In diesem Bereich finden Sie die von mir für den Unterricht entworfenen 3D-Modelle für den 3D-Druck. Einige der Modelle beinhalten elektrische Komponenten und programmierbare Entwicklerboards wie den ESP32, ESP8266 oder Arduino Nano. Die Details finden Sie auf den verlinkten Seiten auf Thingiverse.com.
Dieses Modell eines römischen Baukrans wurde für den Physikunterricht der 8. und 9. Klasse entworfen. Durch die Drehung des grösseren Rads lässt sich eine Masse anheben. Die zum Anheben nötige Kraft wird über die Hebelwirkung zwischen dem Rad und der Seilrolle sowie über den kleinen Seilzug spürbar verstärkt.
Das Modell lässt sich als kontextorientierte Aufgabe oder als Einstieg in das Thema Mechanik verwenden.
Die LED DNA Lampe besteht aus einzel druckbaren Sprossen, in deren Seiten jeweils ein LED Band mit einzel ansteuerbaren RGB-LEDs geführt wird. In der Basis des Modells befindet sich ein programmierbarer ESP8266. Dieser kann ähnlich wie ein Arduino programmiert werden und sorgt für einen sich kontinuierlich verändernden Farbverlauf. Durch den integrierten WLAN Chip kann die Lampe in ein bestehendes WLAN eingebunden werden. Diese ist dann über ihre IP-Adresse erreichbar, so dass sich der Farbverlauf spontan anpassen lässt.
Das Modell kann im Biologieunterricht eingesetzt werden und dient eher der Dekoration und Motivation. Es lässt sich jedoch der Grundaufbau der DNA veranschaulichen und eine Modellkritik durchführen, da zum Beispiel kein Unterschied bei der Furchenbreite besteht. Ansonsten ist die Lampe auch in jedem Wohnzimmer ein kleines Highlight.
Dieses Objekt veranschaulicht die grundlegenden Eigenschaften des Bohrschen Atommodells. Um einen austauschbaren Atomkern mit der jeweiligen Ordnungszahl befinden sich auf den Schalen die passende Anzahl an Einkerbungen für kleine Murmeln, die die Elektronen symbolisieren.
Das Modell kann im Physikunterricht der Mittel- und Oberstufe eingesetzt werden, um die Eigenschaften des Bohrschen Atommodells handlungsorientiert zu erschließen. Zunächst kann der schalenförmige Aufbau entdeckt werden und Quantensprünge zwischen den Schalen nachgestellt werden.
Das Auffüllen der Schalen mit der passenden Anzahl an Elektronen entsprechend der Ordnungszahl lässt auf die chemischen Eigenschaften der jeweiligen Elemente schließen.
Dieses Modell entspricht in seinem Höhenverlauf der Überlagerung zweier konzentrischer Cosinus-Funktionen. Es kann somit als Modell für die Überlagerung zweier Elementarwellen genutzt werden. Konkret dient es der Veranschaulichung der Interferenzerscheinungen bei akkustischen Wellen oder Lichtwellen (Interferenz am Doppelspalt).
Das Modell lässt sich gut im Physikunterricht der Oberstufe einsetzen. Nachdem die Interferenzerscheinungen mit zwei Lautsprechern akkustisch und am Doppelspalt visuell erlebt wurden, können diese nun auch mit dem gedruckten Modell ertastet werden.
Das Zyklotron wird im Physikunterricht der Oberstude gern als Anwendung von geladenen Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern genutzt.
Dieses Modell besteht aus den beiden Duanten, bei denen sich die Deckel abnehmen lassen und der symbolischen Spannungsquelle. Innerhalb des Modells gibt es eine Platte, auf der die auftretenden Felder dargestellt sind, und eine Platte mit dem resultierenden Strahlverlauf.
Die einzelnen Bauteile werden mit kleinen Magneten zusamengehalten.
Im Unterricht kann das Modell schrittweise zerlegt werden, um den Aufbau des Zyklotrons und den resultierenden Strahlenverlauf zu erläutern. Anschließend folgt zum Beispiel die Herleitung der Zyklotronfrequenz.
Mit dem RGB-Farbmischer lässt sich die additive Farbmischung veranschaulichen. Der Farbmischer wird über Magnete an ein Whiteboard geheftet. Die integrierten LEDs werden mit den drei Knöpfen einzeln aktiviert. Dabei wechseln diese nach dem Knopfdruck zwischen den Zuständen aus-rot-grün-blau. Im Trichterförmigen Lichtschein mischen sich dann die Farben.
Der Frabmischer kann im Themenbereich Optik der Mittelstufe des Fachs Physik eingesetzt werden.
Alle Informationen zu den Bauteilen und der Programmierung finden Sie auf der verlinkten Seite.
Diese Würfel sind von außen nicht unterscheidbar. Im Inneren befindet sich jedoch sehr nah an einer der sechs Seiten ein Hohlraum. Bei hinreichend dichter Füllung (>60%) entsteht so eine Verschiebung des Schwerpunktes. Dies sorgt dafür, dass eine der Seiten häufiger fällt. Somit haben die Würfel alle eine unterschiedliche Tendenz, die sich jedoch nur nach häufigem Probieren bemerkbar macht.
Die Würfel können im Mathematikunterricht der Mittelstufe eingesetzt werden, um Beispielhaft ein Zufallsexperiment mit absoluten und relativen Häufigkeiten zu analysieren. Die Schüler finden dabei mit einer Strichliste heraus, ob und wie ihr Würfel gezinkt ist.
Als kleine Motivation kann ein Wettstreit zwischen der Lehrkraft und einem von den Schülern ausgewählten Vertreter ausgerufen werden: Wer die meisten 6er würfelt gewinnt.
In diesem Projekt ist eine E-Ukulele entstanden, die sich an einen Verstärker für E-Gittarren anschließen lässt. Als Saiten wurden hier die einer E-Gittarre verwendet. Die Tonabnehmer wurden mit Neodym Magneten und Spulendraht gewickelt.
Der Körper ist mit einem transparenten Filament gedruckt, so dass die rund um den Körper angebrachten RGB-LEDs eine Lichtshow erzeugen können. Diese wird von einem ESP8266 gesteuert, der auf die Signale der Tonabnehmer reagiert und die Lichtanimation entsprechend der Tonhöhe und Amplitude anpasst.
Für die nötige Stabilität sorgt ein U-förmiges Aluminiumprofil im Inneren des Instruments.
Im Unterricht lässt sich die E-Ukulele als Anwendungsbeispiel für die elektrische Induktion nutzen. Auch ein Nachbau im Rahmen einer Facharbeit wäre denkbar. Ansonsten ist sie ein kleines Highlight auf Musikveranstaltungen, wobei der Sound nicht ganz mit professionellen Instrumenten mithalten kann.
Dieses Mathe-Domino ist etwas für Experten. Wie bei einem Domino-Spiel passt immer die Seite eines Spielsteins zur Seite eines anderen Spielsteins. Hier wurden allerdings zweidimensionale Funktionen verwendet, die auf eine dritte Dimension (die Höhe) abgebildet werden. Eine Funktionsvorschrift passt immer zu einem Höhenprofil.
Dieses Spiel kann als Zusatzmaterial für interessierte Schüler in der Oberstufe verwendet werden, wenn bereits die trigonometrischen und exponentiellen Funktionen behandelt wurden.
Diese drei Modelle simulieren die logischen Gatter AND, OR und XOR. Sie funktionieren komplett mechanisch, indem die beiden Input Platten übereinander geschoben werden und so unter der entsprechenden Bedingung den Weg für die Output Platte freigeben. Für die Montage ist lediglich etwas Kleber nötig.
Die Modelle können im Informatikunterricht eingesetzt werden, um das Grundprinzip der logischen Schaltungen erfahrbar zu machen.