Diesen aiMOOC als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, E-Niveau

NWT9 - Prototyp testen und optimieren

NWT9 - Prototyp testen und optimieren

Einleitung

Ein Prototyp ist eine vorläufige Ausführung eines Produkts, an der sich Funktionen, Abmessungen, Bedienung, Stabilität oder andere Eigenschaften prüfen lassen. In dieser Lerneinheit arbeitest Du wie in einem technischen Entwicklungsprozess: Du nimmst vor dem Test festgelegte Kriterien ernst, planst geeignete Prüfungen, erhebst Testdaten, identifizierst Schwachstellen und leitest daraus konkrete Verbesserungen ab. Anschließend veränderst Du den Prototyp gezielt und prüfst erneut. Dieser wiederholte Zyklus aus Testen – Auswerten – Verbessern – erneut Testen heißt Iteration.

Ein technischer Prototyp mit Steckbrett und elektronischen Bauteilen

Ein Test ist nur dann aussagekräftig, wenn vorher klar ist, was geprüft wird, wie geprüft wird und wann ein Kriterium als erfüllt gilt. Die Aussage „Der Halter soll stabil sein“ ist noch zu ungenau. Prüffähig wird sie zum Beispiel als: „Der Halter darf bei einem Neigungswinkel von 10° mit eingesetztem Smartphone nicht kippen.“ So werden aus Wünschen überprüfbare Anforderungen.

Für Klasse 9 lässt sich die Arbeit auf drei Niveaus differenzieren. Auf dem G-Niveau beschreibst Du Funktion und Eigenschaften eines Produkts und vergleichst einfache Soll- und Istwerte. Auf dem M-Niveau bewertest Du Funktion und Eigenschaften anhand von Kriterien und Messdaten. Auf dem E-Niveau bewertest Du zusätzlich Zielkonflikte, entwickelst begründete Optimierungsansätze und planst einen aussagekräftigen Retest. Diese Staffelung orientiert sich am Bildungsplan Baden-Württemberg für NwT in Klassen 8/9 im Bereich Produktentwicklung.

Lernziele

Nach dem aiMOOC kannst Du einen Prototyp nicht nur „ausprobieren“, sondern systematisch untersuchen. Du kannst zwischen Beobachtung und Messung unterscheiden, geeignete Messmittel auswählen, Testdaten dokumentieren und aus Abweichungen nachvollziehbare Verbesserungen entwickeln.

Kriterien festlegen: Du formulierst prüfbare Kriterien mit Sollwert, Toleranz und Testmethode.
Tests planen: Du hältst Bedingungen möglichst konstant und führst bei schwankenden Messgrößen Wiederholungen durch.
Testdaten auswerten: Du vergleichst Soll- und Istwerte und erkennst deutliche Abweichungen.
Schwachstellen analysieren: Du trennst Symptom, mögliche Ursache und nachprüfbare Ursache.
Verbesserungen entwickeln: Du leitest konkrete Änderungen aus Daten und Beobachtungen ab und begründest sie.
Ergebnisse dokumentieren: Du hältst Versionen, Fotos, Messwerte, Entscheidungen und Retests nachvollziehbar fest.

Kriterien vor dem Test festlegen

Ein Kriterium beschreibt ein Merkmal, an dem Du die Qualität des Prototyps beurteilst. Gute Kriterien beziehen sich auf die Funktion des Produkts und auf die Anforderungen der Nutzenden. Je nach Produkt können zum Beispiel Stabilität, Maßhaltigkeit, Sicherheit, Bedienbarkeit, Masse, Energiebedarf, Herstellungszeit oder Materialeinsatz wichtig sein.

Ein Kriterium wird besonders brauchbar, wenn vier Punkte zusammenkommen: eine eindeutig benannte Prüfgröße, ein Sollwert oder klarer Sollzustand, ein Prüfverfahren und eine Entscheidungsschwelle. Die Entscheidungsschwelle verhindert, dass das Team nach dem Test die Regeln nachträglich so verändert, dass das Ergebnis besser aussieht.

Vom Wunsch zur messbaren Anforderung

Unklare Aussage	Prüffähige Formulierung	Geeignete Testmethode
„Der Halter soll stabil sein.“	Der Prototyp kippt mit eingesetztem Testgerät bis einschließlich 10° Neigung nicht.	Neigungsbrett und Winkelmesser
„Die Nut soll passen.“	Die Nutbreite liegt zwischen 11,5 mm und 12,5 mm.	Messschieber
„Der Aufbau soll schnell gehen.“	Eine eingewiesene Testperson montiert das Produkt in höchstens 60 s.	Stoppuhr und festgelegte Start-/Endbedingung
„Das Produkt soll leicht sein.“	Die Gesamtmasse liegt bei höchstens 150 g.	Waage
„Die Bedienung soll angenehm sein.“	Mindestens vier von fünf Testpersonen bewerten die Bedienung mit „gut“ oder „sehr gut“ auf einem vorher festgelegten Kurzfragebogen.	Standardisierter Nutzertest

Ein Messgerät allein macht einen Test noch nicht gut. Du musst außerdem festlegen, wo gemessen wird, wann ein Messwert abgelesen wird und welche Einheit verwendet wird. Bei wiederholbaren Prüfungen sollten alle Gruppen dieselbe Prüfanweisung erhalten.

Kriterienraster für Deinen Prototyp

Übertrage dieses Raster vor dem ersten Test in Dein Heft, eine Tabelle oder Dein Projektdokument. Ergänze nur Kriterien, die für die Funktion und Nutzung Deines Produkts tatsächlich wichtig sind.

Kriterium	Sollwert oder Sollzustand	Toleranz	Testmethode	Messmittel / Beobachtung
Funktion	Hauptfunktion wird vollständig ausgeführt	keine	definierter Funktionstest	Beobachtung / Messgröße
Stabilität	produktspezifisch festlegen	vorher festlegen	Belastungs- oder Kipptest	Gewicht / Winkelmesser / Federwaage
Maßhaltigkeit	Zielmaß festlegen	z. B. ± 0,5 mm	Maßprüfung	Messschieber / Lineal
Sicherheit	keine scharfen Kanten oder ungesicherten Gefahrenstellen	keine	Sicht- und Tastprüfung nach Sicherheitsvorgabe	Prüfliste
Bedienbarkeit	vorher definierter Zielwert	vorher festlegen	Nutzertest	Fragebogen / Beobachtung
Ressourcen	Material- oder Massenlimit festlegen	vorher festlegen	Wiegen / Materialbilanz	Waage / Materialliste

Testplanung

Ein guter Test beantwortet eine konkrete Frage. Statt „Wir testen den Prototyp“ formulierst Du zum Beispiel: „Erfüllt Version P1 das Kriterium Kippsicherheit?“ oder „Wie stark verändert sich die Montagezeit nach der Änderung der Steckverbindung?“

Fair testen

Für einen Vergleich zwischen zwei Versionen müssen die Prüfbedingungen möglichst gleich sein. Verändere beim Retest nach Möglichkeit nur den Faktor, dessen Wirkung Du untersuchen willst. Werden gleichzeitig Grundfläche, Material, Smartphone-Masse und Prüfwinkel verändert, kannst Du später kaum erkennen, welche Änderung den Unterschied verursacht hat.

Bedingungen konstant halten: Nutze möglichst denselben Aufbau, dasselbe Testobjekt, dieselbe Messstelle und dieselbe Prüfdauer.
Wiederholen: Führe Messungen mehrfach durch, wenn Streuungen möglich sind.
Messgenauigkeit beachten: Notiere nur so genau, wie das Messmittel sinnvoll ablesbar ist.
Rohdaten sichern: Bewahre Einzelmesswerte auf und notiere nicht nur einen gerundeten Mittelwert.
Sicherheit beachten: Plane Tests so, dass keine Person durch fallende, elektrische, heiße oder scharfkantige Teile gefährdet wird.

Präzisionsmessung an einem technischen Bauteil

Messmittel passend auswählen

Prüfgröße	Mögliches Messmittel	Typischer Fehler bei der Durchführung	Verbesserung
Länge / Breite	Messschieber	schräges Ansetzen	Messflächen parallel anlegen und Messstelle markieren
Zeit	Stoppuhr	unklare Start- und Endbedingung	Start und Ende vor dem Test eindeutig definieren
Masse	Waage	zusätzliche Teile werden einmal mit- und einmal ohnegewogen	immer dieselbe vollständige Produktversion wiegen
Winkel	Winkelmesser / Neigungsmesser	ruckartiges Kippen	Neigung langsam und gleichmäßig erhöhen
Elektrische Spannung	Multimeter	falscher Messbereich oder falsche Kontaktstelle	Messschaltung und Messbereich vorab prüfen

Messspitzen eines Multimeters an einem Steckbrett

Belastungstests und zerstörende Prüfungen

Manche Eigenschaften werden durch Belastung geprüft. Ein Bauteil kann zum Beispiel gedrückt, gezogen, gebogen oder wiederholt belastet werden. Im Unterricht müssen Belastungsgrenzen und Sicherheitsabstände vorher festgelegt werden. Zerstörende Tests sind nur dann sinnvoll, wenn sie für die Fragestellung erforderlich und von der Lehrkraft freigegeben sind.

Universalprüfmaschine für mechanische Material- und Produktprüfungen

Ein professionelles Prüfgerät ist nicht nötig, um technisch sauber zu arbeiten. Entscheidend sind eine klare Prüffrage, nachvollziehbare Bedingungen, geeignete Messmittel und eine vollständige Dokumentation.

Beispielprojekt: Smartphonehalter P1

Die folgenden Daten sind fiktive Unterrichtsdaten. Sie zeigen, wie Du mit einem Kriterienraster arbeitest. Das Team hat vor dem Test fünf Kriterien festgelegt. Anschließend wird die erste Version P1 drei Mal geprüft, soweit eine Wiederholungsmessung sinnvoll ist.

Festgelegte Kriterien

Kriterium	Soll	Prüfverfahren
Kippsicherheit	kritischer Kippwinkel mindestens 10°	Neigung langsam erhöhen, bis der Halter kippt
Nutbreite	11,5 mm bis 12,5 mm	an drei markierten Stellen mit Messschieber messen
Montagezeit	höchstens 60 s	gleiche Montageanleitung und gleiche Start-/Endbedingung
Gesamtmasse	höchstens 150 g	vollständigen Halter wiegen
Bedienbarkeit	mindestens 4 von 5 Punkten im Median einer Kurzbewertung	fünf Testpersonen nutzen dieselbe Aufgabe

Testdaten P1

Kriterium	Messung 1	Messung 2	Messung 3	Zusammenfassung	Kriterium erfüllt?
Kippwinkel	6,5°	7,0°	6,8°	Mittelwert ca. 6,8°	Nein
Nutbreite	10,7 mm	10,8 mm	10,7 mm	Mittelwert ca. 10,7 mm	Nein
Montagezeit	74 s	71 s	72 s	Mittelwert ca. 72 s	Nein
Gesamtmasse	132 g	132 g	132 g	132 g	Ja
Bedienbarkeit	2 Punkte	3 Punkte	2 Punkte	Median 2 Punkte	Nein

Die Tabelle zeigt nicht nur, dass etwas nicht funktioniert, sondern wie groß die Abweichung ist. Der mittlere Kippwinkel liegt deutlich unter dem Soll von 10°. Die Nutbreite liegt unter dem zulässigen Bereich. Die Montagezeit ist länger als erlaubt. Die Masse erfüllt dagegen das Kriterium. Aus dieser Unterscheidung entsteht eine sachliche Prioritätenliste.

G/M/E-Auswertung am Beispiel

Niveau	Auftrag	Erwartete Leistung
G	Beschreibe für jedes Kriterium, ob P1 das Soll erreicht.	Du nennst Soll- und Istzustand und markierst erfüllt / nicht erfüllt.
M	Bewerte P1 anhand der Daten und ordne die Schwachstellen nach ihrer Bedeutung für die Hauptfunktion.	Du beziehst Dich auf Messwerte, Kriterien und die Nutzung des Produkts.
E	Entwickle mindestens zwei konkurrierende Optimierungsansätze für die wichtigste Schwachstelle und begründe, welchen Du zuerst testest.	Du berücksichtigst Daten, Ursache, Aufwand, mögliche Nebenwirkungen und einen geplanten Retest.

Schwachstellen systematisch analysieren

Eine Schwachstelle ist ein Bereich, in dem ein vorher festgelegtes Kriterium nicht erreicht wird oder bei dem im Test ein relevantes Problem sichtbar wird. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Symptom und Ursache. „Der Halter kippt bei 6,8°“ ist zunächst ein beobachtetes Ergebnis. Mögliche Ursachen wären eine zu kleine Grundfläche, ein zu hoher Schwerpunkt, ein rutschiger Untergrund oder eine ungünstige Position des Smartphones. Erst weitere Beobachtungen oder gezielte Tests zeigen, welche Ursache tatsächlich entscheidend ist.

Ursachenfelder

Bei technischen Fehlern lohnt es sich, verschiedene Ursachenfelder zu prüfen: Konstruktion, Material, Fertigung, Montage, Messmethode, Nutzung und Umgebung. Dadurch vermeidest Du, vorschnell nur das Bauteil zu verändern, obwohl der Fehler vielleicht aus einer ungenauen Fertigung oder einem ungeeigneten Prüfverfahren stammt.

Fünfmal-Warum als Denkwerkzeug

Beispiel: Die Nut ist zu schmal. Warum? Weil die gedruckte Nut kleiner als im CAD-Modell ausfällt. Warum? Weil Fertigungstoleranzen beim 3D-Druck nicht berücksichtigt wurden. Warum? Weil das Nennmaß ohne Probedruck übernommen wurde. Daraus entsteht eine prüfbare Verbesserung: Das CAD-Maß wird kontrolliert vergrößert, anschließend wird ein kurzer Probedruck vermessen. Die Methode soll keine künstlichen fünf Antworten erzwingen; wichtig ist, vom sichtbaren Symptom zu einer überprüfbaren Ursache zu gelangen.

Interaktive Fehleranalyse 1: Ursache oder Symptom?

Ordne die passende Kategorie zu.	Aussage
Symptom	Der Prototyp kippt bereits bei etwa 7°.
Mögliche Ursache	Die Grundfläche ist im Verhältnis zur Höhe zu klein.
Symptom	Die Montage dauert im Mittel rund 72 s.
Mögliche Ursache	Zwei Verbindungsteile müssen mehrfach nachjustiert werden.
Prüfbare Ursache	Nach Vergrößerung der Grundfläche steigt der Kippwinkel bei sonst gleichen Bedingungen deutlich.

Interaktive Fehleranalyse 2: Daten richtig deuten

Ordne die passende Schlussfolgerung zu.	Beobachtung
Kriterium sicher verfehlt	Alle drei Kippwinkel liegen deutlich unter 10°.
Messung wiederholen	Ein Einzelwert weicht stark von zwei fast gleichen Messwerten ab.
Testmethode prüfen	Verschiedene Gruppen verwenden unterschiedliche Startpunkte bei der Zeitmessung.
Ursache noch offen	Das Produkt erfüllt ein Kriterium nicht, aber es wurden noch keine Ursachen getestet.
Verbesserung bestätigt	Eine gezielte Änderung verbessert denselben Messwert in einem fairen Retest reproduzierbar.

Verbesserungen entwickeln und begründen

Eine gute Verbesserung ist konkret. „Stabiler bauen“ ist zu allgemein. „Grundfläche um 20 mm verbreitern und den Auflagepunkt des Smartphones um 15 mm absenken“ beschreibt dagegen eine umsetzbare Änderung. Die Begründung verbindet drei Ebenen: Testbefund, vermutete beziehungsweise geprüfte Ursache und erwartete Wirkung.

Verbesserungsmatrix für P1

Schwachstelle	Datenbefund	Vermutete / geprüfte Ursache	Konkrete Änderung	Erwartete Wirkung	Retest
Kippsicherheit	ca. 6,8° statt mindestens 10°	Grundfläche zu klein und Schwerpunkt relativ hoch	Grundfläche verbreitern und Smartphoneauflage tiefer setzen	höherer Kippwinkel	gleicher Neigungstest mit gleichem Testgerät
Nutbreite	ca. 10,7 mm statt 11,5–12,5 mm	Fertigungstoleranz nicht berücksichtigt	CAD-Nut gezielt vergrößern und Probedruck messen	Passung innerhalb der Toleranz	drei Messstellen mit demselben Messschieber
Montagezeit	ca. 72 s statt höchstens 60 s	fummelige Verbindung und Nachjustieren	Verbindung vereinfachen und eindeutige Lageführung ergänzen	kürzere Montagezeit	drei Durchgänge mit gleicher Anleitung
Bedienbarkeit	Median 2 von 5 Punkten	scharfe Übergänge und ungünstige Kabelöffnung	Kanten abrunden und Kabelkanal versetzen	bessere Handhabung	identische Nutzungsaufgabe mit neuem Prototyp

Zielkonflikte erkennen

Optimieren heißt nicht automatisch, jede Eigenschaft maximal zu verbessern. Eine größere Grundfläche kann die Kippsicherheit erhöhen, aber Materialverbrauch und Masse vergrößern. Eine sehr enge Steckverbindung kann stabil sein, aber die Montage erschweren. Auf dem E-Niveau wägest Du solche Zielkonflikte anhand der zuvor festgelegten Prioritäten ab.

Eine einfache Gewichtung kann helfen: Hauptfunktion und Sicherheit erhalten zum Beispiel eine höhere Bedeutung als eine rein optische Eigenschaft. Die Gewichtung muss vor der abschließenden Bewertung festgelegt und begründet werden, sonst besteht die Gefahr, das Raster nachträglich an ein gewünschtes Ergebnis anzupassen.

Iteration: P1 wird P2

Für Version P2 verändert das Team gezielt die wichtigsten Schwachstellen. Danach wird nicht nur geprüft, ob P2 „besser aussieht“, sondern ob die relevanten Messwerte unter vergleichbaren Bedingungen besser werden. Ein erfolgreicher Retest liefert Evidenz dafür, dass die Änderung wirkt. Ein negativer Retest ist ebenfalls nützlich: Er zeigt, dass die vermutete Ursache möglicherweise nicht entscheidend war oder die Verbesserung neue Probleme erzeugt hat.

Unterschiedliche Prototypen erfordern unterschiedliche Tests

Nicht jeder Prototyp ist mechanisch. Bei elektronischen Prototypen können Spannung, Stromstärke, Sensorwerte, Reaktionszeit oder Zuverlässigkeit wichtig sein. Bei Konstruktionen können Last, Durchbiegung, Kippwinkel oder Masse im Mittelpunkt stehen. Bei einem Bedienkonzept ist dagegen ein Nutzertest entscheidend.

Arduino mit Steckbrett als elektronischer Prototyp

Elektronischer Prototyp

Bei einer Sensorschaltung könntest Du prüfen, ob der Sensor im festgelegten Messbereich ausreichend zuverlässig reagiert. Eine Schwachstelle kann dabei im Code, in der Verdrahtung, in der Stromversorgung, in der Sensorposition oder im Testaufbau liegen. Deshalb dokumentierst Du bei jeder Messreihe auch die Version des Programms und den Schaltungszustand.

Mechanischer Prototyp

Bei einem Bauteil oder einer kleinen Konstruktion sind oft Maßhaltigkeit, Steifigkeit und Belastbarkeit wichtig. Auf dem E-Niveau kannst Du eine Messkurve interpretieren und überlegen, ob eine Veränderung am Querschnitt, am Material oder an der Geometrie sinnvoller ist.

Aerodynamischer Prototyp

Modelle in Windkanälen zeigen, warum Prototypen häufig nur bestimmte Eigenschaften des späteren Produkts abbilden. Ein verkleinertes Modell kann genutzt werden, um Strömungseinflüsse zu untersuchen, bevor ein vollständiges Produkt gebaut wird.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Modellversuch in einem Windkanal

Dokumentation: Aus einem Test wird nachvollziehbare Entwicklung

Ohne Dokumentation ist später schwer zu erkennen, welche Änderung zu welchem Ergebnis geführt hat. Eine gute Dokumentation verbindet Version, Foto, Testbedingungen, Rohdaten, Bewertung, Änderung und Retest. Sie darf knapp sein, muss aber so vollständig sein, dass eine andere Gruppe den Gedankengang nachvollziehen kann.

Fotodokumentation

Fotografiere den Prototyp vor und nach wichtigen Änderungen aus möglichst vergleichbaren Perspektiven. Lege bei Maßproblemen einen Maßstab oder ein geeignetes Messmittel sichtbar an. Markiere die getestete Stelle und gib die Versionsnummer an. Fotos sollen den technischen Sachverhalt zeigen; vermeide unnötige personenbezogene Aufnahmen und beachte schulische Datenschutzregeln.

Testprotokoll-Vorlage

Datum	Version	Kriterium	Testbedingungen	Rohdaten	Bewertung	Änderung	Retest-Ergebnis
	P1
	P2

Änderungslog

Version	Schwachstelle	Änderung	Begründung	Erwartete Wirkung	Tatsächliche Wirkung
P1 → P2
P2 → P3

Ein Änderungslog verhindert, dass Verbesserungen nur aus dem Gedächtnis rekonstruiert werden. Besonders auf dem M- und E-Niveau ist die Begründung wichtig: Sie zeigt, dass Du nicht zufällig umbauen, sondern aus Daten lernen kannst.

G/M/E-Differenzierung

Die drei Niveaus unterscheiden sich nicht dadurch, dass einige Lernende „mehr basteln“. Sie unterscheiden sich vor allem in der Tiefe von Beschreibung, Bewertung, Begründung und Optimierung.

Bereich	G – grundlegendes Niveau	M – mittleres Niveau	E – erweitertes Niveau
Kriterien	vorgegebene Kriterien verstehen und einzelne Sollwerte ergänzen	Kriterien selbst passend formulieren und Testmethoden zuordnen	Kriterien priorisieren, Toleranzen begründen und Zielkonflikte berücksichtigen
Test	nach klarer Prüfanweisung messen und dokumentieren	Prüfplan erstellen und Wiederholungsmessungen sinnvoll einsetzen	Testqualität kritisch prüfen und Störgrößen kontrollieren
Auswertung	Soll und Ist vergleichen und Funktion / Eigenschaften beschreiben	Funktion und Eigenschaften anhand von Daten bewerten	Bewertung durch Gewichtung, Unsicherheit und konkurrierende Anforderungen vertiefen
Fehleranalyse	sichtbare Schwachstellen benennen	plausible Ursachen mit Beobachtungen begründen	Ursachenhypothesen durch gezielte Zusatztests prüfen
Optimierung	eine passende Verbesserung umsetzen	eine Verbesserung aus Daten begründet auswählen	mehrere Ansätze vergleichen, Zielkonflikte abwägen und Retest planen
Dokumentation	Tabelle und Fotos vollständig führen	Entscheidungen mit Messwerten belegen	Entwicklungsschritte, Alternativen und Grenzen der Aussagekraft reflektieren

Satzstarter zur Unterstützung

G	M	E
„Das Kriterium ... ist erfüllt / nicht erfüllt, weil ...“	„Im Vergleich zum Sollwert zeigt der Messwert ..., dass ...“	„Die Daten sprechen für ..., allerdings könnte ... als Störgröße wirken.“
„Eine Schwachstelle ist ...“	„Als Ursache vermuten wir ..., weil ...“	„Um die Ursache zu prüfen, verändern wir nur ... und halten ... konstant.“
„Wir verbessern ... durch ...“	„Wir wählen diese Verbesserung, weil ...“	„Ansatz A verbessert ..., verschlechtert aber möglicherweise ...; deshalb priorisieren wir ...“

Praxisauftrag: Prototyp prüfen, optimieren und belegen

Arbeite in einem Team mit einem vorhandenen oder selbst entwickelten Prototyp. Nutzt einen klaren Versionsnamen wie P1, P2 und P3. Die Aufgabe gilt nicht als abgeschlossen, wenn der Prototyp nur verändert wurde. Entscheidend ist, dass Ihr die Veränderung begründet und ihre Wirkung durch einen Retest belegt.

Kriterien sichern: Übernehmt die zuvor festgelegten Anforderungen und verändert sie nicht nachträglich ohne dokumentierte Begründung.
Prüfplan erstellen: Legt Testmethode, Messmittel, Wiederholungen, Testbedingungen und Sicherheitsregeln fest.
P1 testen: Erfasst Rohdaten und Beobachtungen.
Kriterien prüfen: Markiert erfüllt / nicht erfüllt und beschreibt die Größe wichtiger Abweichungen.
Schwachstellen analysieren: Formuliert mindestens eine prüfbare Ursache für die wichtigste Schwachstelle.
Verbesserung festlegen: Entwickelt eine konkrete Änderung und begründet ihre erwartete Wirkung.
P2 erneut testen: Wiederholt denselben Test möglichst unter denselben Bedingungen.
Entwicklung dokumentieren: Stellt P1 und P2 mit Fotos, Daten, Entscheidung und Reflexion gegenüber.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Warum müssen Kriterien vor dem Test festgelegt werden? (Damit klar ist, woran der Prototyp unabhängig vom Ergebnis bewertet wird) (!Damit nach dem Test nur erfolgreiche Kriterien ausgewählt werden können) (!Damit Messwerte nicht dokumentiert werden müssen) (!Damit jede Gruppe andere Regeln verwenden kann)

Welche Formulierung ist am besten prüfbar? (Der Prototyp darf bei 10 Grad Neigung nicht kippen) (!Der Prototyp soll ziemlich stabil sein) (!Der Prototyp soll hochwertig wirken) (!Der Prototyp soll möglichst gut sein)

Was ist ein Istwert? (Ein tatsächlich gemessener oder beobachteter Wert) (!Ein gewünschter Zielwert) (!Eine nachträglich erfundene Toleranz) (!Eine Vermutung ohne Test)

Warum sind Wiederholungsmessungen nützlich? (Sie zeigen, ob ein Ergebnis stabil ist oder streut) (!Sie garantieren automatisch ein richtiges Ergebnis) (!Sie machen einen Sollwert überflüssig) (!Sie ersetzen die Dokumentation der Testbedingungen)

Welche Aussage beschreibt zunächst ein Symptom? (Der Halter kippt bereits bei etwa sieben Grad) (!Die Grundfläche verursacht das Kippen sicher) (!Das Material ist eindeutig die Fehlerursache) (!Eine breitere Grundfläche wird das Problem garantiert lösen)

Was ist bei einem fairen Retest besonders wichtig? (Möglichst gleiche Testbedingungen wie beim ersten Test) (!Möglichst viele Bedingungen gleichzeitig verändern) (!Nur das beste Einzelergebnis notieren) (!Den Sollwert nach dem Ergebnis anpassen)

Was macht eine Verbesserung technisch gut begründbar? (Sie verbindet Testbefund, Ursache, Änderung und erwartete Wirkung) (!Sie sieht anders aus als die erste Version) (!Sie wird ohne Messdaten sofort umgesetzt) (!Sie verändert möglichst viele Bauteile gleichzeitig)

Was ist auf dem E-Niveau zusätzlich besonders wichtig? (Optimierungsansätze entwickeln und Zielkonflikte begründet abwägen) (!Nur Eigenschaften des Produkts aufzählen) (!Messwerte ohne Vergleich notieren) (!Den Prototyp ohne Retest neu lackieren)

Was gehört in ein gutes Änderungslog? (Version, Änderung, Begründung und Wirkung) (!Nur der Name der Gruppe) (!Nur das schönste Foto) (!Nur der endgültige Messwert ohne Vorgeschichte)

Wann ist eine Verbesserung durch Testdaten gut bestätigt? (Wenn ein fairer Retest unter vergleichbaren Bedingungen eine reproduzierbare Verbesserung zeigt) (!Wenn eine Person die neue Version schöner findet) (!Wenn der Prototyp nach dem Umbau schwerer ist) (!Wenn das Team keine Rohdaten mehr besitzt)

Memory

Sollwert	vorher festgelegter Zielwert
Istwert	tatsächlich ermitteltes Ergebnis
Toleranz	zulässiger Abweichungsbereich
Iteration	wiederholter Entwicklungszyklus
Kriterium	Merkmal für die Bewertung
Schwachstelle	Bereich mit nicht erfüllter Anforderung
Messreihe	Folge mehrerer Vergleichsmessungen
Retest	erneute Prüfung nach einer Veränderung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Prüfgröße
Messschieber	Nutbreite
Stoppuhr	Montagezeit
Winkelmesser	Kippwinkel
Waage	Gesamtmasse
Multimeter	elektrische Spannung
Fragebogen	wahrgenommene Bedienbarkeit

Kreuzworträtsel

Prototyp	Wie heißt eine vorläufige Ausführung eines Produkts zum Erproben?
Messwert	Wie heißt das Ergebnis einer einzelnen Messung?
Toleranz	Wie heißt der erlaubte Bereich um einen Sollwert?
Iteration	Wie heißt ein wiederholter Zyklus aus Testen und Verbessern?
Kriterium	Wie heißt ein festgelegtes Merkmal für die Bewertung?
Fehlerursache	Wie heißt der Grund, der hinter einer beobachteten Schwachstelle liegen kann?

LearningApps

Lückentext

Vor dem ersten Test wird für jedes wichtige Merkmal ein

festgelegt. Ein gewünschter Zielwert heißt

. Das tatsächlich gemessene Ergebnis wird als

bezeichnet. Ein zulässiger Abweichungsbereich heißt

. Mehrere Wiederholungsmessungen bilden eine

. Eine nicht erfüllte Anforderung weist auf eine mögliche

hin. Aus Daten und Ursachenanalyse wird eine konkrete

entwickelt. Die erneute Prüfung nach einer Änderung heißt

. Der wiederholte Zyklus aus Entwickeln, Testen und Verbessern wird

genannt.

Offene Aufgaben

Leicht

Kriterienraster: Wähle vier passende Kriterien für einen vorhandenen Klassenraum-Prototyp und formuliere zu jedem Kriterium einen eindeutigen Sollzustand.
Messprotokoll: Miss eine geeignete Größe an einem Prototyp dreimal, dokumentiere alle Rohdaten und vergleiche sie mit einem Sollwert.
Fotodokumentation: Erstelle eine sachliche Vorher-Nachher-Fotoreihe mit Versionsangaben und kurzen Bildunterschriften.
Fehlerbeschreibung: Beschreibe zwei sichtbare Schwachstellen, ohne sofort eine Ursache zu behaupten.

Standard

Prüfplan: Plane einen Test für Stabilität, Maßhaltigkeit oder Bedienbarkeit mit Testmethode, Messmittel, Wiederholungen und Sicherheitsregel.
Datenanalyse: Werte eine Messreihe aus, markiere erfüllte und nicht erfüllte Kriterien und priorisiere die wichtigste Schwachstelle.
Ursachenanalyse: Entwickle zu einer Schwachstelle drei mögliche Ursachen und plane einen Zusatztest, mit dem sich mindestens eine Ursache prüfen lässt.
Prototypoptimierung: Verändere genau ein wesentliches Konstruktionsmerkmal, begründe die Änderung und führe einen fairen Retest durch.

Schwer

Zielkonflikt: Entwickle zwei unterschiedliche Optimierungsansätze für dieselbe Schwachstelle und vergleiche sie hinsichtlich Funktion, Material, Aufwand und möglicher Nebenwirkungen.
Kriteriengewichtung: Entwirf eine begründete Gewichtungsmatrix, wende sie auf zwei Prototyp-Versionen an und diskutiere, wie die Gewichtung das Ergebnis beeinflusst.
Versuchsdesign: Plane eine kontrollierte Testreihe, mit der Du den Einfluss einer einzelnen Konstruktionsgröße auf einen Messwert untersuchst.
Technische Präsentation: Produziere ein kurzes Erklärvideo oder Poster, das P1, Testdaten, Fehlerursache, Änderung, P2 und Retest in einer nachvollziehbaren Argumentationskette zeigt.

Lernkontrolle

Transferaufgabe Kriterien: Ein Team schreibt als Kriterium „Der Prototyp soll robust sein“. Überarbeite diese Aussage zu einer prüfbaren Anforderung für ein selbst gewähltes Produkt und begründe Deine Testmethode.
Transferaufgabe Messdaten: Zwei Prototypen erreichen bei einem Belastungstest ähnliche Mittelwerte, aber einer zeigt sehr stark schwankende Einzelwerte. Erkläre, warum die Streuung für die Bewertung wichtig sein kann und welche weitere Prüfung Du planst.
Transferaufgabe Fehlerursache: Ein Halter rutscht auf einem Tisch. Entwickle mindestens drei unterschiedliche Ursachenhypothesen aus den Bereichen Konstruktion, Material und Testumgebung und entwirf zu jeder Hypothese einen kurzen Prüfschritt.
Transferaufgabe Optimierung: Eine größere Grundfläche verbessert die Kippsicherheit, erhöht aber Masse und Materialverbrauch. Entwickle eine Entscheidung, die mehrere Kriterien berücksichtigt, und begründe Deine Priorität.
Transferaufgabe Retest: Nach einer Verbesserung erzielt P2 bessere Werte als P1. Im zweiten Test wurde jedoch ein leichteres Smartphone verwendet. Beurteile die Aussagekraft des Ergebnisses und plane einen faireren Vergleich.
Transferaufgabe Dokumentation: Ein Team hat nur ein Endfoto und einen Endmesswert gespeichert. Erkläre, welche Informationen fehlen, damit die Entwicklung technisch nachvollziehbar wird, und entwirf eine bessere Dokumentationsstruktur.

Lernnachweis

Für den Lernnachweis soll sichtbar werden, dass Du einen technischen Entwicklungsprozess nachvollziehbar durchführen und reflektieren kannst.

Ein vollständiges Kriterienraster mit vorher festgelegten Sollwerten oder Sollzuständen.
Ein Prüfplan mit Testmethode, Messmitteln, Testbedingungen, Wiederholungen und Sicherheitsaspekten.
Rohdaten des ersten Tests sowie eine nachvollziehbare Auswertung.
Eine klar benannte Schwachstelle und eine begründete Ursachenhypothese.
Mindestens eine konkrete, technisch begründete Verbesserung.
Ein Retest unter möglichst vergleichbaren Bedingungen.
Eine Gegenüberstellung von P1 und P2 mit Messwerten und Bewertung.
Eine kurze Reflexion über Grenzen des Tests, mögliche Störgrößen und nächste Entwicklungsschritte.
Auf G-Niveau steht die vollständige Beschreibung im Vordergrund, auf M-Niveau die kriterienbezogene Bewertung und auf E-Niveau zusätzlich die Entwicklung und Abwägung von Optimierungsansätzen.

OERs zum Thema

Der Wikipedia-Artikel zum technischen Prototyp bietet einen allgemeinen Einstieg in Begriff, Zweck und Formen von Prototypen.

Vertiefung zur Produktentwicklung im NwT-Bildungsplan Baden-Württemberg: Bildungsplan NwT – Produktentwicklung

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