Stoffverteilungsplan 8
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Stoffverteilungsplan 9. Klasse für das Fach IT – hier: TZ/CAD (IT9.1 bis IT9.2) mit Projektbeispiel I. Abschnitt: IT – 9.1 Rotationskörper Zylinder -1- + Zusatzübung 1 Zylinder -2- + Zusatzübung 2 ca. 10 Std. Kegel -1- + Zusatzübung 3 Kegel -2- + Zusatzübung 4 Flanschplatte + Zusatzübung 5 Informatik: In Verbindung mit IT 9.3 erfolgt eine Einführung in die Daten- und Ablaufmodellierung. Dabei lernen die Schüler Phasen der Modellierung und die exemplarische Modellierung von Systemen kennen und erstellen ein funktionales Modell (ca. 9 Std). II. Abschnitt: IT – 9.2 Schnittdarstellungen Vollschnitt Halbschnitt ca. 8 Std. Teilschnitt Gabelkopfgelenk Informatik: In Verbindung mit IT 9.4 vertiefen die Schüler ihre Kenntnisse über Rechnernetze und gewinnen Sicherheit im Umgang mit verschiedenen Diensten. Sie erkennen Netzstrukturen und nutzen Rechnernetze für Teamarbeit (ca. 9 Std.). III. Abschnitt: IT – 9.5 Projektarbeit ca. 20 Std. Funktionsmodell: Kurbelschwinge Projektvorschlag: In Teamarbeit ein Funktionsmodell analysieren, konstruieren, visualisieren, fertigen und präsentieren. Verbindende Vorhaben in IT 9: CAD und Modellieren 1. Lehrplanbezug Wie bereits an anderer Stelle beschrieben, ist ein praxisorientierter IT-Unterricht nur dann für den Schüler sinnvoll nachvollziehbar, wenn Lehrplaninhalte so oft wie möglich verknüpft werden. Es ist daher notwendig, bereits bei der Verteilung des Jahresstoffes verbindende Vorhaben fest einzuplanen. Beispiel: IT 9.1 Rotationskörper (ca. 10 Std.) Bei der Beschäftigung mit bearbeiteten Rotationskörpern lernen die Schüler weitere Schnittfigurenkennen und sie mit Hilfe neuer Konstruktionsverfahren darzustellen. Sie begreifen, dass die Eignung dieser Verfahren auch von den einzusetzenden Arbeitsmitteln abhängt. Beim Skizzieren und besonders bei vielfältigen Konstruktionen erwerben die Schüler zunehmend Sicherheit in der räumlichen Vorstellung und im Umgang mit den Zeichengeräten. 3D-Darstellungen in CAD unterstützen die Anschaulichkeit und ermöglichen den Vergleich zwischen manuellen und rechnergestützten Verfahren. Zylinder - Zylinder horizontal und vertikal schneiden (z. B. Abflachung, Ausklinkung, Nut, Durchbruch) - Schrägschnitt: Ellipse mit Mantellinien und Hilfsschnitten konstruieren - Abwicklungen mit wahrer Größe der Deckfläche und Raumbilder anfertigen; Kurven mit Hilfe des Burmester-Kurvensatzes zeichnen - Kombination verschiedener Schnitte IT 9.3 Einführung in die Daten- und Ablaufmodellierung (ca. 9 Std.) Die Schüler lernen an einem Beispiel kennen, wie eine Aufgabenstellung für die automatische Datenverarbeitung analysiert und in eine geeignete Lösung umgesetzt wird. Modellierung bedeutet dabei die Abgrenzung eines für den jeweiligen Zweck relevanten Ausschnittes der Erfahrungswelt, die Herausarbeitung seiner wichtigen Merkmale sowie seine Beschreibung und Strukturierung mit Hilfe spezieller Techniken aus der Informatik. - Phasen der Modellierung (Analyse, Entwurf, Implementierung, Realisierung) - exemplarische Modellierung von Systemen (z. B. unter Verwendung von Tabellen, Algorithmen, Flussdiagrammen, Struktogrammen, Relationen) - Erstellen eines funktionalen Modells (z. B. Geldausgabeautomat, ggT nach Euklid); Komponenten und Datenflüsse; Umsetzung mit Hilfe eines Programmierwerkzeugs Seite 1 von 11 2. Aufgabenstellung Zylinderdrehteile kommen in der Praxis sehr häufig vor. Der Realitätsbezug kann anhand vielfältiger Beispiele hergestellt werden. Neben der manuellen und computergestützten Konstruktion von zylindrischen Körpern soll in der Jahrgangsstufe 9 in der Wahlpflichtfächergruppe I (IT – I) das Modellieren eine zentrale Rolle spielen. Anhand entsprechender Aufgaben soll klar werden, dass es verschiedene Arten von Modellen gibt, die zur Klärung komplexer Vorgänge nützlich sind. Im Mittelpunkt des Unterrichts stehen hier geometrische Körpermodelle und die Herausarbeitung und Strukturierung eines Datenmodells. Gegeben ist eine Zylinderdrehteil mit Zustellmaß und Ansatzlänge. Am virtuellen Modell soll der Drehvorgang simuliert wird, so dass dessen wesentliche Merkmale erkennbar sind. Die Phasen der Modellierung führen über Analyse, Entwurf, Implementierung und Realisierung zur Umsetzung mit einem geeigneten Programmierwerkzeug. Die Schülerinnen und Schüler erleben dabei den zunehmend an Bedeutung gewinnenden Einsatz von Simulationstechniken bei technischen Vorgängen. Das nachfolgend beschriebene Beispiel wurde mit dem CAD-Programm Solid Edge und dem Tabellenkalkulationssystem MS-Excel (einschließlich VBA) durchgeführt. 3. Unterrichtsbeispiel a) CAD-Modell und Rechenblatt Aus der Jahrgangsstufe 8 ist bereits die Möglichkeit bekannt, Formeln und Funktionen einer Tabellenkalkulation mit variablen Werten einer CAD-Anwendung zu verknüpfen. Dabei ergibt sich für das oben beschriebene Werkstück folgende Vorgehensweise: 1. Die Werte für Zylinder und Ansatz werden kopiert und als Verknüpfung in die Variablentabelle in der entsprechenden Zeile eingetragen. 2. Das jeweilige Volumen V des Zylinderdrehteils wird errechnet, indem das Volumen des Grundzylinders und das Volumen des Ansatzstücks addiert werden (Formel: V = r² * Π * h). 3. In der Formel für den SVERWEIS werden das Suchkriterium (A, B, C, D), die Matrix (Zellenbereich) und der Spaltenindex (von links: z. B. Spalte 2 für Durchmesser des Zylinders) angegeben. 4. Die Volumenberechnung erfolgt entsprechend Nr. 2. Um cm³ zu erhalten müssen die Kubikmillimeterwerte durch die Zahl 1000 geteilt werden. 5. Um die Masse m (in g) des Zylinderdrehteils für verschiedene Materialien zu errechnen, wird das jeweilige Volumen (in cm³) mit der entsprechenden Dichte des Festkörpers (in g/cm³) multipliziert (m = ρ * v) . Seite 2 von 11 Die Vorgehensweise wird von den Schülern auf einem Arbeitsblatt festgehalten: Steuerung eines Werkstücks über Excel (SVERWEIS) Name, Klasse, Datum 1. Erzeugen eines Zylinders mit Bohrung In Solid Edge Part wird ein Zylinder mit Bohrung erstellt und vollständig bemaßt. Diese Werte erscheinen in der Variablentabelle, die unter Extras aufzurufen ist. Unter Name werden die vorgegebenen Bezeichnungen durch Fachbegriffe ersetzt (z. B. Bohrung). 2. Tabelle in Excel erstellen In Excel wird eine Tabelle erstellt, die für vier Varianten (A,B,C,D) die Werte für Höhe, Durchmesser und Bohrung enthält. Dazu kommt eine Zelle für das Suchkriterium (links: „D“) und eine Tabelle zur Ausgabe der drei Werte für die jeweilige Variante. Die Bezeichnungen im Beispiel: - Suchkriterium (hier die Zelle mit „D“) - Matrix ist der Zellenbereich, in dem gesucht wird (hier von Zelle mit „A“ bis zur Zelle mit Bohrung „40“) - Spaltenindex (für Höhenwerte „2“, für Durchmesserwerte „3“ usw.) Seite 3 von 11 3. Die Funktion SVERWEIS In der Formel für SVERWEIS werden das Suchkriterium, die Matrix und der Spaltenindex angegeben. Die Einträge für den jeweiligen SVERWEIS: 1) 2) 3) 1) =SVERWEIS($F$11;$B$5:$E$8;2) 2) =SVERWEIS($F$11;$B$5:$E$8;3) 3) =SVERWEIS($F$11;$B$5:$E$8;4) 4. Verknüpfung einfügen Um die Exceltabelle mit der Solid Edge-Variablentabelle zu verbinden, müssen die Inhalte aus den Excelzellen kopiert und mit den entsprechenden Zeilen der Variablentabelle verknüpft werden (rechte Maustaste: Verknüpfung einfügen). Der Pfad wird automatisch eingefügt und bleibt erhalten. Daher ist es wichtig, beide Dateien ordnungsgemäß zu speichern und abzulegen. Durch die Eingabe einer Variante A, B, C oder D werden die entsprechenden Werte ausgelesen und an die Variablentabelle weitergegeben. So werden die Abmessungen des Werkstücks angepasst und sichtbar gemacht. Zusätzlich können in Excel weitere Berechnungen durchgeführt werden . So lässt sich für jede Variante z. B. das Volumen V oder die Masse m mit den entsprechenden Formeln errechnen. b) Beispiele für Modellieren und Simulieren Die Variablentabelle in Solid Edge enthält Parameter, die veränderbar sind und verknüpft werden können. Durch den Zugriff auf diese Werte lassen sich beliebige Veränderungen an Werkstücken durchführen und automatisieren. Ein geeignetes Werkzeug zur Erstellung von solchen Prozeduren (Makros) ist Visual Basic. Der Programmcode muss so definiert werden, dass ein Zugriff auf die Werte der Variablentabelle möglich ist. Die VB-Vollversion erlaubt das Erstellen von programmunabhängigen Makros (exe-Dateien). Die VBA-Applikationen der Office-Programme können dies nicht, ermöglichen aber in gleicher Weise das Erstellen des Programmcodes. Beispiele: 1. Beispiel: Seite 4 von 11 Die Höhe einer Nut wird über eine Variable gesteuert. 2. Beispiel: Der Abstand eines Zylinders in einem Bohrloch wird über einen variablen Wert gesteuert. 3. Beispiel: Die Abstände eines Rollrades können über variable Werte gesteuert werden. Seite 5 von 11 c) Einführung in das Modellieren Beispielaufgabe aus der Weiterbildungsmaßnahme für IT-Fachlehrer: 1. Analyse: 2. Entwurf: Seite 6 von 11 3. Implementierung: nach Michael Schmidt (IT-AK Oberfranken) Darstellungsmöglichkeiten des Programmablaufs 3.1. Das Struktogramm (Nassi-Shneiderman-Diagramm) Eingabe Abfrage Solange Abfrage = Ja Eingabe Wert 1, Wert 2 Wert 2 = ? Seite 7 von 11 1 2 Berechne 1 Variable 1 Berechne 2 Variable 2 3 Berechne 3 Variable 3 Sonst Ausgabe Wert 2 3.2. Der Programmablaufplan (PAP) DIN 66001 Programmablaufpläne sind grafische Darstellungen durch genormte Symbole. Die Programmstruktur lässt sich bildhaft als Ablauf darstellen. Hier zeigen die Pfeile die Richtung der Verarbeitung an. Die einzelnen Symbole haben unterschiedliche Bedeutung. Beginne Eingabe Endwert Verarbeitung Berechne Wert Wert <= Endwert? Ausgabe Wert Ende Wichtige Symbole für den PAP (DIN 66001) Programmanfang Programmende Prozess, Allgemeine Verarbeitung Bedingung abfragen Verzweigung nach Herbert Endres BS IV Augsburg (BSCW) Seite 8 von 11 d) Anwendung auf die Zylinderaufgabe Sub main() Dim objDoc As PartDocument Dim objvars As Variables Dim objvar As Variable Dim i As Integer Sub ist ein reserviertes Schlüsselwort im Prozedurkopf, main() ein Name Dim ist auch ein reserviertes Programmierwort Integer ist ein Datentyp (Art: Ganze Zahlen) exit Start On Error Resume Next Set objApp = GetObject(, "SolidEdge.Application") If Err <> 0 Then MsgBox "SE-Part nicht offen" Err = 0 Exit Sub End If Verbindung zu: Programm Solid Edge offen nein Verbindung zu: Aktives Part-Dokument Set objDoc = objApp.ActiveDocument If Err <> 0 Then MsgBox "Kein Part offen" Err = 0 Exit Sub End If Set objvars = objDoc.Variables offen nein Verbindung zu: Variable ´steuerung´ vorhanden nein Set objvar = objvars("steuerung") If Err <> 0 Then MsgBox "Steuerung nicht gefunden" Err = 0 Exit Sub End If For i = 0 To 100 objvar.Value = objvar.Value + 0.002 Next i End Sub Seite 9 von 11 Variable in Schritten von 0 bis 100 jeweils um den Wert 0,002 erhöhen Ausgabe: Werte in Variablentabelle Stop e) Makro als VBA-Prozedur Erstellen eines Makros als VBA-Prozedur für ein Solid Edge – Objekt 1. Ein 3D-Objekt in SE-Part erzeugen, parametrisieren und die Variablentabelle öffnen. Eine neue Variable mit dem Namen „steuerung“ definieren und mit der zu verändernden Variablen verknüpfen. 2. Office-Anwendung öffnen (hier: Excel > Visual Basic-Editor > Code anzeigen) Sub main() Prozedur von Sub bis EndSub „main“ ist der Name; () für Parameter Dim objApp As Object Dim objDoc As PartDocument Einführung einer Objekt-Variablen Dim objvars As Variables Achtung: Das Objekt muss als Verweis verfügbar Dim objvar As Variable gemacht werden (hier: Solid Edge Framework). Dim i As Integer Die Zählvariable „i“ wird als Ganzzahl definiert On Error Resume Next Fehlerbehandlung: (hier: weitermachen) Set objApp = GetObject(, "SolidEdge.Application") In der Variable „objApp“ wird ein Verweis zu Solid Edge erstellt. If Err <> 0 Then Mit einer IF-Abfrage wird geprüft, ob ein Fehler MsgBox "SE-Part nicht offen" auftritt. Die Variable ist dann nicht mehr 0 (MesErr = 0 sagebox „SE-Part nicht offen“). Das Programm Exit Sub wird abgebrochen und muss nach FehlerbeheEnd If bung neu gestartet werden (>). Set objDoc = objApp.ActiveDocument Die Verbindung zur aktiven Datei If Err <> 0 Then MsgBox "Kein Part offen" Err = 0 Exit Sub End If Wenn bei der Verbindung ein Fehler auftritt (IF-Abfrage) siehe oben Set objvars = objDoc.Variables Verbindung zu den selbst erstellten Objektvariablen (collection) in der SE-Variablentabelle Aus diesen Variablen die Variable „steuerung“ Set objvar = objvars("steuerung") If Err <> 0 Then MsgBox "Steuerung nicht gefunden" Err = 0 Exit Sub End If Wenn die Variable nicht gefunden wird (IF-Abfrage) siehe oben objvar.Value = 0 For“-Schleife“ Zählergesteuerte Wiederholungen i = Zähler (ohne Angabe mit Einerschritten sonst z. B. step - 2) (Solid Edge rechnet intern in Meter, daher muss der Millimeterwert dezimal angegeben werden) For i = 0 To 99 objvar.Value = objvar.Value + 0.0002 Next i End Sub Name, Klasse Datum Seite 10 von 11 f) Beispiele für Simulationsprogramme 1. Beispiel: CutViewer unter http://www.cutviewer.com 2. Beispiel: CNC-Simulator unter www.weeke.com Seite 11 von 11 Verbindende Vorhaben in IT 9: CAD und Rechnernetze 1. Lehrplanbezug Besonders die moderne Form der Teamarbeit verlangt vernetztes Denken und vernetztes Arbeiten. Schülerinnen und Schüler sollten frühzeitig Gelegenheit haben, mit entsprechenden Arbeitstechniken vertraut zu werden. Nicht nur die Inanspruchnahme von Netzdiensten ist dabei von Vorteil, gerade der gegenseitige Austausch von Datenmaterial kann Zeit und Kosten sparen und ist daher aus der modernen Arbeitswelt nicht mehr wegzudenken. Beispiel: Beispiele für Projekte aus IT 9.5 Simulation technischer Vorgänge: Anfertigung von Explosionszeichnungen sowie funktionsbzw. montagebezogener Zeichnungen mit Hilfe eines CAD-Systems - Zusammengesetzte Körper als Explosionszeichnung darstellen (Erkennen, Skizzieren, Konstruieren und Anordnen der Einzelteile mittels CAD) - Einfache Bewegungsabläufe mit Hilfe von CAD simulieren - Modellieren im Bereich der virtuellen Realität CNC-Fertigung - Betriebserkundung: CAD-Abteilung, CNC-Fertigung - Teamarbeit durch Nachstellen von Arbeitsabläufen aus der Industrie aufzeigen - Durch arbeitsteilige Aufgabenstellungen in einem Rechnernetz die rationelle Serienproduktion simulieren - Modellieren von CNC-Programmen IT 9.4 Rechnernetze (ca. 9 Std.) Die bereits erworbenen Kenntnisse über Rechnernetze werden aufgegriffen und vertieft. In praktischen Übungen gewinnen die Schüler Sicherheit im Gebrauch der verschiedenen Dienste. Weiteres Hintergrundwissen über Netzstrukturen ermöglicht den Schülern, ihre Vorstellung über Vorgänge in Netzwerken zu präzisieren und damit Rechnernetze bewusster und kritischer zu nutzen. - logische Struktur von Netzen (Stern, Ring, Bus; Mischformen) - vereinfachtes Schichtenmodell; Protokolle - Client/Server-Prinzip … Seite 1 von 7 2. Aufgabenstellung Schon bei den Vorüberlegungen zur Projektarbeit kann der arbeitsteilige Austausch von Daten eine Rolle spielen. Beim Zusammenbau von Teilen, die an verschiedenen Arbeitsplätzen entstanden sind, bei der Beschaffung von Material aus dem Internet und schließlich bei den Überlegungen zur Veröffentlichung der Ergebnisse stellen sich Fragen nach der Funktion von Netzwerken, die in diesem Zusammenhang geklärt werden können. Am Beispiel eines einfachen Funktionsmodells (Lehrenhalter) werden: 1. Möglichkeiten erörtert, welche Voraussetzungen gegeben sein müssen, damit 3D-Teile, die an verschiedenen Arbeitsplätzen konstruiert wurden, montiert werden können. 2. Bedingungen geprüft, um die Gruppenergebnisse im Intranet und im Internet zu veröffentlichen. 3. Unterrichtsbeispiel a) Konstruktion der Einzelteile und Montage in CAD Ein Schülerteam konstruiert arbeitsteilig die Einzelteile, speichert diese in einem lokalen Ordner ab und baut über eine Netzwerkverbindung das Modell zusammen. Eine andere Möglichkeit wäre das Abspeichern der Einzelteile in einem gemeinsamen Ordner auf dem Server-Computer, um sie von dort für den Zusammenbau abzurufen. Explosionsdarstellung des Lehrenhalters: Seite 2 von 7 Schritte beim Zusammenbau: 1. Ständer 2. Halteplatte 3. Klemmenträger 4. Lehrenklemme 5. Drehbolzen 6. Gedreht b) Logische Strukturen von Rechnernetzen Hinweis: eine ausführliche Darstellung dieser Thematik findet man im BRN in: Unterrichtsmaterialien für das Fach Informatik (ISB-Arbeitskreis INF). Nachfolgend werden daraus die wesentlichen Gesichtspunkte aufgeführt. 1. Topologie (Verbindungsarten) Mehrere Rechner lassen sich im LAN (local area network) auf verschiedene Arten untereinander verbinden. Hierbei bekommt jeder Rechner eine eigene Adresse (IP). Sternstruktur Eine Zentrale versorgt alle Teilnehmer. Es handelt sich mittlerweile um die am häufigsten verbreitete Verbindungsart. Twisted-Pair-Kabel verbinden die einzelnen Workstations (Clients). Es ist ein kostengünstiges System, dessen Zuverlässigkeit aber von der Leistung und der Stabilität der Zentrale abhängt. Ringstruktur (Token Ring) Jeder Teilnehmer hat einen Vorgänger und einen Nachfolger. Die Datenübertragung erfolgt in einer Richtung. Hierbei empfängt jeder Teilnehmer die Daten und überprüft, ob sie für ihn bestimmt sind. Ist das nicht der Fall, so verstärkt er das Signal und leitet es weiter. Ein Nachteil dieses Systems ist jedoch der Gesamtausfall des Netzes bei einer Störung eines einzelnen Teilnehmers. Seite 3 von 7 Busstruktur Bei dieser Struktur hängen alle Teilnehmer an einem passiven Kabel (BNC), das an beiden Enden mit einem Abschlusswiderstand abgeschlossen ist. Da die Daten in beide Richtungen übertragen werden, könnte es ohne den Abschluss des Kabels zu Rückkoppelungen kommen. Vorteile sind: Fällt ein Teilnehmer aus, so läuft das Netz weiter; weitere Teilnehmer können mit angeschlossen werden; es ist kostengünstig. Das Internet Verbindet man mehrere solcher LANs und stellt weiterhin über Netzknotenrechner Verbindungen zu anderen Netzknotenrechnern her, so erhält man ein überregionales Netz, ein WAN (wide area network) bzw. durch Integrieren von Satellitenanlagen ein GAN (global area network). Auf diese Weise entstand das Internet. Adressierung der Rechner Damit jeder Rechner im Internet erreichbar ist, erhält er eine Adresse, die im IP- (InternetProtokoll) oder DNS-Format (Domain-Name-System) festgelegt wird. Zur eindeutigen Kennung der Rechner innerhalb des Datenweges vergibt das Network-Information-Center (NIC) Klassen dieser IP-Nummern. Weitere Teilorganisationen wie die DE-NIC teilen dann die zugewiesene Klasse für ihre Hosts ein. Die IP-Adresse Eine IP-Adresse besteht aus vier, jeweils 1 Byte großen Bereichen, die untereinander durch einen Punkt (dot) getrennt sind. Sie ist also insgesamt 32 Bit groß, der Adressbereich erstreckt sich von 0.0.0.0 bis 255.255.255.255 und umfasst damit 2564 verschiedene Adressen. Beispiel für eine IP- Ad- 192. 53. 105. 188 resse: 192 ist dabei der „Netzwerkanteil“ der NIC 53. 105. 188 ist der „Hostanteil“ der DE-NIC Beispiel: Ein Benutzer ruft im Browser die Adresse www.realschule.bayern.de auf. Seite 4 von 7 2. Peer-to-Peer und Client-Server-Prinzip Sind in einem Rechner-Netz die einzelnen PCs ohne zusätzlichen Server untereinander verbunden und nutzen nur gemeinsame Komponenten wie einen Drucker oder Scanner, so handelt es sich um ein Peer-to-peer-Netz, in dem in der Regel jedes Mitglied die gleichen Rechte hat. Ein zusätzlicher Server, der meist als DateiServer (file-server) dient, verwaltet die Rechte der Teilnehmer und dient als zentraler Rechner, auf den alle mit verschiedenen Rechten zugreifen können. Bei dieser Architektur spricht man vom ClientServer-Prinzip. Die Teilnehmer, die auf den Server zugreifen, werden als Clients, der Zentralrechner als Server (er dient den Clients) bezeichnet. 3. Übertragung der Daten Übertragungsprotokolle Sollen Daten vom Client zum Server und wieder zurück übertragen werden, so müssen diese Daten erst zerlegt werden. Die Art und Weise der Zerlegung in Datenblöcke, die sogenannten Pakete (packets), sowie weitere Regulierungen den Transfer betreffend werden im Übertragungsprotokoll festgelegt. Die bekanntesten und im Internet eingesetzten Protokolle sind das TCP- (Transmission Control Protocol) und das IP-Protokoll, zusammen auch TCP/IP genannt. TCP/IP Die Zerlegung des gesamten zu transferierenden Datenmaterials geschieht beim TCP in 536 Byte große Datenpakete. Da beim Übertragen der Pakete Fehler auftreten können, wird dem Paket eine Prüfsumme mitgegeben. Damit die einzeln auf den Weg geschickten Pakete beim Empfänger wieder richtig zusammengefügt werden können, bekommen sie zusätzlich eine Sequenznummer zugewiesen. Diese Zusatzinformationen bezeichnet man als TCP-Header. Das OSI-Schichtenmodell Um beim Versandt von Daten die Probleme beim Verbinden von verschiedenen Betriebssystemen und unterschiedlicher Hardware zu lösen, wurde ein Modell entwickelt, das den Datenfluss zwischen den physischen Netzverbindungen (Kabel) und den Anwendungen (Programme) beschreibt. Dieses Modell heißt: OSI-Schichtenmodell (open system interconnection). Es gibt sowohl beim Sender als auch beim Empfänger jeweils 7 Schichten (layers), die immer von unten nach oben nummeriert sind und die jeweils höhere Schicht die Dienste des darunter liegenden nutzt, jedoch nicht weiß, wie der Inhalt der darunter liegenden Schicht zustande kommt. Seite 5 von 7 Übertragung der Daten Bei der Übertragung von Daten durchlaufen diese beim Sender alle Schichten von 7 bis 1, wobei die Protokolle Informationen (Headers) anhängen, die für die darunter liegenden Schichten von Nutzen sind. Eine weitere Protokollinformation ist der T-Trailer, der eine Prüfsumme über das gesamte Datenpaket zusammen mit den Protokollinformationen darstellt. Header und Trailer bilden den Rahmen (frame) um das Paket. 4. Übertragungsmedien, Netzkomponenten Zur Datenübertragung werden neben Netzwerkkarten und Kabeln auch Geräte benötigt, die die Verbindung nach außen herstellen. Kabel Es gibt theoretisch 4 Kabeltypen um Ethernet-Netzwerke aufzubauen: • Koax-Kabel oder Thick Koax • Thin Koax oder BNC • Shielded Twisted Pair (STP) • Glasfaser Wireless-LANs, bei denen die Anbindung an ein bestehendes Netzwerk über Funk erfolgt. Anbindung an das Internet Das Internet ist ein weltweites Netzwerk, der Zugang wird über einen Provider verwirklicht, z. B. T-online oder AOL, um nur die größten Anbieter zu nennen. Um nun eine Verbindung vom Schulnetz zum Provider herzustellen, wird ein zusätzliches Gerät, ein so genannter Router, benötigt. Dieser Router kann ein so genannter Hardware-Router sein, der nur diese eine Aufgabe wahrnimmt, oder ein PC mit ISDN-Karte und spezieller Software (Software-Router), der zusätzlich noch weitere Aufgaben erledigen kann. Geräte zum Datentransfer Im Folgenden sollen die wichtigsten Geräte zum Datentransfer vorgestellt werden. Um eine Verbindung zu der digitalen Welt über die analoge Telefonleitung herzustellen, wird ein Modem benötigt. Die heute gebräuchlichsten Modems sind 56k Modems mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 56.000 bit/s. Ist schon eine digitale Telefonleitung (ISDN) vorhanden, so werden interne ISDNController für den ISA-, bzw. PCI-Steckplatz oder externe für den USB-Anschluss verwendet. außerdem: Netzwerkkarten, Hubs, Switches, Funk-LAN mit Sender und Empfänger Seite 6 von 7 5. Dienste im Netzwerk (Internet) Über das Internet können Pakete für unterschiedliche Dienste verschickt werden. Entsprechende unterschiedliche Programme nutzen dies für den Anwender. WWW World Wide Web E-mail Electronic Mail FTP File Transfer Protocol Chat Unterhaltung per Tastatur News Nach Art eines schwarzen Bretts Foren für Teilnehmer mit gemeinsamen Interessen Suchmaschinen dienen zur Recherche 6. Sicherheit in Rechnernetzen Gefahren Viren, Würmer, Trojaner, 0190er-Nummern, Schutz Virenscanner, Firewall aus: http://www.realschule.bayern.de/lehrerby/untmat/untm-u/untm_uin.htm Veröffentlichung des Unterrichtsbeispiels „Lehrenklemme“ als VRML-Datei, dargestellt mit dem Plug-in Cortona-VRML-Client von Parallelgraphics im Netscape Internet-Browser Seite 7 von 7 Verbindende Vorhaben in IT 9: CAD und Projektarbeit 1. Lehrplanbezug Besonders die moderne Form der Teamarbeit verlangt vernetztes Denken und vernetztes Arbeiten. Schülerinnen und Schüler sollten frühzeitig Gelegenheit haben, mit entsprechenden Arbeitstechniken vertraut zu werden. Die im IT-Lehrplan vorgeschriebene Projektarbeit ist dafür eine ideale Plattform. Neben das fachliche Wissen treten Sozial- und Methodenkompetenzen, die erlebt und trainiert werden können. Spätestens in einem Assessment Center anlässlich einer Bewerbung wird klar, dass hier die Realität geübt werden kann. Beispiel: IT 9.5 Projektarbeit (ca. 20 Std.) Die Schüler planen, verwirklichen und dokumentieren ein Projekt mithilfe informationstechnischer Mittel und Arbeitstechniken. Dabei festigen und erweitern sie ihre bisher erworbenen Kenntnisse und Fertigkeiten und wenden sie kreativ an. Planung und Durchführung eines Projekts - Projektinitiative: Themenwahl - Analyse und Erstellen eines Grobkonzepts: Aufgabenstellung, Projektplanung, Terminplanung, Arbeitsteilung, grafische Darstellung des Projektablaufs - Entwurf und Entscheidung: Informationsbeschaffung und Zusammenfassung - Realisierung: z. B. Bild- und Textbeschaffung aus dem Internet, eigene Recherchen, Bildbearbeitung, Erstellen von Diagrammen, Aufbereitung multimedialer Komponenten, Einsatz eines Programmierwerkzeugs oder Simulationstools, Grafikprogramm - Zusammenfassen der Ergebnisse und Reflexion: ggf. Überarbeitung der Projektplanung und Arbeitsteilung - Implementierung: Erstellung und Vernetzung der Objekte - Präsentation der Ergebnisse - Nutzung, Dokumentation und Pflege des Projektes Beispiel: Simulation technischer Vorgänge: Anfertigung von Explosionszeichnungen sowie funktionsbzw. montagebezogener Zeichnungen mit Hilfe eines CAD-Systems. - Zusammengesetzte Körper als Explosionszeichnung darstellen (Erkennen, Skizzieren, Konstruieren und Anordnen der Einzelteile mittels CAD) - Einfache Bewegungsabläufe mit Hilfe von CAD simulieren - Modellieren im Bereich der virtuellen Realität Seite 1 von 9 2. Aufgabenstellung Bau eines Funktionsmodells in Gruppenarbeit Vorüberlegungen: Bevor ein derartiges Projekt in Angriff genommen werden kann, sind eine Reihe von Vorüberlegungen notwendig, die für einen reibungslosen Ablauf sorgen. Es verbietet zwar schon der Grundgedanke „Projektarbeit“, dass alle Details von Lehrerhand vorgeplant sind, die Rahmenbedingungen und Zielvorgaben jedoch müssen klar definiert sein. Das hier beschriebene Projekt kann z. B. erst durchgeführt werden, wenn fachlich alle Voraussetzungen erfüllt und die Schüler ihren Aufgaben auch gewachsen sind. Die Ausstattung muss so sein, dass für alle Beteiligten die gleichen Möglichkeiten gegeben sind. Projekte dieser Art werden in der Regel arbeitsteilig in Teams durchgeführt. Siehe dazu: Hinweise zur „Projektarbeit mit informationstechnischen Mitteln in IT“ (P. Hausladen) Durchführung: Bei der Durchführung des Projekts „Funktionsmodell“ sind in den hier gezeigten Teilund Gesamtzeichnungen Schraubverbindungen enthalten, auf die aber verzichtet werden sollte. Es reicht, wie in den Abbildungen der Präsentation gezeigt, die Teile ohne Schraubverbindungen zu erstellen, da diese erst Stoff der Jahrgangsstufe 10 sind. Beispiele für Funktionsmodelle mit verschiedenen Schwierigkeitsgraden Seite 2 von 9 3. Unterrichtsbeispiel Mögliche Ergebnisse: Schon bei den Vorüberlegungen sind klare Ergebniserwartungen unerlässlich für die sinngerichtete Durchführung von Projekten. Allerdings können die angestrebten Ergebnisse sehr unterschiedlich sein, und die Kreativität der Schüler soll dabei nicht gehemmt, sondern gefördert werden. Wird eine „Arbeitsmappe“ von jedem Schüler erwartet, sollten Umfang und Inhalt zwar grob abgesteckt, nicht aber durch detaillierte Vorgaben festgelegt sein. Es ist v. a. darauf zu achten, dass individuelle Ergebnisse auch wirklich von jedem einzelnen Schüler in Eigenleistung erbracht werden. Das Projekt „Funktionsmodell“ könnte folgende Ergebnisse bringen: • • • • • • • • • • • • • Planung des Projekts (z. B. Textverarbeitung, Organigramm) Formanalyse des Modells: Skizzen, Bilder, Beschreibungen Funktionsanalyse: Skizzen, Bilder, Beschreibungen Werkzeuge zum Zerlegen und Zusammenbauen beschreiben Konstruktionszeichnungen (manuell und/oder 2D-CAD) Teile in 3D (CAD-Originaldateien und Pixelbilder) Stückliste (CAD und/oder Tabellenkalkulation) Zusammenbau (CAD und Bilder) Rendering (im CAD-Programm oder Export in Spezialsoftware) Bewegungssimulation (avi-Export) Fertigung (Handarbeit, CNC-Schulfräse oder in einem Betrieb) Arbeitsmappe (Textverarbeitung, Bildbearbeitung etc.) Bildschirmpräsentation (z. B. PowerPoint) Zusätzliche Möglichkeiten: • günstige Verpackung für alle Einzelteile entwickeln • Bauanleitung verfassen (Text mit Bildern oder digital) • Werbebroschüre für den Artikel „Funktionsmodell“ erstellen • ... Bewertung der Ergebnisse: Eine gerechte Beurteilung des Projektes kann nur erfolgen, wenn möglichst viele Punkte berücksichtigt werden, die sowohl die Gruppenarbeit als auch die individuelle Einzelleistung betreffen. Dazu ist es unbedingt notwendig, dass die betreuende Lehrkraft über jede Stunde ein Protokoll führt und alle wesentlichen Ereignisse, Arbeitsfortschritte und herausragende Einzeltätigkeiten festhält. Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern sollte ein Kriterienkatalog erarbeitet werden, der wesentlich zur Transparenz der Bewertung beiträgt. Zudem sollte jeder Gruppe Gelegenheit gegeben werden, selbst eine Bewertung der Gruppen- und Einzeltätigkeiten vorzunehmen. Eine besondere Bedeutung muss der Präsentation selbst eingeräumt werden, die, wenn möglich, vor Publikum stattfinden und von einer Jury bewertet werden sollte. Zu dem Vortrag ist eine Projektmappe abzugeben, die den Inhalt des Projekts in schriftlicher Form zusammenfasst. Ideal ist, wenn die Projektergebnisse darüber hinaus einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt werden: Zeitungsbericht, Artikel im Jahresbericht, Internet-Seite oder Ausstellung. Seite 3 von 9 Mögliche Inhalte eines Projekts zum Thema „Funktionsmodell“: Eine ausführliche Beschreibung dieses Projektvorschlags findet sich auf der CD-ROM „FitForIT-9 I“ 1. Analyse der Einzelteile und der Funktion Beschreibung und Skizze Hilfsmittel: • • • 2. Zeichengeräte, Rasterpapier, Skizzier– und Zeichenpapier Schreibzeug, Textverarbeitungsprogramm Werkzeug zum Zerlegen Konstruktion der Teile: manuell, in 2D und in 3D Hilfsmittel: • • • Zeichengeräte, Zeichenplatte und Zeichenpapier 2D– und 3D-CAD-Programm Digitalkamera und Bildbearbeitungssoftware Seite 4 von 9 3. Zusammenbau der Einzelteile Montage Hilfsmittel: • • 4. Werkzeug für die Montage 3D-CAD-Programm (Assembly) Explosionsdarstellung Montageanleitung Hilfsmittel: • • • • Zeichengräte 3D-CAD-Programm (Assembly) Bildbearbeitung Textverarbeitung oder Layoutprogramm Seite 5 von 9 5. Visualisierung und Rendering Hilfsmittel: • • 6. Rendersoftware Manuell gezeichnete Wiedergabe Bewegungsanalyse und Animation Mathematische und physikalische Grundlagen • • • Hilfsmittel: • • • • • Zeichengeräte Zeichenprogramm Geometrieprogramm Mathematikbuch (Jgst. 9) Physikbuch (Jgst. 9) Seite 6 von 9 Zentrische Streckung Vierstreckensatz Ähnliche Dreiecke 7. Bewegungsanalyse und Animation Hilfsmittel: • • 8. Animationstool (Motion) Bewegungsstudien (Skizzen) Variantenkonstruktion Verändern variabler Größen Hilfsmittel: • • • CAD-Variablentabelle Tabellenkalkulation Visual Basic Seite 7 von 9 9. Fertigung Manuell, maschinell oder CNC Hilfsmittel: • • • Werkzeuge zur Holz-, Metall-, oder Kunststoffbearbeitung Bearbeitungsmaschinen in einem Betrieb CNC-Fräse (im Betrieb) oder Schulausführung 10. Präsentation Arbeitsmappe, Bildschirm, Internet Hilfsmittel: • • Präsentationssoftware Microsoft, SUN, Adobe, Macromedia Seite 8 von 9 Organisatorische Überlegungen zum Projekt „Funktionsmodell“ Teamarbeit, Arbeitsteilung, Zeitplan, Bewertung Planen — Ausführen— Präsentieren • • • • • • • • • • Themenwahl Aufgabenstellung Teambildung Arbeitsteilung Arbeitsmittel Medien Zeitplan Durchführung Präsentation Bewertung Auszüge aus dem Projektvorschlag „Funktionsmodell“ auf der CD-ROM „Fit-For-IT 9-I“ Autor: Otmar Wagner - Verlag Ludwig Schulbuch Pfaffenhofen Seite 9 von 9