Kategorie:Lernaufgaben

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Kiten und fachliches Lernen

Im Folgenden stellen wir verschiedene Lernaufgaben als Experimente und Übungen, als didaktische Leitfragen, Medien und Vorschläge für den Unterricht vor, die sich an unsere Fachthemen anlehnen. Mit deren Hilfe wird es leicht, das Thema Kite & Tech im Rahmen verschiedener Unterrichtsfächer und Lernsituationen zu behandeln und Exkursionen fachlich und sportlich vorzubereiten.

Die Aufgaben können im Selbststudium bearbeitet werden und sollen Lehrkräfte dazu anregen, eigene Verbindungen zwischen Erlebnissen in Spiel und Sport mit medialer und fachlicher Kompetenzentwicklung herzustellen und zu erproben.


Unterrichtsreihen aus den Berufsfeldern Elektrotechnik und Informationstechnik

Thema: "Airborne Wind Energy"

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Die Energiegewinnung mit Hilfe von Kites ist ein noch junger Bereich windgestützter Stromproduktion. Fachliche Grundlagen und Beispiele zu diesem Thema befinden sich im KiteWiki unter der Kategorie Industrielle Anwendung. Bisher wurden zwei Entwürfe für Unterrichtsreihen entwickelt, die sich mit diesem Thema befassen. Sie lassen sich sowohl einzeln, als auch im Rahmen eines größeren fächerübergreifenden Projektes aufeinander aufbauend durchführen.

In der ersten Unterrichtsreihe mit dem Titel "Grundprinzipien der Stromproduktion durch Windkraft", bekommen die Schülerinnen und Schüler (im Folgenden "SuS" genannt) einen Überblick über die Grundprinzipien und Möglichkeiten der Stromproduktion aus Windkraft. Beginnend mit konventionellen Windkraftanlagen, werden nach und nach verschiedene Ansätze der AWE-Technologie erarbeitet und vorgestellt. Ziel ist es, dass die SuS die technischen, ökonomischen und ökologischen Aspekte der verschiedenen AWE-Ansätze verstehen, kommunizieren und einschätzen können.

Die zweite Unterrichtsreihe mit dem Titel "Prinzip der Umwandlung von elektrischer und mechanischer Energie", kann unabhängig von der ersten Unterrichtsreihe, oder aber auch auf sie aufbauend durchgeführt werden. Der Fokus dieser zweiten Reihe liegt viel stärker auf dem physikalisch technischen Verständnis der AWE-Technologie, als in der ersten Unterrichtsreihe. Im Besonderen werden rotierende elektrische Maschinen, deren Betriebsverhalten und die fach- und sicherheitsgerechte Installation thematisiert. Ziel dieser Unterrichtsreihe ist das Verständnis des Prinzips und der technischen Umsetzung der Umwandlung mechanischer in elektrische Energie und der umgekehrten Energieumwandlung.

Nach entsprechender Zielgruppenanalyse und Adaption lassen sich beide Unterrichtsreihen auch in anderen Bildungsgängen und auch außerhalb der Berufsfelder Elektro- und Informationstechnik einsetzen.


Meteorologie

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Hier eine kleine, noch unvollständige Auswahl, das Thema Meteorologie spannend und lehrreich zugleich zu gestalten:
- Ein Video zum Thema: Wie entsteht Wind?
- Wie entstehen Wolken? Ein Experiment.
- Ein (Gedanken-)Experiment zur Corioliskraft.
- Ein interaktives Rätsel zur Entstehung von Wolken.
- Wie berechnet man die Entfernung eines Gewitters? und Videolink zum Verhalten bei Gewitter.
- Bauanleitung für eine Wetterhütte.

Bewegung und Belastung

Biomechanik

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Beim Kitesurfen wirken sehr unterschiedliche Kräfte auf den Körper. Auf der einen Seite gibt es die Zugkraft (Fi), die durch den Kite erzeugt wird. Auf der anderen Seite gibt es die Druck- (Fx) und Querkräfte (Fz und Fy) die beim Fahren auf das Board wirken. Da wir bis heute zu diesen Kräften noch keine Messergebnisse gefunden haben, haben wir zwei verschiedene Versuche aufgebaut.
  1. Möglicher Versuchsaufbau um die Zugkraft (Fi) zu bestimmen!
  2. Möglicher Versuchsaufbau um die Druck- (Fx) und Querkräfte (Fz und Fy) zu bestimmen!


Training

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Wie kann man sich bzw. als Lehrer Schülerinnen und Schüler im Unterricht mit wenig Aufwand auf die körperlichen Anforderungen einer Kite-Exkursion vorbereiten, ist die zentrale Frage bei den folgenden Übungen. Diese lassen sich gut auch in begrenzten Räumlichkeiten und zum Beispiel zu Beginn jeder Unterrichtsstunde in den Unterricht einbauen. 

Übungen für den Unterricht



Trainerkite

Lernaufgabe01.JPG
Der erste Schritt zum Kiten ist zu lernen, wie man einen Kite fliegt!

Es sollten ca. 2-3 Stunden mit einem 2-3 m² Trainierkite geübt werden.
So lernt man einen Kite schnell zu beherrschen.
Der folgende Link führt Sie zu der Lernaufgabe: Umgang mit dem Trainerkite





Mathematische Anwendungsaufgaben

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Der folgende Aufgabenpool ist für Mathematiklehrer am Berufskolleg entwickelt worden. Es handelt sich um Anwendungsaufgaben, die im Bezug zur Natursportart Kitesurfen stehen. Lehrpersonen können sie benutzen, um das Kite & Tech Projekt leichter in den Mathematikunterricht zu integrieren. Zur Entwicklung der Aufgaben wurden die Lehrpläne des Schulministeriums in Nordrhein-Westfalen genutzt.
Neben der Aufgabenstellung bekommt der Lehrende noch zu jeder Aufgabe zusätzliche Informationen, um das Eingliedern in den Lehrplan zu erleichtern. Es wird jeweils angegeben, für welchen Bildungsgang und für welche Jahrgangsstufe die Aufgabe geeignet ist, welches Vorwissen die Schülerinnen und Schüler benötigen, welche Ziele und Kompetenzen die Aufgabe verfolgt, wo der inhaltliche Schwerpunkt liegt, welche Methodik angewandt werden könnte und welche Materialien gebraucht werden. Außerdem wird eine mögliche Durchführungsvariante vorgeschlagen.
Mathematiklehrer verschiedener Schulen sollen sich über die Aufgaben austauschen können. Sie sollen ihre gemachten Erfahrungen mit dem Projekt und den Aufgaben teilen, Verbesserungsvorschläge unterbreiten oder ganz neue Aufgaben kreieren und hochladen.

Hier geht es zum Aufgabenpool   


Aerodynamik

AuftriebBernoulli.png

Aufgaben zur Einführung und Veranschaulichung aerodynamischer Prinzipien, wie

- Experimente mit Coladosen und Papier

- Berechnungen zum Windsog von Dächern

- Demonstrationen zur Bernoullikraft etc.

finden sich bei den Freihandversuchen

Aufgaben zur Aerodynamik finden sich hier.


Projekte in der Bau- und Maschinenbautechnik

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Aufgaben, interessante Informationen, sowie Material und Vorlagen, die für die eigene Projektgestaltung in den Berufsfeldern Bau- und Maschinenbautechnik genutzt werden können, erläutern die Projekte zum

- Drachenbau

und zum

- Boardbau



Natursport und Umwelt

An dieser Stelle werden brauchbare Aufgaben zu Natursport und Umwelt vorgestellt. Ziel dieser Aufgaben ist es, die Schüler und Schülerinnen für die Natur, in der der Kitesport ausgeübt wird, zu sensibilisieren und ein Miteinander von Sport und Natur zu fördern. Dabei soll die Natur auch als Inspirationsquelle für technische Entwicklungen erkannt werden.


Für die folgenden Themen gibt es erste Ideenskizzen

Vektorrechnung

Um sich qualifiziert mit physikalischen, ökonomischen oder technischen Eigenarten von Kites auseinanderzusetzen, sind grundlegende Mathematikkenntnisse nützlich.
Eine Anregung für Arbeitsaufgaben findet sich hier.

Technische Mechanik

Ideen für Aufgaben mit mathematischen Anforderungen sind unter der Rubrik Technische Mechanik aufgelistet.

Informatik

In diesem Abschnitt befinden sich Ideen und Ansätze, die der Entwicklung von Lernsituationen und/oder Unterrichtsreihen dienen sollen, bei denen der Fokus auf den IT-Aspekten der Airborne Wind Energy liegt und die dementsprechend die IT-Ausbildungsberufe als Zielgruppe haben sollen.

Als Vorbereitung solcher zukünftiger Lernsituationen und/oder Unterrichtsreihen findet sich hier zunächst ein Überblick über mögliche (teils bereits implementierte) Anwendung von IT-Technologien in der AWE.

Weiterhin stehen hier erste Ideen rund um den Aufgabenbereich der Informatik zur Verfügung.

Ökonomie

An dieser Stelle befinden sich Lernaufgaben, die das Thema Kitesurfen als Aufhänger zur Einführung in die betriebliche Investitionsrechnung nutzt und gleichzeitig den Lerntransfer zur Bildung eines ökonomischen Bewusstseins im Privaten herstellt.

Weiter werden mögliche Aufgaben zur Ökonomie mit Bezug zu den wirtschaftlichen Aspekten industrieller Kiteanwendung vorgestellt. Ökonomische sind neben ökologischen Gesichtspunkten zentrale Rechtfertigung u.a. für den Einsatz von Kites in der Hochseeschifffahrt. Alle Daten sind fiktiv und für die Bearbeitung der Aufgabe zugeschnitten.
Für diese Aufgaben stehen Lösungen zur Verfügung.

Leitfragen zur industriellen Verwendung

Vergleich WKA und AWT.jpg
Kites finden zunehmend Anwendung in industriellen Kontexten; als (zusätzliche) Antriebshilfe in der Hochseeschifffahrt und zur Erzeugung von Strom.

Am Beispiel der Pumping-Kite-Systeme der TU_Delft werden Leitfragen vorgestellt, anhand derer Schüler und Auszubildende sich in die Thematik der luftgestützten Windenergiesysteme/Airborne Wind Energy (AWE) oder auch Höhenwind Energiesysteme/ High Altitude Wind Energy (HAWE) einarbeiten können.