung der Leitfragen, sondern beinhaltete ein eigenständiges Konzept._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 15/26

Generell kann man die Aussage treffen, dass die Klasse große Schwierigkeiten mitdem Verstehen von Texten hatte. Unsere Zeitvorgabe wurde um 20 Minutenüberschritten. Um unseren Unterrichtsablauf zeitlich einhalten zu können,beschlossen wir, nur eine Gruppe präsentieren zu lassen. Wir bemerkten dabei, dassvon den Schülern inhaltlich nicht viel verstanden wurde, da die Präsentation mehreiner Textwiedergabe glich. Durch gezieltes Nachfragen wollten wir die Situationretten, jedoch schien dies die Schüler noch mehr zu verwirren.4.2 Beobachtungen in der Planungs- und EntscheidungsphaseWie wir schon in unserer Unterrichtsplanungangenommen hatten, bereitete die Erstellungdes Arbeitsplans vielen Schülern Probleme.Die von uns zur Unterstützung entwickeltenLeitfragen, leisteten keine besondere Hilfe. Umdie Schüler wieder auf den richtigen Weg zubringen, mussten wir stark eingreifen.Behutsames Erklären, was wir wollen undwohin es führen soll, half leider auch nicht.Viele Schüler waren einfach überfordert. Erstdie Nennung der ersten Arbeitsschritte brachteeinige Klarheit. Zu denVorstellungsschwierigkeiten kamen vielfachWissenslücken hin zu. Die von unsAbb. 4: Entwickelte Arbeitspläne gewünschte Diskussion der einzelnenGruppenmitglieder untereinander bliebt leideraus. Sie verließen sich viel mehr darauf,Abb. 4: Entwickelte ArbeitspläneArbeitsschritte von uns genannt zu bekommen,als selber welche zu entwickeln. Erfreulicherweise gab es trotzdem eine Gruppe, dieeinen kompletten Arbeitsplan selbstständig aufstellte.Die im Anschluss durchgeführte Vorstellung und Besprechung fiel deshalb etwaswortkarg aus._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 16/26

4.3 Beobachtungen in der AusführungsphaseDie Schüler haben ohne Probleme die Messschaltung gezeichnet und anschließendaufgebaut. Wir mussten bei der Inbetriebnahme keine Korrektur vornehmen. DieMesswerte waren schnell aufgenommen. Da wir in den vorhergehenden Phasen vielZeit verloren hatten, entschlossen wir uns, dass jede Gruppe nur ein Netzteiluntersucht. Es stellte sich heraus, dass der praktische Teile unsererUnterrichtseinheit den Schülern viel Freude bereitete. Daher war ein Einlenken oderUnterstützen von unserer Seite nicht weiter erforderlich. Als Rechenübung hatten wiruns überlegt, dass die Schüler den Innenwiderstand der Spannungsquelle anhandihrer Messwerte bestimmt. Erst hier war ein einzelnes Eingreifen erforderlich. Diegrafische Darstellung der Ergebnisse erforderte etwas mehr Zeit als wir annahmen.Bei der Auswahl der geeigneten Spannungsquelle kam von allen Schülern rechtzügig die richtige Antwort.4.4 Beobachtungen in der KontrollphaseAbb. 5: Schüler zeichnen KennlinieAbb. 6: Schülerversuch (Aufbau)Aus Zeitgründen und aufgrund der zügigen Auswahl der richtigen Spannungsquelle,ließen wir die Überprüfung, mit den vorbereiten Beleuchtungseinheiten weg.Dadurch fiel die Kontrollphase fast vollständig aus.4.5 Beobachtungen in der AuswertungsphaseEine Reflexion des gesamten Projektes fand in der Form, wie wir sie uns gewünschthatten, nicht statt. Das hatte zum einem den Hintergrund, dass die Schüler nichtbereit waren, sich darüber Gedanken zu machen. Es lag aber auch daran, dass es_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 17/26

uns nicht gelungen war, sie mehr zu fordern und zu eigenständigen Überlegungen anzu leiten.Als Letztes fassten wir den gesamten Unterrichtsstoff des Tages zusammen. Dabeihatten wir feststellen müssen, dass noch erhebliche Verständnisschwierigkeitenvorhanden waren. Leider war es uns nicht mehr gelungen, diese in der wenigen Zeit,die uns noch blieb, zu beseitigen.5. KompetenzzuwachsDen Kompetenzzuwachs haben wir mit Hilfe eines Fragebogens (Evaluationsbogen)überprüft. Einen Eingangstest hatten wir nicht durchgeführt, da wir in einen Gesprächmit unseren Mentor erfahren hatten, dass keine Vorkenntnisse bezüglich desThemas vorhanden waren.Unseren Evaluationsbogen haben wir nach dem kognitiven Anspruchsniveau nachSchelten unterteilt. Die Abstufung nach Schelten sieht vier Anspruchsniveaus vor,Wissen, Verstehen, Anwenden und Problemlösen. Innerhalb unserer Gruppe habenwir uns darauf geeinigt, das Niveau Wissen, Verstehen und Anwenden zuhinterfragen.Anzahl der Schüler121086420Frage1Frage2Auswertung des EvaluationsbogensFrage3Frage4Frage5Frage6Frage1Frage3Frage2Frage4Anspruchsniveau der Fragen(nach Frage5 Schelten 1994): Frage61. und 4. Frage Wissen2. und 3. Frage Verstehen5. und 6. Frage Anwenden_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 18/26

Aus der grafischen Darstellung der Auswertung ist zu erkennen, dass das erwarteteNiveau „Wissen“ fast zu 100% erreicht wurde. Bis in das Anspruchsniveau„Verstehen“ sind nur wenige eingedrungen. Das Niveau „Anwenden“ wurde vonkeinem erreicht.Geht man davon aus, dass der Evaluationsbogen eine Bewertung der Qualitätunseres Unterrichtsprojektes ist, müssen wir uns selbst ein recht schlechtes Zeugnisausstellen. Durch diese Erkenntnis wurden wir dazu gebracht, einige Überlegungenfür eine gesteigerte Wirksamkeit des Projektes anzustellen.6. Weiterentwicklung des berufspraktischen Lehr-/LernarrangementsIn der Nachbesprechung des Unterrichts waren wir uns darüber einig, dass dieberufsbezogene Situation in der Informationsphase verloren gegangen war. Dabeisollte der Inhalt der Informationsphase sichtbar im Zusammenhang mit derberufsbezogene Situation stehen. Die Schüler sollen erkennen, dass dieInformationen, die sie zusammentragen, dazu dienen das berufsbezogene Problemzu lösen. Deshalb ist es sinnvoll die Situation von den Schülern in eigenen Wortenwiederholen zu lassen. Anschließend sollen sie selbstständig überlegen, welcheKenntnisse benötigt werden, um das Problem lösen zu können.Bei den Leitfragen ist es wichtig, dass sie eindeutig gestellt werden, um den Schülerndas Bearbeiten zu erleichtern. Außerdem sollte das Layout der Leitfragen sogestaltet werden, dass die Antworten den Fragen direkt zugeordnet werden können.Dadurch kann bei der späteren Aufarbeitung des Themas eine bessere Zuordnungerfolgen.In der Planungs- und Entscheidungsphase wäre es sinnvoller gewesen, dieModerationskarten größer zu wählen, da wir festgestellt hatten, dass sie in denletzten Reihen nicht mehr gut lesbar waren. Ebenso sollte man sich auf eineneinheitlichen Arbeitsplan festlegen. Damit wird erreicht, dass die Lehrkräfte einenbesseren Überblick über die Arbeitssituation in den einzelnen Gruppen hat und somit_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 19/26

auch die benötigte Zeit besser einschätzen kann.Innerhalb der Durchführungs- und Auswertungsphase ist es zeitlich günstiger, dieverschiedenen Kennlinien nicht an der Tafel zu präsentieren, sondern sie auf Folienüber den OHP vorzustellen.Da wir mit unserer Zeitplanung große Schwierigkeiten hatten, wäre es auchangebrachter gewesen, den Schülern konkrete Zeitvorgaben zu machen. DieGruppen hätten sich so ihre Zeit besser einteilen können.Wir stellten fest, dass in den einzelnen Gruppen oft dieselben Verständnisproblemeauftraten. Aus Gründen der Zeitökonomie wäre es sinnvoll, solche Probleme direktim Klassenverband zu klären.Während der Durchführung mussten wir bereits feststellen, dass unsereRollenzuteilung während des Unterrichts untereinander nicht gut funktionierte. Fürdie Schüler fehlte somit der Bezugspunkt. Dies zeigte sich, als wir versuchten, durchgezielte Fragen Lerninhalte zu vermitteln und zu verdeutlichen. Fragen wurden nichtvon einer Person, sondern abwechselnd von allen drei Studenten gestellt, was dieSchüler zunehmend verwirrte. Unser Mentor verglich diese Situation mit einemKreuzverhör.7. FazitIm Fachdidaktischen Projekt I haben wir zum ersten Mal erlebt, welcher zeitlicheAufwand erforderlich ist, um eine Unterrichtssequenz von sechs Zeitstunden zuplanen.Da wir bei der Unterrichtsvorbereitung und Leistungseinschätzung von Schülernbisher noch nicht sehr viele Erfahrungen sammeln konnten, hätten wir uns in derHinsicht etwas mehr Unterstützung von unserem Mentor gewünscht.Trotz auftretender Probleme bei unserer Zeitplanung und der Rollenzuteilungwährend der Projektdurchführung, konnten wir viele Erfahrungen in Hinsicht aufUnterrichtsplanung und -durchführung sammeln, die uns für später folgende_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 20/26

Unterrichte sicherlich von großem Nutzen sein werden.Die Praxis hat gezeigt, dass es wichtig ist, so oft wie möglich eigenen Unterricht zugestalten und durchzuführen, um so Erfahrung und Routine in derUnterrichtsvorbereitung und beim Unterrichten zu erlangen._____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 21/26

8. Literaturverzeichnis:1.) Meyer, Hilbert: Didaktische Modelle. Cornelsen Verlag Scriptor, 7. Auflage20052.) Heymann, Paul; Sauerwein, Hermann: Elektrotechnik/Energietechnik.Kieser Verlag Neusäß, 1. Auflage 19903.) Brechmann; Dzieia; Hörnmann; Hübscher; Jagla; Klaue: EletrotechnikTabellen Energie-/ Industrieelektrik. Westermann Schulbuchverlag GmbHBraunschweig, 4. Auflage 19964.) Prof. Dr.-Ing. Bernardo Wagner: Manuskript zur Vorlesung „Didaktik derElektrotechnik. Version 1.3 (2001)5.) Gerd Engbarth: Elektrotechnik. E-Systeme, Installationen, Steuerungen,IT- Systeme. Verlag: Westermann Berufsbildung, 2. Auflage 2004_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 22/26

9. Anhang9.1 Evaluationsbogen (Kurztest)1.) Skizzieren Sie den Aufbau einer realen Spannungsquelle und benennen Sie dieeinzelnen Bestandteile!2.) Erklären Sie den Begriff der Klemmenspannung Uk!3.) Bei welchem Belastungsfall ist die Klemmenspannung Ukl gleich derQuellenspannung Uq?4.) Bei einer Spannungsquelle sind der Kurzschlussstrom Ik und der InnenwiderstandRi bekannt. Berechnen Sie die Quellenspannung Uq!_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 23/26

5.) Zeichnen Sie in das vorbereitete Diagramm die Kennlinie der Spannungsquelleein.Gegeben sind die folgenden Kennwerte einer realen Spannungsquelle:R i= 2Ω und U q=5VWelche Klemmenspannung U Kl stellt sich bei einer Belastung von R L= 8Ω ein?Zeichnen Sie dazu die Arbeitsgerade des Lastwiderstandes RL ein!6.) Eine Flachbatterie mit einer Quellenspannung Uq = 1,5V und einenInnenwiderstand Ri=0,18Ω. Die Klemmenspannung Ukl darf bei Belastunghöchstens um 0,1V absinken.Welchen Wert darf der Lastwiderstand RL nicht unterschreiten?_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 24/26

9.2 ArbeitsblätterInformationsphaseInformieren Sie sich, im Rahmen einer Gruppenarbeit über Spannungsquellen! Nutzen sie alsInformationsquelle Ihr Lehrbuch und die bereit gelegte Literatur. Das Thema soll so aufbereitet werden, dass Sie anschließend in der Lage sind, in der Klasse einen kurzen (ca.7min) Vortrag zu halten. Nutzen Sie zur besseren Vermittlung des Inhaltes vorhandeneMedien, wie die Tafel, Overheadprojektor oder Flipchart.Der unten aufgeführte Fragenkatalog, enthält Leitfragen, die Ihnen dabei helfen sollen, sichThema zu erschliessen.- Was ist unter den Begriff Energieeinbruch bei Spannungsquellen zu verstehen?Nennen Sie ein Bsp., bei dem man dieses Verhalten beobachten kann!- Zeichnen Sie die U/I Kennlinie einer Spannungsquelle quantitativ auf undtragen Sie die Leerlaufspannung UL und den Kurzschlussstrom Ik ein!- Welche Aussage bezüglich des Aufbaus einer realen Spannungsquelle, kannman auf Grund des Kurzschlussstromes Ik treffen?- Worin unterscheiden sich ideale und reale Spannungsquellen in ihrem Aufbau?Skizzieren sie das jeweilige Ersatzschaltbild und beschriften sie es!- Stellen Sie den Maschensatz für das Ersatzschaltbild einer realenSpannungsquelle auf! Wie lässt sich daraus mathematisch dieKlemmenspannung UKL bestimmen, wenn die Quellenspannung Uq, der StromI und der Innenwiderstand Ri gegeben sind?- In welchem Belastungszustand ist die Klemmenspannung UKL gleich derQuellenspannung Uq und wie ist das zu erklären?- Warum ist der Kurzschlussstrom Ik nicht ohne weiteres messbar? Wie kannman den Innenwiderstand Ri auch ohne Kurzschlussstrom Ik berechnen(Formel)?_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 25/26

PlanungsphaseIn der Planungsphase wird wieder auf die am Anfang beschriebene Situation zurück gegriffen.Klaus steht immer noch vor dem Problem, einen Weg zu finden, um zu entscheiden, welcheSpannungsquelle sich zur Versorgung der Beleuchtungseinheit eignet. Dafür ist es sinnvoll,sich einen Arbeitsablauf für die Untersuchung der Spannungsquellen zu überlegen. BeratenSie sich in der Gruppe untereinander und legen Sie gemeinsame Arbeitsschritte fest.Schreiben Sie diese Arbeitsschritte gut lesbar auf die bereit gelegten Moderationskarten.Bringen Sie die Karten anschließend in die richtige Reihenfolge und kleben Sie diese auf dieWandzeitung.Die folgenden Leitfragen sollen Ihnen bei der Planung der Arbeitsschritte unterstützendhelfen.- Welche elektrischen Größen müssen für die Untersuchung derSpannungsquellen gemessen werden?- Wie sind die Messgeräte anzuordnen, um eine sinnvolle Messung durchzuführen?- Auf welcher Art und Weise nimmt man Messreihen auf und wie stellt man dieErgebnisse dar, um sie gut miteinander vergleichen zu können?- Wie sieht die Widerstandskennlinie einer Glühlampe aus? (gegebenenfallsinformieren)- Welche Klemmenspannung stellt sich bei der Belastung mit der Glühlampeein?- In welchem Bereich auf der U/I Kennlinie ist es sinnvoll eine Gleich-spannungsquelle zu betreiben?_____________________________________________________________________________________© Daniel Liwicki, Florian Boseniuk, Hendrik Heinemeier 26/26