Erster Gang

1. Vorbereiten

• Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
• Tragen Sie einige Informationen über Getriebe zusammen, um Ihren Schülerinnen und Schülern dabei zu helfen, Begriffe wie Übersetzungsverhältnis, Antriebsrad und Antriebsritzel sowie Zwischenrad zu verstehen.

2. Einführen (5 Min.)

• Nutzen Sie die unten stehenden Diskussionsideen, um ein Gespräch über diese Aufgabe anzuregen.
• Teilen Sie die Klasse in Zweierteams auf.

3. Erkunden (20 Min.)

• Lassen Sie die Teams ihr Getriebe-Modell bauen.
• Geben Sie ihnen etwas Zeit, um einen Testlauf durchzuführen und so sicherzustellen, dass das Modell korrekt zusammengebaut ist und wie erwartet funktioniert.

4. Erklären (10 Min.)

• Lassen Sie die Teams die Experimente mit den vorgeschlagenen Zahnradkombinationen durchführen und ihre Ergebnisse aufzeichnen.
• Achten Sie darauf, dass sie in der Lage sind, eigene Tabellen für die Tests zu erstellen.

5. Vertiefen (10 Min.)

• Lassen Sie die Teams analysieren, wie die einzelnen Zahnradkombinationen und die Anzahl an Umdrehungen sowie die Drehrichtung zusammenhängen.
• Bitten Sie jedes Team, kurz die Ergebnisse seiner Experimente zusammenzufassen.
• Denken Sie daran, ausreichend Zeit zum Aufräumen einzuplanen.

6. Beurteilen

• Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
• Zur Unterstützung können Sie hierfür die Bewertungsraster benutzen.

Zahnräder gibt es überall! Einfach ausgedrückt sind Getriebe einfach nur Zahnräder. Zwei oder mehr ineinandergreifende Zahnräder können Kraft übertragen, die Geschwindigkeit erhöhen oder verringern und die Drehrichtung ändern.

Regen Sie eine Diskussion über Getriebe an, indem Sie Fragen stellen, wie zum Beispiel:

• Was ist ein Zahnrad?
• Kennt ihr Maschinen, in denen Getriebe vorkommen?
• Was geschieht mit der Drehrichtung, wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen?
• Was hat das Übersetzungsverhältnis mit der Anzahl an Zähnen zu tun?

Bauanleitung

• Getriebe-Modell

Verwenden des Modells
Platzieren Sie das Modell auf einer festen und ebenen Oberfläche. Achten Sie darauf, dass sowohl der Getriebezeiger als auch der Referenzzeiger nach oben zeigen. Führen Sie das Programm aus und achten Sie dabei darauf, dass der Getriebezeiger die Anzahl an Umdrehungen zählt. Beide Motoren sollten sich exakt einmal drehen. Die Schülerinnen und Schüler sollen das Getriebe des rechten Motors verändern und dabei den linken Motor als Referenz verwenden.

Durchführen des Experiments
Während die Teams ihre Experimente durchführen, erinnern Sie sie an Folgendes:

• Es sollen die folgenden Daten in einer Tabelle aufgezeichnet werden: die Nummer des Experiments, ob hoch- oder heruntergeschaltet wird, das Übersetzungsverhältnis, eine Vorhersage, was passieren wird, die Anzahl an beobachteten Umdrehungen sowie die Drehrichtung. Es sollte ausreichend Platz für weitere Beobachtungen gelassen werden.
• Das Experiment muss für jede Zahnradkombination durchgeführt werden.

Programm

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern analysieren, in welchem Zusammenhang die Zahnradkombination, die Anzahl an Umdrehungen und die Drehrichtung des Getriebezeigers stehen
• Die Anzahl an Zahnradkombinationen verringern, die untersucht werden sollen

Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams dazu ermutigen, eine Funktion zu erstellen, um die Anzahl an Umdrehungen in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis vorherzusagen
• Die Teams dazu herausfordern, das Programm für jede Zahnradkombination zu verändern, sodass sich der Getriebezeiger exakt einmal dreht

Checkliste für Beobachtungen
Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala, wie zum Beispiel:

1. Erwartungen zum Teil erfüllt
2. Erwartungen vollständig erfüllt
3. Erwartungen übertroffen

Nutzen Sie die folgenden Kriterien, um den Lernfortschritt der Schülerinnen und Schüler zu beurteilen:

• Sie haben verstanden, wie Getriebe die Drehrichtung des angetriebenen Rads beeinflussen.
• Sie können erklären, in welchem Zusammenhang das Übersetzungsverhältnis und die Anzahl an Umdrehungen des angetriebenen Rads stehen.
• Sie wissen, wie man das Übersetzungsverhältnis auf Grundlage der Anzahl an Zähnen an den Zahnrädern berechnet.

Selbsteinschätzung:
Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Leistung anhand der folgenden Skala selbst beurteilen.

• Bronze: Ich habe das Experiment durchgeführt, aber das Ergebnis nicht auf Grundlage der Zahnradkombinationen vorhergesagt.
• Silber: Beim Durchführen der Experimente habe ich mit etwas Hilfe die Drehrichtung auf Grundlage der Zahnradkombinationen vorhergesagt.
• Gold: Ich habe mein Wissen über Zahnradkombinationen angewendet, um die Drehrichtung und die Anzahl an Umdrehungen in den Experimenten richtig vorherzusagen.
• Platin: Ich habe mein Wissen über Zahnradkombinationen angewendet, um die Drehrichtung und die Anzahl an Umdrehungen in den Experimenten richtig vorherzusagen. Außerdem habe ich vorhergesagt, wie sich diese Faktoren auf die Geschwindigkeit und das Drehmoment des angetriebenen Rads auswirken.

Um die sprachliche Ausdrucksfähigkeit zu fördern, können Sie Folgendes tun:

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen kurzen Ergebnisbericht zu ihren Experimenten anfertigen und durch einige Alltagsbeispiele für Maschinen mit Getriebe ergänzen.
• Lassen Sie sie eine Präsentation ausarbeiten, in der sie die Ergebnisse ihrer Experimente vorstellen und erklären, was sie gelernt haben.

Hinweis: Die Erweiterung erfordert zusätzliche Zeit und verlängert die Aufgabe.

Schülerinnen und Schüler, die sich für diese Aufgabe begeistern, könnten sich auch für folgende Berufszweige interessieren:

• Fertigungstechnik und Maschinenbau (Planungsbüros)
• Naturwissenschaften, Technik, Maschinenbau und Mathematik (Naturwissenschaften und Mathematik)