Lernaufgabe "Fahrraddynamo"
Werbung
Auszug 1 Projekt Fahrradelektrik und Lernaufgabe Fahraddynamo 1. Ziele und Vorbetrachtungen 2. Teilnehmer und Zeitrahmen 3. Durchführung 4. Technische Untersuchung an Dynamos und Erarbeitung einer Broschüre zur Präsentation der Ergebnisse 5. Auswertung Auszug 2 Aufgabenblatt Auszug 3 Materialien von Auszubildenden Projekt Fahrradelektrik und Lernaufgabe Fahraddynamo 1. Ziele und Vorbetrachtungen Mit dem Projekt Fahrradelektrik und einer Lernaufgabe Fahrraddynamo soll das Lerngebiet Grundlagen der Elektrotechnik in den ersten Wochen der Ausbildung eingeleitet werden, beginnend mit der ersten Unterrichtsstunde. Als Handlungs- und Meßobjekt stand hier das konkrete Fahrradmodell (vorerst nur provisorisch vorbereitet, mit einer Halterung für mehrere Dynamos und einem Standrahmen) im Mittelpunkt aller Aktivitäten und war für Untersuchungen/Messungen für die Schüler verfügbar. Neben den allgemeinen Zielen von Projekten und den Besonderheiten von Lernaufgaben sollte mit diesem Vorhaben an einem konkreten Beispiel (Fahrrad) ein möglichst hoher Identifikationsrahmen geschaffen werden und das beginnend mit der ersten Stunde. Damit sollte auch versucht werden, einer Erwartungshaltung der Schüler, die sich zunehmend in einer Konsumentenhaltung - sich zurücklehnen und berieseln lassen - ausdrückt, "von Anfang an" entgegenzuwirken. Dadurch war die Möglichkeit gegeben, die Selbständigkeit der Schüler (Schlüsselqualifikationen) zu schulen, die zur Durchführung von weiteren und umfangreicheren Projekten und Lernaufgaben notwendig ist. Den Schülern sollte die Möglichkeit zur Mitgestaltung von Unterrichtsprozessen gegeben werden, um ihnen einen besseren Einblick für bestimmte Unterrichtsinhalte und Unterrichtsabläufe zu geben. Es ist versucht worden fast alle Inhalte des Lerngebietes Grundlagen der Elektrotechnik vom Energiegehalt des Frühstücks über die eingesetzte und "verlorengegangene" Arbeit /Leistung bei der allmorgentlichen Radtour zur Schule (mit und ohne Licht) bis hin zum Elektron, das ebenfalls in Bewegung ist - am Beispiel Fahrrad zu behandeln. Es stand hier also weniger die Fachsystematik (vom Einfachen zum Komplexen, vom Elektron zum Dynamo) im Vordergrund, sondern vielmehr eine Prozeß- und Objektorientierung (erst der Gesamtzusammenhang und dann daraus einzelne Themenbereiche ableiten, vom Fahrrad und der Muskelkraft zum Lampenstrom). 2. Teilnehmer und Zeitrahmen Das Projekt und die Lernaufgabe wurden im ersten Ausbildungsjahr während der ersten 8 Wochen der Ausbildung mit der Klasse PLEL/EME/IEPR 96 (26 Schülern von vier Betrieben und den drei Berufsgruppen Prozeßleitelektroniker/-innen, Elektromaschinenbauer/-innen, Industrieelektroniker/-innen (Gerätetechnik) durchgeführt. Die Klasse ist als sehr heterogen mit völlig unterschiedlichen - insbesondere elektrotechnischen - Vorbildungen einzustufen. So gibt es zum einen Auszubildende mit einem Abschluß vom technischen Gymnasium und zum anderen Hauptschüler. Die entsprechenden Themenbereiche dieses Lerngebietes/Unterrichtsvorhabens wurden mit ca. 6 Unterrichtsstunden/Woche, 2 Lehrern (4 Std./Wo. + 2 Std./Wo., 1/2 Klasse Laborteilung) und 1 Lehrer (2 Std./Wo. 1/2 Klasse Laborteilung) behandelt. Nach der alten, klassischen Einteilung der Fächer wurden hier die "Zeugnisbereiche" Fachtheorie, Mathematik, Laborübungen und teilweise Fachzeichnen / Schaltungslehre abgedeckt. 3. Durchführung In der ersten Unterrichtsstunde mußte gleich eine "problemhaltige Situation" auf den Tisch. Das Fahrrad mit dem entsprechenden Dynamos, schien dies zu erfüllen, denn auch außerhalb des Unterrichts sorgt die Frage nach dem "besten Dynamo" immer wieder für ausgiebige Diskussionen. So geschah es dann auch in der ersten Unterrichtsstunde. Ich fuhr mit meinem 2 privaten Fahrrad in den Unterrichtsraum, beschrieb kurz die Funktion Dynamo - Lampe mit den entsprechenden Bezügen zum Elektrotechnikunterricht, und ich stellte die Behauptung auf, daß mein Dynamo (GS 2000) der beste Dynamo ist den es gibt. Diese Behauptung wurde dann von den Schülern durch die einsetzende Diskussion gleich in Frage gestellt (.."der ist schon viel zu alt, neuere Modelle bringen da wesentlich mehr Licht".., ... und andere Äußerungen). Nach diesem Diskussionsprozeß stellten wir gemeinsam erste Überlegungen an, welche Untersuchungen durchgeführt werden müßten, um unterschiedliche Dynamos bezüglich ihrer Leistung zu beurteilen. Um in der nächsten Unterrichtsstunden (Unterrichtstag) eine gemeinsame Grundlage für alle zu schaffen, wurde für die Schüler ein Informations- und Arbeitsblatt entwickelt, in dem sich einige Elemente der Diskussion widerspiegelten, um daraus eine konkrete Lernaufgabe zu formulieren, die die Schüler mit entwickelt hatten. 4. Technische Untersuchung an Dynamos und Erarbeitung einer Broschüre zur Präsentation der Ergebnisse Dieser komplexe Arbeitsauftrag stellte in der ersten Woche, für fast alle Schüler - natürlich eine Überforderung dar. Gemeinsam mit den Schülern wurde ein Plan entwickelt und das weitere Vorgehen besprochen, um eine fachliche Grundlage zu schaffen, die eine Bearbeitung dieser Lernaufgabe ermöglicht. In den nächsten Wochen sind dann die Grundlagen der Elektrotechnik Beispiel Fahrrad erarbeitet worden (Dazu wurden einige Arbeitsblätter entwickelt). Das Fahrrad stand auch für kurzfristige angesetzte Messungen, bis auf wenige Ausnahmen (verbogener Rahmen durch zu viel Muskelkraft, Metall- und Schweißarbeiten für einen kontinuierlichen Antrieb mit dem Motor einer Bohrmaschine) immer zur Verfügung. Nach den ersten Messungen und "Tretversuchen" wurde von den Schülern der Wunsch geäußert, das Meßobjekt Fahrrad mit Dynamo zu verbessern (- "... die Geschwindigkeit muß über einen Tacho abgelesen werden..., ...das mit dem Treten ist viel zu ungenau, da muß ein Motor zum Antrieb angeschlossen werden...-). In Kooperation mit einem der drei Ausbildungsbetriebe (Stahlwerke Bremen) wurde das Fahrrad dann in dem gerade durchgeführten betrieblichen Metall-Lehrgang von den Schülern entsprechend umgebaut. So konnten in diesem Zusammenhang am gleichen Lernobjekt Fahrrad unterschiedliche Inhalte (Metall/Elektrotechnik) behandelt werden. Nach dem die Inhalte, die zur Durchführung des Projektes notwendig waren behandelt wurden konnte die Lernaufgabe abgeschlossen werden. Der Zeitrahmen für die abschließenden Messungen und die Entwicklung bzw. Ausgestaltung einer Ergebnisbroschüre wurde nach Absprache mit den Schülern und den Betrieben auf zwei Schultage und 1/2 bzw. 1 betrieblichen Tag festgelegt. 5. Auswertung Diese Lernaufgabe - am Anfang der Ausbildung - ist zum einen durchgeführt worden, damit sich die Auszubildenden mit den besonderen Lern- und Arbeitsformen bei der Bearbeitung von Projekten und Lernaufgaben auseinandersetzten konnten. “Zusammenarbeit und das Lösen von 1 komplexen Aufgaben muß gelernt werden ... .” Zum anderen wurden die Inhalte der Grundlagen der Elektrotechnik weniger fachsystematisch sondern eher projekt- und prozeßorientiert behandelt, um den Gesamtzusammenhang nicht zu verlieren und die Komplexität auch dieser “einfachen” Grundlagen aufzuzeigen. 1 1. Zwischenbericht über den Modellversuch KONSIL, Lernaufgaben, S.115, Kap. 4.3.2.4 3 Die allgemeinen Erkenntnisse und Ergebnisse von Lernaufgaben, als auch die Wichtigkeit und die Bedeutung zur Durchführung von Lernaufgaben, sollen hier nicht näher beschrieben werden, da dies mit anderen durchgeführten Lernaufgaben bereits erfolgte. Die Besonderheiten dieser Lernaufgabe -insbesondere am Anfang der Ausbildung - sollen hier aber kurz dargestellt werden ♦ Wie unter 2. beschrieben stellten sich die elektrotechnischen Vorkenntnisse der Auszubildenden als sehr heterogen dar. Durch die Lernaufgabe wurde es aber möglich, insbesondere in den ersten Wochen der Ausbildung, die sehr guten ElektrotechnikKenntnisse einiger Auszubildender zu nutzen, um sie in den Gesamt- Lernprozeß aller unterstützend einfließen zu lassen. Durch die Partner und Gruppenarbeiten wurde den Auszubildenden deutlich, daß die “guten Vorkenntnisse”, also die individuellen Leistungen einzelner, auch wichtig sind um sie in die Gruppenarbeit zu integrieren. ♦ Die Praxisanteile der Grundlagenausbildung werden “normalerweise” im Labor mit entsprechender Ausstattung durchgeführt. Die Vorteile des konkreten Meßobjektes Fahrrad gegenüber der Laborausstattung (Steckplatte, Brücken, Lampen, Widerstände und Strom/Spannungsmesser) wurden bei der Durchführung von Versuchen sehr deutlich. Den einfachen Stromkreis (Batterie Steckbrücken Meßgeräte Lampe) auf dem Steckbrett aufzubauen und meßtechnisch zu untersuchen stellte für die meisten Auszubildenden keine große Schwierigkeit dar. Als die gleichen Messungen aber am Fahrrad selbst durchgeführt werden sollten, stellte sich heraus, daß viele Gruppen mit dieser Problemstellung überfordert waren, unter anderem auch die Schüler mit sehr guten theoretischen Vorkenntnissen. Die “übersichtliche Welt” der Steckplatine, auf der sich die Schaltung so stecken läßt wie der Schaltplan an der Tafel, wurde hier verlassen, um praxisnahe Messungen durchzuführen. ♦ Die abschließenden Messungen, die zur Beurteilung der Dynamos und zur Erstellung der Broschüre notwendig waren, wurden von den einzelnen Gruppen mit unterschiedlichen Schwerpunkten durchgeführt. Einige Gruppen beschränkten sich auf Strom- und Spannungsmessungen zur Ermittlung der Leistungsdaten bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. In anderen Gruppen waren die Messungen aber wesentlich umfangreicher. Über die obigen Messungen hinausgehend wurden beispielsweise der Rollwiderstand der unterschiedlichen Dynamos untersucht, darüber hinaus wurden die Leistungsdaten der Dynamos nicht nur mit der installierten Lampe sonder auch mit Halogenlampen wesentlich höherer Leistung oder mit Ersatzwiderständen ermittelt, um so die optimalen Daten der Dynamos zu erfassen. Einige Gruppen haben auch die mechanische Betriebstauglichkeit (z.B. Metallrolle oder Gummirolle Fahren bei Nässe oder Schnee und andere) untersucht. Für die abschließende Gesamtbeurteilung der Dynamos wurde auch der Preis berücksichtigt. ♦ Aus den obengenannten Erkenntnissen haben die Gruppen eine Broschüre entwickelt die von allen (ohne das dies gefordert war) mit einem PC (privat oder im Betrieb) ausgearbeitet wurde. Die fachlichen Inhalte sind teilweise sehr ausführlich und auf hohem Niveau ausgearbeitet worden. Bei der Gestaltung der Broschüren wurde mit professionellen Textverarbeitungs- und Grafikprogrammen, mit Tabellenkalkulationsprogrammen und eingescannten Bildern und anderen “Raffinessen” gearbeitet, so daß außergewöhnlich “gute” Broschüren (und das in den ersten Wochen der Ausbildung) entstanden sind. Projekt: FAHRRADELEKTRIK BfE Seite: Lerngebiet: Einführung in die Elektrotechnik –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– "Der AXA HX ist der beste Dynamo den es gibt". Andere behaupten: "Der Nordlicht 2000 von Phoebus ist absolute Spitzenklasse, insbesondere wegen der enormen Vorteile der Gummirolle". Ein anderer Radfahrer wiederum ist fest davon überzeugt, daß der Rollendynamo 8601 von UNION allen anderen Dynamos - insbesondere beim Betrieb von Halogenlampen - weit überlegen ist. Ich selbst habe den alten Speichendynamo GS 2000 von meinem vorherigen Fahrrad übernommen und behaupte, daß dieser Dynamo bzgl. der mechanischen als auch der elektrischen Eigenschaften das Optimum darstellt. Für welchen Dynamo würdet Ihr Euch entscheiden? Als Fachkräfte eines elektrotechnischen Berufes solltet ihr in der Lage sein, die obigen Aussagen zu werten. Einige Fragen: Welche Dynamos? Wie läßt sich das realisieren? Was wird dafür benötigt? Wer hat dazu schon? Warum diese Lampen? Gibt es andere Lampen? Welche Geschwindigkeit? und und und ? ? ? ? Wird das bewertet? Wer hilft mir? Was wird erwartet? Warum, "WiSo", Weshalb, und überhaupt? ? Diese und eine Vielzahl anderer Fragen können auftreten und müssen evtl. beantwortet werden Aufgabe: Für welchen Dynamo würdet Ihr Euch entscheiden? Anhand von technischen Untersuchungen und elektrischen Messungen sollen die unterschiedlichen Leistungsmerkmale verschiedener Dynamos bewertet und in einer Broschüre dargestellt werden. Um diese Aufgabe des Fahrradprojektes zu bearbeiten ist es sinnvoll, einen Arbeitsplan zu entwickeln. Eine der ersten allg. Überlegungen könnte z.B. darin bestehen, die Zielgruppe, den Inhalt, das Layout und den Umfang der Broschüre festzulegen. Die ersten technischen Überlegungen könnte z.B. darin bestehen, die wichtigsten mechanischen und elektrischen Komponenten zu beschreiben und den "Verlauf" des elektrischen Stromes vom Dynamo zur Lampe zu untersuchen, die Bauteile zu beschreiben und für diese Schaltung einen Schaltplan/Versuchsaufbau zu erstellen. Dies war aber auf Grund des fehlenden Meßbereichs von 20V AC nicht möglich. Somit begnügten wir uns mit einem für diese Messung wegen seines relativ geringen lnnenwiderstandes weniger geeigneten Analogvoltmeter Typ "Metrix" . Aus Gründen der Genauigkeit führen wir die Messungen parallel zum Dynamo vor dem Amperemeter und nicht parallel zum Verbraucher durch, da uns die Spannung am Dynamo und nicht die durch den Spannungsabfall an Zuleitungen und Amperemeter etwas geringere Spannung am Verbraucher interessiert. Aus dem Produkt von Strom und Spannung ermittelten wir die elektrische Leistung. Fahrraddynamos im Vergleich Auswertung der Meßergebnisse Axa 1-IR Der Axa HR bei einer niedrigen Geschwindigkeit schon eine relativ hohe Leistung. Seine optimale Leistung (3W/6V) erreicht er bei einer Geschwindigkeit von 20 Km/h. Er ist bestens geeignet für einen Geschwindigkeitsbereich von 15 Km/h - 25 Km/h. Er ist besonders älteren und kleineren Kindern zu empfehlen, da er leichtgängig ist und schon zwischen 5 Km/h und 10 Km/h eine recht gute Leistung entwickelt. Der einzige Nachteil ist sein sehr hoher Preis von ca. 38 DM. Mondial HD Der Mondial HD hat im Vergleich zu anderen Dynamos bei niedrigen Geschwindigkeiten eine sehr geringe Leistung. Die optimale Leistung (3W/6V) erreicht er bei einer Geschwindigkeit von etwa 25 Km/h. Für ältere Personen und kleine Kinder ist der Mondial HD nicht besonders gut geeignet, da er bei einer Geschwindigkeit von 10 Km/h gerade einmal die Hälfte seiner Leistung erreicht. Des weiteren ist der Dynamo sehr schwergängig. Sein geschätzter Preis ist dem entsprechend niedrig. Wir haben den Preis des Dynamos, der nicht mehr auf den Markt erhältlich ist, auf 7,50 DM geschätzt. Anlun ("Hüttendynamo") Der Dynamo erreicht bei niedrigen Geschwindigkeiten eine sehr hohe Leistung. Die optimale Leistung (3W/6V) erreicht er bereits bei ca. 13 Km/h. Bei hohen Geschwindigkeiten um 30 Km/h - 40 Km/h erreicht er für normale Fahrradglühlampen von 6V/2,4W eine zu hohe Spannung. Dies kann bei häufig hohen Geschwindigkeiten zu einer drastisch verringerten Lebensdauer der Glühlampe führen. Der Dynamo ist deshalb nicht besonders gut für Leistungssportler geeignet. Gut geeignet hingegen ist der Dynamo für ältere Personen und Kindern. Er erziehst bei 1 0 Km/h bereits eine durchschnittlich gute Leistung. Sein einziger Nachteil ist seine Schwergängigkeit. Das Preisleistungsverhältnis ist sehr gut da er ein sehr einfacher und preiswerter Dynamo ist. Sein Preis liegt bei ca. 10 DM. FER DDR- Ruhla Bei niedriger Geschwindigkeit hat der Dynamo eine durchschnittliche Leistung im Vergleich zu anderen Dynamos. Seine optimale Leistung (3W/6V) erreicht er bei ca. 20 Km/h. Er ist am besten geeignet für Geschwindigkeiten zwischen 15 Km/h - 20 Km/h. Hervorzuheben ist seine Leichtgängigkeit im Gegensatz zu den anderen Dynamos. Sein Preis ist für die Leistung, den anderen Dynamos gegenüber angemessen, sein Preis liegt bei ca. 9 DM. Fazit Der Hüttendynamo hat die besten elektrischen Werte. Er liefert die meiste Leistung. Deswegen und wegen seines günstigen Anschaffungspreises erklären wir in hiermit zum Testsieger. Allerdings sollte er bei Betrieb von Halogenlampen mit einem Überspannungsschutz ausgerüstet werden. Das Schlußlicht ist der Mondial EM Dynamo hier klaffen Preis und Leistung auseinander. Abschließend sei noch anzumerken, daß es den idealen Dynamo noch nicht gibt. Die Technik der Fahrradbeleuchtung ist immer noch unterentwickelt und störanfällig. Außerdem müßte es zu jeder Radgröße einen speziell angepaßten Dynamo geben, da mit verschiedenen Radgrößen unterschiedliche Geschwindigkeiten erreicht werden können. Am einfachsten ließe sich dieses durch verschieden große Andruckrollen bewerkstelligen.
