Diesen aiMOOC als Battle spielen: Physik, Klasse 9-10, M-Niveau

NWT9 - Experiment und Prototyp in einer Präsentation zeigen

Einleitung

In Naturwissenschaft und Technik reicht es nicht, ein Experiment, ein Modell oder einen Prototyp nur zu bauen. Du musst auch zeigen können, was untersucht wird, wie der Aufbau funktioniert, welche Messgröße wichtig ist, welche Sicherheitsbedingungen gelten und was das Ergebnis bedeutet. Genau darum geht es in diesem aiMOOC für Klasse 9.

Du trainierst, ein technisches Produkt oder einen Versuch so in einen Vortrag einzubauen, dass das Publikum in kurzer Zeit versteht, was es sieht und warum es wichtig ist. Dabei arbeitest Du mit vier typischen NwT-Situationen: einen Sensor vorführen, ein Brückenmodell belasten, einen Antrieb testen und ein Windrad vermessen.

Wichtig: Eine Live-Demonstration ist nur dann sinnvoll, wenn sie sicher, vorbereitet und für das Publikum sichtbar ist. Praktische Versuche werden ausschließlich unter den jeweils erforderlichen Sicherheitsbedingungen, nach Freigabe durch die Lehrkraft und mit geeigneten, geprüften Geräten durchgeführt. Eine Präsentation ist niemals ein Grund, Schutzmaßnahmen zu umgehen oder einen Versuch bis zum gefährlichen Versagen zu treiben.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du einen Versuch oder Prototypen so präsentieren, dass Leitfrage, Aufbau, Sicherheit, Messung, Ergebnis und Schlussfolgerung zusammenpassen. Du kannst entscheiden, ob eine Live-Demonstration, eine Versuchsskizze, ein kurzes Video, ein Foto oder eine Messwertgrafik die beste Darstellungsform ist. Außerdem kannst Du einen Plan B vorbereiten, falls ein Aufbau während des Vortrags nicht funktioniert.

Differenzierung G, M und E

Niveau	Ziel	Typische Leistung
G – grundlegendes Niveau	Du erklärst Aufbau und Funktion verständlich und nennst einen passenden Messwert mit Einheit.	Sichere Demonstration mit Beobachtung und kurzer Schlussfolgerung.
M – mittleres Niveau	Du vergleichst Bedingungen, wiederholst Messungen und begründest Deine Vorgehensweise.	Geplante Messreihe mit Tabelle oder Diagramm und nachvollziehbarer Auswertung.
E – erweitertes Niveau	Du begründest Versuchsdesign und Produktentscheidungen, diskutierst Messunsicherheit und Modellgrenzen.	Fachlich vertiefte Präsentation mit Datenkritik, Optimierung und Transfer.

Experiment, Modell und Prototyp unterscheiden

Ein Experiment untersucht eine Frage unter kontrollierten Bedingungen. Du veränderst gezielt eine Größe und hältst andere wichtige Bedingungen möglichst konstant.

Ein Modell bildet ausgewählte Eigenschaften eines realen Systems vereinfacht ab. Ein Brückenmodell zeigt zum Beispiel Tragwerk und Verformung, aber nicht automatisch alle Eigenschaften einer echten Brücke.

Ein Prototyp ist eine frühe funktionsfähige Ausführung eines geplanten Produkts. Er dient dazu, Funktionen zu testen, Schwächen zu erkennen und Verbesserungen vorzunehmen.

Die Präsentationslogik

Leitfrage: Formuliere in einem Satz, was Du zeigen oder untersuchen willst.
Versuchsaufbau: Zeige nur die Teile, die zum Verständnis notwendig sind.
Sicherheit: Erkläre vor der Durchführung die entscheidenden Schutzmaßnahmen.
Hypothese: Sage, was Du erwartest.
Messung: Führe den Versuch ruhig und nach geübtem Ablauf aus.
Messwert: Zeige Messwert, Beobachtung oder Diagramm mit Einheit.
Auswertung: Erkläre, was das Ergebnis für die Leitfrage bedeutet.
Reflexion: Nenne Unsicherheiten und Grenzen.
Optimierung: Zeige, wie Prototyp oder Versuch verbessert werden könnten.

Live-Demonstration und Plan B

Eine gute Abfolge lautet: Frage auf der Folie – Aufbau zeigen – Sicherheitscheck – Vorhersage – kurze Demonstration – Messwert groß zeigen – Ergebnis deuten. Die Folie im Hintergrund sollte übersichtlich bleiben.

Plan B: Bereite vor einer Live-Demonstration eine sichere Ersatzdarstellung vor, zum Beispiel ein eigenes Versuchsvideo, eine Fotofolge, gespeicherte Messwerte oder einen zweiten funktionsfähigen Prototyp. So musst Du bei einem Ausfall nicht riskant improvisieren.

Versuchsskizzen

SENSOR
Messobjekt → [ Sensor ] → [ Mikrocontroller ] → [ Anzeige ]

BRÜCKE
Auflager ┃====== Brückenmodell ======┃ Auflager
                    ↓ Last
               Verformung messen

ANTRIEB
[ Kleinspannungsquelle ] → [ Schalter ] → [ Motor ] → Bewegung

WINDRAD
[ Ventilator ] → Luftstrom → [ Windrad ] → Generator → Multimeter
                         ↓
                    Anemometer

Sicherheitsgrundlage

Die schulische Sicherheitsplanung richtet sich unter anderem nach Gefährdungsbeurteilung, der Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht und den Vorgaben der zuständigen Unfallversicherungsträger. Vor praktischen Tätigkeiten legt die Lehrkraft fest, welche Schutzmaßnahmen erforderlich sind.

Grundregel für Klasse 9: Verwende in Schülerexperimenten mit Elektrik ausschließlich von der Lehrkraft freigegebene, berührungssichere Schulgeräte und geeignete Kleinspannungsquellen. An Netzspannung wird nicht improvisiert. Defekte Leitungen, ungewöhnliche Erwärmung, Geruch, Funken oder beschädigte Bauteile sind ein sofortiges Stoppsignal.

Sicherheitskarte: Sensor und Elektronik

Punkt	Sicherheitsregel
Vor dem Start	Aufbau stromlos prüfen, Anschlüsse kontrollieren und nur freigegebene Spannungsversorgung verwenden.
Während der Vorführung	Leitungen geordnet halten und Kurzschlüsse vermeiden.
Stoppsignal	Erwärmung, Geruch, Funken oder beschädigte Leitungen.

Sicherheitskarte: Brückenmodell

Punkt	Sicherheitsregel
Vor dem Start	Auflager stabil aufbauen, Lastbereich freihalten und Lastschritte festlegen.
Während der Vorführung	Last kontrolliert und schrittweise aufbringen; Gesicht, Hände und Füße aus Fall- oder Bruchbereichen halten.
Stoppsignal	Starkes Knacken, Ausknicken, instabile Auflager oder unkontrolliertes Verrutschen.

Sicherheitskarte: Antrieb

Punkt	Sicherheitsregel
Vor dem Start	Motor und Bauteile sicher befestigen, Schutzabdeckungen verwenden und zulässige Betriebswerte beachten.
Während der Vorführung	Abstand zu rotierenden Teilen halten; lange Haare sichern und lose Kleidung fernhalten.
Stoppsignal	Starke Vibration, lockere Befestigung, ungewöhnliche Erwärmung oder blockierter Rotor.

Sicherheitskarte: Windrad

Punkt	Sicherheitsregel
Vor dem Start	Ventilator, Windrad und Messgeräte standsicher aufstellen und Rotorbereich freihalten.
Während der Vorführung	Nicht in laufende Rotoren greifen; Haare und lose Gegenstände fernhalten.
Stoppsignal	Unwucht, lose Rotorblätter, instabiler Ständer oder unsichere Messverkabelung.

Das Multimeter als Messgerät

Ein Multimeter kann je nach Einstellung Spannung, Stromstärke, Widerstand und weitere elektrische Größen messen. Vor dem Einschalten muss klar sein, welche Größe gemessen wird, an welchen Buchsen die Leitungen stecken und welcher Messbereich geeignet ist.

Vier konkrete Use-Cases

Use-Case 1: Einen Sensor vorführen

Ein Sensor wandelt eine physikalische oder chemische Größe in ein auswertbares Signal um. Für Klasse 9 eignen sich zum Beispiel Abstands-, Licht- oder Temperatursensoren, sofern der Aufbau für den Unterricht freigegeben ist.

Niveau	Präsentationsauftrag
G	Zeige zwei deutlich verschiedene Situationen und lies den Sensorwert mit Einheit ab.
M	Verändere gezielt eine Einflussgröße in mehreren Stufen und stelle die Werte als Tabelle oder Diagramm dar.
E	Begründe Messbereich und Versuchsdesign und bespreche Messunsicherheit oder Grenzen.

Use-Case 2: Ein Brückenmodell belasten

Bei einem Brückenmodell kannst Du zeigen, wie eine Konstruktion Lasten trägt und wie sich ihre Form unter Belastung verändert. Eine sichere Vorführung muss nicht bis zum Bruch gehen.

Niveau	Präsentationsauftrag
G	Belaste das Modell in vorher festgelegten sicheren Stufen und beschreibe die Verformung.
M	Messe die Durchbiegung bei mehreren Laststufen und stelle Last und Verformung gegenüber.
E	Vergleiche zwei Konstruktionen und erkläre, welche Eigenschaften einer realen Brücke im Modell nicht vollständig abgebildet werden.

Use-Case 3: Einen Antrieb testen

Bei einem kleinen elektrischen Antrieb kann die Vorführung zeigen, wie elektrische Energie in Bewegung umgesetzt wird. Geeignet sind nur sichere, fest montierte und für den Unterricht freigegebene Kleinspannungsaufbauten.

Niveau	Präsentationsauftrag
G	Zeige die sichere Grundfunktion und benenne Energiezufuhr und Bewegung.
M	Vergleiche die Drehzahl bei mehreren freigegebenen Betriebsbedingungen.
E	Untersuche systematisch einen Einflussfaktor und diskutiere Zusammenhänge zwischen Drehzahl, Last und Versorgung.

Use-Case 4: Ein Windrad vermessen

Ein Windrad eignet sich, um Energieumwandlung, Messung und Produktoptimierung zu verbinden. Du kannst Windgeschwindigkeit, Rotordrehzahl oder eine elektrische Ausgangsgröße erfassen.

Niveau	Präsentationsauftrag
G	Miss bei einer festgelegten Position Windgeschwindigkeit und eine Ausgangsgröße des Windrads.
M	Verändere nur eine Größe und wiederhole die Messung unter vergleichbaren Bedingungen.
E	Plane eine Messreihe mit Wiederholungen und diskutiere Unsicherheiten und Aussagekraft.

Messdaten überzeugend zeigen

Messwerte werden verständlich, wenn Du sie strukturierst. Schreibe die Einheit dazu und vermeide unnötig viele Nachkommastellen. Wiederholungsmessungen zeigen, ob Werte stabil sind oder streuen.

Form	Einsatz	Typischer Fehler
Einzelwert	Funktionskontrolle	Einheit fehlt.
Tabelle	Mehrere Bedingungen exakt vergleichen	Zu viele Zahlen.
Diagramm	Trend oder Zusammenhang zeigen	Achsen ohne Beschriftung.
Foto oder Video	Schnellen oder kleinen Vorgang dokumentieren	Medium wird nicht ausgewertet.

Messunsicherheit und faire Vergleiche

Kein Messwert ist vollkommen exakt. Ablesung, Geräteauflösung oder veränderte Umgebungsbedingungen können Ergebnisse beeinflussen. Auf G-Niveau vermeidest Du offensichtliche Störungen. Auf M-Niveau wiederholst Du Messungen. Auf E-Niveau diskutierst Du zusätzlich die Unsicherheit und ihre Bedeutung für Deine Schlussfolgerung.

Ein fairer Vergleich bedeutet: Du veränderst gezielt eine Variable und hältst andere wichtige Bedingungen möglichst konstant.

Interaktive Planungssituationen

Planungssituation Sensor

Planungssituation Brücke

Planungssituation Antrieb

Planungssituation Windrad

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was sollte vor einer Live-Demonstration geklärt werden? (Die Sicherheitsbedingungen und der geplante Ablauf) (!Die Farbe der letzten Folie) (!Die Sitzordnung im Klassenraum) (!Die Schriftart des Dateinamens)

Was kennzeichnet einen fairen experimentellen Vergleich? (Es wird gezielt eine Variable verändert und andere Bedingungen bleiben möglichst konstant) (!Alle Bedingungen werden gleichzeitig verändert) (!Nur das erwartete Ergebnis wird notiert) (!Die Messwerte werden ohne Einheiten angegeben)

Was ist bei einem Brückenmodell ein sinnvolles Stoppsignal? (Deutliches Ausknicken oder instabile Auflager) (!Ein gut lesbarer Messwert) (!Eine gerade ausgerichtete Skala) (!Eine leise Erklärung)

Was gehört zu einer verständlichen Messwertangabe? (Messwert und Einheit) (!Nur die Einheit) (!Nur eine Farbe) (!Nur die Nummer der Folie)

Wann wird an einem elektrischen Aufbau umgesteckt? (Im spannungsfreien Zustand) (!Während der Motor mit voller Drehzahl läuft) (!Während eine Leitung Funken zeigt) (!Ohne den Aufbau zu prüfen)

Wozu dient ein Plan B bei einer Demonstration? (Er ermöglicht eine sichere Ersatzdarstellung bei einem Ausfall) (!Er ersetzt jede Vorbereitung) (!Er erlaubt das Überspringen von Sicherheitsregeln) (!Er macht Messwerte überflüssig)

Was ist ein Prototyp? (Eine frühe testbare Ausführung eines Produkts) (!Nur ein Titel für eine Präsentation) (!Ein fertiges Produkt ohne Änderungsmöglichkeit) (!Eine Messgröße ohne Einheit)

Was sollte bei einer Windrad-Messreihe auf M-Niveau geschehen? (Eine Einflussgröße wird gezielt verändert und Messungen werden wiederholt) (!Die Ventilatorstufe wird zufällig verändert) (!Die Einheiten werden weggelassen) (!Nur der schönste Messwert wird gezeigt)

Warum werden Modellgrenzen genannt? (Damit klar wird, welche Aussagen das Modell erlaubt und welche nicht) (!Damit das Modell automatisch größer wird) (!Damit keine Messung mehr nötig ist) (!Damit alle Ergebnisse als exakt gelten)

Was ist beim Test eines rotierenden Antriebs besonders wichtig? (Rotierende Teile sicher befestigen und Abstand halten) (!Lose Kleidung dicht an die Welle bringen) (!Die Befestigung während des Laufens nachziehen) (!Die Schutzmaßnahmen erst nach dem Test besprechen)

Memory

Leitfrage	Formuliert, was untersucht oder gezeigt werden soll
Prototyp	Frühe testbare Ausführung eines Produkts
Sensor	Erfasst eine physikalische oder chemische Größe
Messunsicherheit	Beschreibt die begrenzte Genauigkeit einer Messung
Plan B	Sichere Ersatzdarstellung bei Ausfall der Live-Demonstration
Anemometer	Messgerät für Windgeschwindigkeit

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Leitfrage	Worum geht es?
Sicherheitscheck	Sind die Bedingungen für den Versuch erfüllt?
Aufbau	Welche Bauteile sind entscheidend?
Messwert	Was wurde mit Einheit gemessen?
Auswertung	Was bedeutet das Ergebnis?

Kreuzworträtsel

Sensor	Welches Bauteil erfasst eine physikalische oder chemische Größe?
Prototyp	Wie heißt eine frühe testbare Ausführung eines Produkts?
Multimeter	Welches Messgerät kann elektrische Spannung messen?
Anemometer	Welches Messgerät bestimmt Windgeschwindigkeit?
Sicherheit	Welcher Aspekt muss vor einer praktischen Demonstration geklärt werden?
Hypothese	Wie heißt eine begründete Erwartung vor einem Experiment?

LearningApps

Lückentext

Eine gute NwT-Präsentation beginnt mit einer klaren

. Vor einer praktischen Vorführung muss die erforderliche

geklärt sein. Bei einem fairen Experiment wird möglichst nur eine

gezielt verändert. Ein Messwert wird zusammen mit seiner

angegeben. Ein früher funktionsfähiger Entwurf eines Produkts heißt

. Ein vereinfachtes Abbild eines realen Systems heißt

. Wenn die Live-Demonstration ausfällt, sorgt ein vorbereiteter

für eine sichere Ersatzdarstellung. Die Windgeschwindigkeit kann mit einem

bestimmt werden. Ein Sensor liefert ein auswertbares

. Am Ende werden die Messdaten fachlich

.

Offene Aufgaben

Leicht

Versuchsskizze: Zeichne für einen der vier Use-Cases eine übersichtliche Versuchsskizze und markiere Messgröße und Stoppsignal.
Sicherheitskarte: Gestalte eine einseitige Sicherheitskarte für Sensor, Brücke, Antrieb oder Windrad.
Sprechtraining: Nimm eine 60-sekündige Erklärung Deines Aufbaus auf und prüfe, ob Leitfrage, Messgröße, Einheit und Ergebnis vorkommen.
Plan B: Erstelle zu einem Live-Versuch eine Ersatzfolie mit Foto, Skizze und vorbereiteten Messwerten.

Standard

Sensorversuch: Plane eine sichere Messreihe mit einem freigegebenen Sensor, bei der genau eine Einflussgröße verändert wird.
Brückenmodell: Entwickle einen Belastungsplan mit Laststufen, Messpunkt und Abbruchkriterien.
Antriebstest: Erstelle für einen sicheren Kleinspannungsantrieb eine Präsentationssequenz aus Leitfrage, Aufbau, Messung, Diagramm und Schlussfolgerung.
Windradmessung: Plane einen fairen Vergleich von zwei Einstellungen eines Windrad-Prototyps.

Schwer

Messunsicherheit: Untersuche, welche Fehlerquellen die Messwerte beeinflussen, und entwickle Maßnahmen zur Verringerung der Unsicherheit.
Prototypenvergleich: Vergleiche zwei technische Lösungen nach Funktion, Messdaten, Sicherheit und Materialeinsatz.
Publikumsanalyse: Entwickle zwei Versionen derselben Demonstration für unterschiedliche Altersgruppen.
Technikpräsentation: Produziere einen Vortrag mit sicherer Live-Demonstration oder dokumentiertem Ersatzmedium, Datenvisualisierung und Optimierungsidee.

Lernkontrolle

Versuchsdesign: Erkläre, warum eine Windrad-Messreihe, bei der gleichzeitig Abstand und Ventilatorstufe verändert werden, keine eindeutige Ursache-Wirkungs-Aussage erlaubt, und verbessere den Plan.
Sicherheitsentscheidung: Bei einem Antrieb beginnt die Halterung zu vibrieren. Beschreibe Deine Entscheidung und erkläre, wie Du mit Plan B fortsetzt.
Modellkritik: Erkläre, warum die Tragfähigkeit eines Brückenmodells nicht direkt auf eine reale Brücke übertragen werden kann.
Dateninterpretation: Entwickle eine Vorgehensweise, mit der Du unterschiedliche Sensormesswerte auf Messunsicherheit oder veränderte Bedingungen prüfst.
Präsentationsentscheidung: Entscheide für einen schnellen Vorgang zwischen Live-Demonstration, Zeitlupenvideo, Fotofolge oder Diagramm und begründe Deine Wahl.

Lernnachweis

Du formulierst eine klare Leitfrage oder technische Zielsetzung.
Du erklärst Aufbau und Funktion verständlich.
Du benennst und beachtest die erforderlichen Sicherheitsbedingungen.
Du verwendest geeignete Messgrößen und Einheiten.
Du vergleichst Daten nachvollziehbar.
Du deutest Ergebnisse in Bezug auf Deine Leitfrage.
Du unterscheidest Beobachtung, Messwert und Interpretation.
Du nennst Grenzen des Modells, der Messung oder des Prototyps.
Du entwickelst mindestens eine begründete Verbesserung.
Du bereitest einen sicheren Plan B vor.

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