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Zum Nacherfinden.
Konzepte und Materialien für Unterricht und Lehre
Konstruktion und Fertigung
eines Fledermausdetektors
Gestaltungsgrundlage für die Initiierung immersiver Lernerfahrungen
mittels Gamification im Technik-Unterricht
Jochen Pfeifer1,*,
Ann-Katrin Krebs2 & Hannes Helmut Nepper1
1 Pädagogische Hochschule Schwäbisch Gmünd
2 Leuphana Universität Lüneburg
Kontakt: Pädagogische Hochschule Schwäbisch Gmünd,
Institut für Bildung, Beruf und Technik,
Abteilung Technik,
Oberbettringerstr. 200,
73525 Schwäbisch Gmünd
jochen.pfeifer@ph-gmuend.de
Zusammenfassung: Um Schüler*innen ein besseres Verständnis für Fleder-
mäuse zu vermitteln und gleichzeitig den Artenschutz heimischer Säugetiere zu
fördern, wurde ein Fledermausdetektor zur Fertigung im technikbezogenen Unter-
richt entwickelt. Der B@t-Detektor kombiniert im Technikunterricht fächerüber-
greifende Aspekte aus der Biologie und Physik mit Gamification-Elementen, um
das Interesse an und das Verständnis für Fledermäuse(n) bei Lernenden zu fördern.
In der Lehrkräfteausbildung wird durch die Integration dieses Detektors in didak-
tische Seminare angehenden Lehrkräften eine praxisnahe und interaktive Möglich-
keit vorgestellt, die Erfassung und Analyse von Fledermausaktivitäten zu erleben.
Die Gamification-Elemente sind angelehnt an ein GamePad und geben neben den
in Hörschall umgewandelten Fledermausrufen auch optische und haptische Sig-
nale. Diese innovative Herangehensweise unterstützt nicht nur die fachwissen-
schaftliche Wissensvermittlung, sondern fördert auch die Entwicklung didakti-
scher Fähigkeiten und die Anwendung moderner Technologie im Bildungsbereich.
Der Fledermausdetektor dient somit als wertvolles Werkzeug, um zukünftige Lehr-
kräfte auf eine interaktive und praxisorientierte Unterrichtsgestaltung vorzube-
reiten. In diesem Beitrag wird die Konstruktion des Fledermausdetektors mittels
Maker-Werkzeugen vorgestellt und ein Einblick in die derzeitige Forschung zum
Einsatz des Detektors in Hochschulseminaren gewährt. Ziel ist es, auf Basis empi-
rischer Daten den aktiven Einsatz in der Schule bestmöglich vorzubereiten.
Schlagwörter: Fächerübergreifender Unterricht; Fledermausdetektor; Gamifi-
cation; Maker Education
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1 Einleitung/Hinführung zum Material
Fledermäuse (Microchiroptera) gehören zur Ordnung der Fledertiere (Chiroptera) und
sind die einzigen Säugetiere, die als sogenannte Handflügler den aktiven Ruderflug
nutzen, um sich in ihrer Umwelt fortzubewegen (Niethammer & Krapp, 2011). Die Ori-
entierung in der Nacht erfolgt über Echoortung und umfasst dabei die räumliche Orien-
tierung, Erkennung des Habitats sowie Detektion, Lokalisation und Klassifikation mög-
licher Futterquellen mittels Ultraschalls (Dietz et al., 2016). Dabei erzeugen die Tiere
Laute jenseits des menschlichen Hörbereichs, der von etwa 16 Hz bis 20.000 Hz reicht.
Bei 20.000 Hz fängt der Frequenzbereich von Fledermausrufen an. Die Tiere geben über
das Zusammenziehen ihrer Kehlkopfmuskulatur sehr hohe Laute von sich, die nur mit
technischen Hilfsmitteln in hörbare Knack- und Knatterlaute umgewandelt werden kön-
nen. Die ausgesandten Ultraschallwellen werden als Echo reflektiert, sobald sie auf Ob-
jekte wie Futtertiere oder Hindernisse in der unmittelbaren Umgebung treffen. Die In-
terpretation der so reflektierten Schallwellen gibt der Fledermaus Informationen über
Art, Größe und Entfernung des Objektes (vgl. Abb. 1).
Abbildung 1: Modellhafte Darstellung der Echoortung der Fledermaus: Die Fledermaus
sendet Ultraschalllaute je nach Art über Mund und/oder Nase aus. Diese
Ultraschallwellen werden vom Objekt, z.B. einem Insekt, bei Auftreffen
zurückgeworfen. Ultraschallwellen werden von der Fledermaus über die
Ohren wahrgenommen und enthalten Informationen zu Abstand, Größe,
Geschwindigkeit und Beschaffenheit des Objekts. (Grafik zusammenge-
stellt von Ann-Katrin Krebs)
Möchte man nun im Sinne eines situierten Lernens (u.a. Law & Wong, 1996; Nepper,
2019) den fliegenden Säugetieren „folgen“ und ihnen bspw. akustisch lauschen, so müs-
sen die Ultraschalllaute für den menschlichen Hörbereich umgewandelt werden. Um
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nicht nur die Ultraschalllaute in Hörschall umzuwandeln, sondern hier auch noch weitere
Signalquellen zu nutzen, wurde ein neues Artefakt entwickelt, um zusätzlich optische
und haptische Signale passend zur Umwandlung auszugeben. Hierzu wurde ein Detektor
als Gamepad
1
in Fledermaus-Form entwickelt, dessen Fertigung im Folgenden erläutert
wird. Diese kann mit modernen Maker-Werkzeugen im Technikunterricht realisiert wer-
den. Das fertige Artefakt bietet Lernenden für anschließende (fächerübergreifende) Un-
terrichtssequenzen ein geeignetes Hilfsmittel, um ein besseres Verständnis für die Le-
bensweise und Bedeutung von Fledermäusen zu bekommen, und legt damit gleichzeitig
die Grundlage für eine Artenschutzsensibilisierung gegenüber heimischen Säugetieren.
Zunächst wird ein didaktischer Kommentar aus Sicht der Verfasser*innen gegeben,
in dem der fächerübergreifende Ansatz dargestellt und eine Kontextualisierung des The-
mas Fledermaus mit anderen Fächern vorgenommen wird (Kap. 2). Anschließend folgt
eine ausführliche Beschreibung der Vorgehensweise, die der Nachnutzung im eigenen
Lehrkontext dient (Kap. 3). In Kapitel 4 wird der didaktische Zugang des Beitrags theo-
retisch eingeordnet. Abschließend werden Adaptionsmöglichkeiten der Fertigung des
Artefakts präsentiert und Erfahrungen mit der Fertigung in hochschulischen Seminaren
dargelegt (Kap. 5).
2 Didaktischer Kommentar
Unter fachdidaktischen Gesichtspunkten eignet sich die Fledermaus als rahmengebendes
und fächerübergreifendes Thema im naturwissenschaftlichen und technischen Unter-
richt. Neben ihrer interessanten Lebensweise
2
können zu den Fächern Biologie und
Sachunterricht ergänzend ebenso die Fächer Physik (z.B. Schwingungen und Wellen)
und Technik (z.B. Konstruktion, Fertigung und Design von technischen Hilfsmit-
teln) thematisiert werden. Auch in Erweiterung in die geisteswissenschaftlichen Fach-
bereiche, wie Deutsch (z.B. Dracula als Roman), Musik (z.B. Filmmusik bei Batman-
Verfilmungen) und Geschichte (z.B. Tiere und Tierversuche während des Zweiten Welt-
kriegs), können Fledermäuse themengebend sein, um die Rolle der Tiere in unterschied-
lichen Bereichen zu kontextualisieren (vertiefend hierzu z.B. Suhr, 2023: Konzepte einer
MINT-Didaktik. Fachdidaktische Analyse und Versuch einer Synthese).
Um die oben genannten, teils komplexen Themen besser (be-)greifbar zu machen,
setzen wir auf Gamification-Elemente, also spieltypische Elemente aus dem Bereich Zu-
behör für Konsolen- und Computerspiele, um den Lerngegenstand flow-typisch („[…]
das selbstreflexionsfreie Aufgehen in einer glatt laufenden Tätigkeit, die man trotz ho-
her Anforderungen noch unter Kontrolle hat“ (Rheinberg & Vollmeyer, 2004, S. 164))
für die Schüler*innen erfahrbar zu machen (nähere Erläuterungen dazu finden sich in
Kap. 4).
Gängige Detektoren wandeln den Ultraschall der Fledermäuse in hörbaren Schall um.
Dabei fehlt den Detektoren jedoch häufig ein motivierender und inklusiver Einbezug von
Schüler*innen. Durch die Adaption mit weiteren Signalausgaben und die optische Um-
wandlung in ein Gamepad hat der B@t-Detektor das Potenzial, mittels analoger Gami-
fication das Interesse und die Motivation von vielen Lernenden für ihre Umwelt und den
Artenschutz zu steigern. Dabei gibt bereits die Form Aufschluss über die Anwendung,
selbst wenn der Detektor über die Wintermonate im Regal steht. Die Druck- und Dreh-
schalter laden dazu ein, das Gerät in die Hand zu nehmen und zu nutzen. Da die Lernen-
den am Fertigungsprozess beteiligt sind und die einzelnen Schritte von Einzelbauteilen
1
Ein Gamepad ist ein Eingabegerät zum Steuern von Computer- und Videospielen. Typischerweise werden
über Taster oder Druckschalter grundlegende Funktionen des Spiels und die Bewegungen des Spielcha-
rakters gesteuert. Einige Gamepads nutzen auch zusätzliche Funktionen, wie bspw. ein Vibrationsfeed-
back, um Spieler*innen möglichst real in die virtuelle Welt eintauchen zu lassen.
2
U.a. ist die Fledermaus das einzige aktiv fliegende Säugetier, ist nachtaktiv, hält Winterschlaf und schläft
kopfüber.
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hin zum fertigen B@t-Detektor nachverfolgen können, werden bei der Fertigung auch
noch wertvolle technische und handwerkliche Kompetenzen gefördert.
Mit einer an die Fertigung anschließenden Fledermauswanderung kann das selbstge-
fertigte Produkt ab April bis Ende Oktober eines Jahres in der Dämmerung und in den
Abendstunden zur Detektion von Fledermäusen und ihren Ultraschalllauten genutzt wer-
den. Auch für nicht belebte Schallquellen wie Schlüsselklimpern und den Abrieb von
Fahrradreifen kann der Detektor genutzt werden. Durch die zu- und wegschaltbare Vib-
ration sowie die invertierten LEDs, die bei Signalausgabe „flackern“, werden analoge
Gamification-Elemente und Artenschutzsensibilisierung für ein nachhaltiges Lernen zu-
sammengeführt.
Der Ansatz des fächerübergreifenden Unterrichts wird im interdisziplinären For-
schungsprojekt „Digi’B@ts“
3
gebündelt. Für verschiedene Unterrichtsszenarien soll im
Projekt untersucht werden, ob und, wenn ja, inwiefern sich die Artenkenntnis von hei-
mischer Flora und Fauna mit Hilfe von Gamification (weiter-)entwickeln lässt. Dabei
liegt der Fokus auf dem Einsatz von Gamification-Elementen während Exkursionen, auf
der Einbettung sozioökonomischer Aspekte (Schulz, 2011) in den Unterricht sowie auf
der Förderung von ICT Literacy
4
zum gezielten Abruf von sachkundigen, technischen,
digitalen und ethischen Informationen (Becker et al., 2020; Krebs, 2020; Lestari & Pra-
setyo, 2019; Nerdel & von Kotzebue, 2020). Bezogen auf den Fledermausdetektor ist
angedacht, die Konstruktions- und Fertigungsprozesse von Lernenden hinsichtlich Flow-
Erlebens, Motivation und Anstrengungsbereitschaft im technikbezogenen Unterricht
zu untersuchen. Die Daten werden, bezogen auf Praxistauglichkeit und die geplante di-
daktische Anwendung, mittels Expert*innen-Interviews abgeglichen. Ziel ist es, die
Wirksamkeit der unterrichtlichen Handlungssequenzen zu analysieren. Diese werden
wiederum als Grundlage für die empirische Forschung zur Artenschutzsensibilisierung
genutzt.
In der technikdidaktischen Umsetzung ist vordergründig die Intention, kontextorien-
tiert und sinnstiftend ein technisches Artefakt anzufertigen, das im weiteren Verlauf auch
in anderen Fächern und Unterrichtssettings Anwendung finden kann. Die Schaltung des
hier entwickelten Fledermausdetektors (B@t-Detektor) wurde so angepasst, dass ein fä-
cherübergreifender Einsatz über alle Schularten hinweg möglich ist. Dabei werden in-
klusive Aspekte im weiteren und engeren Begriffsverständnis (Abels & Stinken-Rösner,
2020; Brodesser et al., 2020; Budde et al., 2016; Fühner et al., 2022; Mattes, 2018) inte-
griert. Einer dieser Aspekte ist die Notwendigkeit eines technischen Hilfsmittels für alle
(weites Inklusionsverständnis), um Ultraschall in Hörschall umzuwandeln. Dabei wird
das Material im Verlauf des Forschungsprojekts „Digi’B@ts“ so auf- und vorbereitet,
dass „alle Menschen, die sich in verschiedenen Diversitätsdimensionen voneinander un-
terscheiden, an Gesellschaft, Kultur und Bildung gleichberechtigt partizipieren können“
(Abels & Stinken-Rösner, 2020, S. 7). Ergänzend werden optische und haptische Signale
bei der Fledermausdetektion ausgegeben, um so auch bei Seh- und Hörbeeinträchtigung
(enges Inklusionsverständnis) die Signale wahrnehmen zu können (vgl. Kap. 3.2: Schalt-
plan B@t-Detektor).
Das Gehäuse wird dabei in Form einer Gamepad-Fledermaus konstruiert. In diesem
Beitrag wird für die Fertigung die Kosy-Isolationsfräsmaschine mit dem Programm
NCCAD (MAXcomputer) genutzt (wahlweise wäre dies aber auch für den 3D-Drucker
oder den Lasercutter möglich). Handlungsleitend sind dabei: (1) ein möglichst einfacher
3
Weitere Informationen auf der Projektwebsite https://www.digibats.de/.
4
ICT Literacy (Information and Communication Technology Literacy) bezeichnet die Fähigkeit, digitale
Technologien, Kommunikationswerkzeuge und Netzwerke effektiv zu nutzen, um Informationen zu fin-
den, zu bewerten, zu erstellen und zu kommunizieren. Diese Kompetenz umfasst das Verständnis und die
Anwendung von Software, digitalen Medien und Internetressourcen sowie die Fähigkeit, kritisch mit di-
gitalen Inhalten umzugehen und ethisch korrekt zu handeln. ICT Literacy ist entscheidend für den Umgang
mit den Anforderungen der modernen Informationsgesellschaft, da sie die Grundlage für eine erfolgreiche
Nutzung von Technologien in Bildung, Beruf und Alltag bildet (International ICT Literacy Panel, 2002).
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und fehlertoleranter Aufbau, (2) die Nutzung von Normteilen, (3) verschiedene Positio-
nierungshilfen für den Aufbau, (4) die Reduktion von Einzelteilen sowie (5) einheitliche
Materialstärke und Werkzeugdurchmesser.
Für die Schulpraxis, insbesondere um das Artefakt in größerer Stückzahl zeitökono-
misch zu fertigen, gilt außerdem, dass die Rüstzeit (Werkzeugwechsel, Z-Achsen-Ab-
gleich) auf ein Minimum reduziert wird. Hierfür sollte die Konstruktion idealerweise für
den Einsatz einer minimalen Anzahl von Werkzeugen ausgelegt sein. Im besten Fall
könnte der Werkzeugwechsel komplett vermieden werden, wenn bspw. nur ein Werk-
zeugdurchmesser verwendet wird. Im vorliegenden Fall wird einheitlich ein 3mm-Fräser
(Dreischneider) verwendet. Dadurch können sowohl der Vorschub als auch die Teilzu-
stellung maximiert werden.
3 Das Material
3.1 Gehäusekonstruktion B@t-Detektor
Allgemein gilt, dass die größte Bauhöhe der einzubauenden Bauteile die minimale Höhe
des späteren Gehäuses bestimmt. Eine Reduzierung der Bauhöhe kann dabei bspw. durch
Aussparungen in der Grund- und Deckenplatte erreicht werden. Bereits bei dieser Über-
legung können eine Vorauswahl der verwendeten Halbzeuge und die Minimierung der
Einzellagen erfolgen. Da mit einem runden Fräser keine innenliegenden Ecken gefertigt
werden können, müssen derartige Konturen konstruktiv (bspw. durch Anschluss an eine
Folgekontur bzw. Erweiterung der Konstruktion in einer Dimension) oder fertigungs-
technisch (z.B. durch Bohrungen an den Ecken) nachgearbeitet werden. Um Bauteile im
Gehäuse zu fixieren, können verschiedene Wege eingeschlagen werden. Bauteile mit
Verschraubungen benötigen entsprechende Ausschnitte für Schrauben oder (Überwurf-)
Muttern. Bauteile ohne genau definierte Fixierungspunkte erfordern eine andere Heran-
gehensweise, vor allem wenn das Bauteil größere Toleranzen aufweist. Runde Bauteile
können meist in zwei Dimensionen mit Spiel geführt und in einer Dimension gespannt
werden. Ebenso ist es möglich, sie in zwei Dimensionen zu spannen und die dritte Di-
mension außer Acht zu lassen. Dazu wird im Optimalfall die Elastizität des verwendeten
Materials genutzt.
Zu Beginn des Konstruktionsprozesses werden alle einzubauenden Bauteile entspre-
chend ihrer Kontur gezeichnet und innerhalb der geplanten Außenkontur des Gehäuses
ohne Kollisionen angeordnet (vgl. Abb. 2 auf der folgenden Seite). Je nach Artefakt kön-
nen dabei bereits Symmetrien genutzt werden, um die Konstruktion zu vereinfachen.
Bedien- und Anzeigeelemente sowie alle weiteren Durchbrüche müssen aus ästhetischen
Gründen besonders beachtet werden.
Die Bereiche zwischen den Bauteilen und der Außenkontur können nun für Verbin-
dungselemente in Z-Richtung (u.a. Schrauben, Muttern, Dübel) sowie für Spannele-
mente in XY-Richtung (u.a. integrierte Federn, offene Bohrungen/Ausschnitte) genutzt
werden. Die Verbindungen in Z-Richtung sollten eher am Rand der Außenkontur plat-
ziert werden, da diese alle Lagen des Gehäuses betreffen und damit die spätere Leitungs-
führung stark einschränken. Spannelemente (u.a. Federn) müssen sich bei der Klem-
mung in einer Dimension als Antagonist zur Gegenseite abstützen können. Offene
Bohrungen und Ausschnitte hingegen üben kaum Einfluss auf die Konturen aus und wir-
ken eher lokal (vgl. Abb. 3 auf der folgenden Seite).
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Abbildung 2: Einzeichnen der Konturen für Bedien- und Anzeigeelemente (eigene Dar-
stellung)
Abbildung 3: Einzeichnen der Konturen für Verbindungs- und Spannelemente (eigene
Darstellung)
Um die nötige Dimensionierung des Gehäuseinneren in Z-Richtung zu erhalten, müssen
entsprechend der größten Bauteile in dieser Dimension Distanzlagen eingebaut werden.
Ihre Innenkontur darf die Bauteile im Gehäuse nicht schneiden und ergibt zusammen mit
der Außenkontur die Wandstärke des Gehäuses. Wird ein Bauteil in XY-Richtung durch
ein Spannelement gehalten, so sollten die Distanzlagen diesem als Antagonist ein Ge-
genlager bilden. Bohrungen und Ausschnitte zur Klemmung von Bauteilen können durch
die Innenkontur der Distanzlagen geöffnet werden, um Bauteile mit größeren Toleranzen
ohne unnötige Kräfte klemmen zu können (vgl. Abb. 4 auf der folgenden Seite).
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Abbildung 4: Einzeichnen der Konturen für die Distanzlagen (eigene Darstellung)
Bauteile im Deckel oder Boden des Gehäuses können durch einfache Ausschnitte inte-
griert werden. In der Z-Achse integrierte Bauteile benötigen also, sofern diese nicht
rechteckig sind und parallel zur Grund- und Deckfläche eingebaut werden, eine separate
Halteplatte. Da diese in der Dicke durch das Halbzeug definiert ist, müssen über alle
betroffenen Lagen des Gehäuses hinweg entsprechende rechteckige Ausschnitte gesetzt
werden. Natürlich muss auch hierbei die Kontur des Fräsers beachtet werden und müssen
ggf. Bohrungen an den Ecken gesetzt werden (vgl. Abb. 5).
Abbildung 5: Einzeichnen von Ausschnitten am Gehäuse (eigene Darstellung)
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Die letzte Lage des Gehäuses kann genutzt werden, um weiteren Platz für die eingebau-
ten Bauteile in Form von Sacklöchern oder Vertiefungen zu schaffen. Bohrungen für
durchgehende Verschraubungen müssen natürlich beibehalten werden (vgl. Abb. 6).
Abbildung 6: Einzeichnen von Sacklöchern und Vertiefungen (eigene Darstellung)
Nachdem alle Schritte durchlaufen wurden, wird die komplette Zeichnung entsprechend
der Anzahl der Lagen kopiert. Dann werden in den einzelnen Lagen die nicht relevanten
Linien gelöscht oder besser in einen inaktiven Zustand (Doku-Layer, Layer ohne Tech-
nologiedaten) geändert. Den relevanten Lagen werden im Anschluss die Fräsdaten
(Technologien) zugewiesen. Dabei sollte von innen nach außen vorgegangen werden.
Kleinere Ausschnitte können als Sackloch ausgeführt werden. Dies erhöht zwar die Fräs-
zeit und vermindert die Standzeit, verhindert aber ein Verklemmen des ausgeschnittenen
Teils und oft auch den dadurch ausgelösten Abbruch des Werkzeugs (vgl. Abb. 7).
Abbildung 7: Kopieren der unterschiedlichen Lagen (eigene Darstellung)
Wichtige Aspekte für eine erste Optimierung des Prototyps nach der Fertigung sind
(1) die Reduktion des Materialverbrauchs, (2) die Minimierung der Fertigungszeit sowie
(3) ein zeiteffizientes Ein- und Ausspannen an der Kosy-Isolationsfräse. Durch eine op-
timierte Anordnung der Zeichnungsteile auf dem Material kann eine Reduktion des Ma-
terialeinsatzes erzielt werden. Dabei muss die mögliche Bearbeitungsfläche der Kosy-
Isolationsfräse beachtet und wenn nötig die Fertigungsdatei geteilt werden. Die Bearbei-
tungszeit kann durch eine Erhöhung des Vorschubs oder durch die Verringerung der
Teilzustellung erfolgen. Da sich die beiden Maßnahmen widerstreben, muss je nach Ma-
terial ein geeigneter Kompromiss gefunden werden. Die Standzeit des Werkzeugs ist in
diesem Kontext ein weiterer Faktor, der in Balance mit der Bearbeitungszeit gehalten
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werden muss. Unnötige Werkzeugwechsel führen zu Zeitverlust und erhöhen die Kosten
für den Fertigungsprozess. Eine für kleine Produktionsserien mit händischer (und ent-
sprechend ungenauer) Vorbereitung sinnvolle Einspannung des Materials sind Schraub-
verbindungen zum Koordinatentisch in Kombination mit einer Schablone für die Ver-
schraubungen. So kann das Material grob von Hand zugeschnitten und dennoch passend
positioniert werden. Für kleine Serien genügt die Fixierung mit Holzschrauben auf einer
zuvor geplanten Auflage aus einer Holzfaserplatte (MDF). Bei größeren Produktionsse-
rien können metrische Schrauben in Kombination mit Einschraubmuttern genutzt wer-
den (vgl. Abb. 8).
Abbildung 8: Fixierung mit Holzschrauben auf einer zuvor geplanten Auflage aus MDF
(eigene Darstellung)
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3.2 Schaltplan B@t-Detektor2
Abbildung 9: Schaltplan des B@t-Detektors (adaptiert und verändert nach https://t1p.
de/90xsa)
Die Signaleingabe erfolgt über einen Ultraschallsensor (Mikrofon). Über den Audiover-
stärker LM386 wird das ankommende Signal 200-fach verstärkt und über einen Konden-
sator an den zweiten Audioverstärker LM386 übergeben, der es wiederum um das
20-fache verstärkt. Der folgende Frequenzteiler CD4024 verringert die Frequenz des
Signals um den Faktor 16 und übergibt dieses per Kondensator an einen weiteren
LM386-Audioverstärker. Dieser steuert den Lautsprecher an und leitet das Signal über
einen Darlington-Transistor weiter. Hierüber werden im Takt des Signals die Vibrati-
onsmotoren geschaltet und die beiden LEDs durch die Überbrückung mit der Schottky-
Diode ausgeschaltet (vgl. Abb. 9).
Bei der Fledermausdetektion bedeutet dies konkret: Wenn die Lernenden während
einer Fledermaus-Exkursion die Ultraschalllaute über das Mikrofon „einfangen“, begin-
nen die Augen der Fledermaus im Takt der umgewandelten Laute zu flackern, und über
die Vibrationsmotoren wird zeitgleich ein haptisches Feedback zur hör- und sichtbaren
Signalausgabe ausgegeben.
Abbildung 10: Benötigte Bauteile für die Platine des B@t-Detektor (eigene Darstellung)
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3.3 Fertigungsplan Platine
Tabelle 1: Benötigte Bauteile und Werkzeuge zur Fertigung der Platine
Stückliste (Menge)
Benötigte Werkzeuge
• Widerstand (1x 10Ω; 1x 1kΩ; 1x 3,3kΩ;
1x 180kΩ)
• IC-Sockel 8-polig (DIP8-Sockel) (3x)
• IC-Sockel 14-polig (DIP14-Sockel) (1x)
• IC LM386 (3x)
• IC CD4024 (1x)
• NPN-Transistor BC517 (1x)
• Elektrolytkondensator (3x 220µF, 2x10µF)
• Folienkondensator (2x 47nF)
• Schottky-Diode BAT 85 (1x)
• Darlington-Transistor BC 517 (1x)
• JST XH 3-Pin Buchse (1x)
• JST XH 2-Pin Buchse (10x)
• Lötzinn (1x)
• Lötkolben (inkl. Lötkolbenhalter, Lötrauchab-
saugung, Löthilfe, Lötschwamm, Lötzinn)
• Entlötpumpe
• Seitenschneider
• Schwamm
• Gummiband
Für einen strukturierten Aufbau wird die Platine
5
beginnend mit den flachen Bauteilen
bestückt. So ist beim Lötvorgang eine Fixierung der Komponenten von der Bestückungs-
seite her möglich. Um den Überblick zu behalten und möglichst leicht an die neuen Bau-
teile (vgl. Abb. 10 auf der vorhergehenden Seite) heranzukommen, werden nach jedem
Lötvorgang die überstehenden Drähte abgeschnitten. Damit die Bauteile wie gewünscht
an der richtigen Position bleiben, können die Drähte auf der Verbindungsseite leicht nach
außen gebogen werden. Bauteile mit kurzen Anschlüssen müssen von der Bestückungs-
seite her fixiert werden. Dies kann bspw. durch Auflegen einer kleinen Platte vor dem
Wenden der Platine erfolgen. Eine weitere Möglichkeit gegen ein „Wandern“ der Kom-
ponenten ist die Fixierung mit einem Schwamm und einem Gummiband (vgl. Tab. 1).
So können auch Bauteile unterschiedlicher Höhe zusammen verlötet werden. Die Löt-
hilfe („Dritte Hand“) kann ebenfalls zum Beschweren der Platine genutzt werden (vgl.
Abb. 11).
Abbildung 11: Hilfsmittel für den strukturierten Aufbau der Platine (eigene Darstellung)
Die im Gehäuse verbauten Komponenten (vgl. Abb. 12 auf der folgenden Seite sowie
Kap. 3.4: Fertigungsplan des Gehäuseprototypen) werden nach dem Einbau mit den ent-
sprechenden Buchsen verbunden; daher ist bei der Verkabelung auf die richtige Polung
zu achten.
5
Eine ausführliche Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Fertigung der Platine mit der Kosy-Isolationsfräse und
NCCAD9 findet sich z.B. unter https://youtu.be/FRsDOOFp_t8.
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Abbildung 12: Beschreibung der Anschlüsse (eigene Darstellung)
Schritt 1 (Widerstände und Schottky-Diode): Im ersten Schritt wird die Platine mit den
Widerständen (10Ω, 1kΩ, 3,3kΩ, 180kΩ) und der Schottky-Diode BAT 85 bestückt.
Anschließend wird die Platine gewendet, und die jeweiligen Bauteile werden auf der
Verbindungsseite verlötet. Die überstehenden Drähte werden mit einem Seitenschneider
abgeschnitten (vgl. Abb. 13).
Abbildung 13: Widerstände und Schottky-Diode (eigene Darstellung)
Schritt 2 (DIP-Sockel): Im zweiten Schritt wird die Platine mit den drei DIP8-Sockeln
und dem DIP14-Sockel bestückt. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Einbuchtung der
Sockel in die richtige Richtung zeigt. Anschließend wird die Platine gewendet, und die
Bauteile werden auf der Verbindungsseite verlötet. Die überstehenden Drähte werden
mit einem Seitenschneider abgeschnitten (vgl. Abb. 14).
Abbildung 14: DIP-Sockel (eigene Darstellung)
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Schritt 3 (Folienkondensatoren): Im dritten Schritt wird die Platine mit den beiden Foli-
enkondensatoren (47nF) bestückt. Anschließend wird die Platine gewendet, und die Bau-
teile werden auf der Verbindungsseite verlötet. Die überstehenden Drähte werden mit
einem Seitenschneider abgeschnitten (vgl. Abb. 15).
Abbildung 15: Folienkondensator (eigene Darstellung)
Schritt 4 (Buchsen): Im vierten Schritt wird die Platine mit den zehn 2-poligen JST-XH-
Buchsen und mit der 3-poligen JSTH-XH-Buchse bestückt. Anschließend wird die Pla-
tine gewendet, und die Bauteile werden auf der Verbindungsseite verlötet. Die überste-
henden Drähte werden mit einem Seitenschneider abgeschnitten (vgl. Abb. 16).
Abbildung 16: Buchsen (eigene Darstellung)
Schritt 5 (Darlington-Transistor): Im fünften Schritt wird die Platine mit dem Darling-
ton-Transistor (BC 517) bestückt. Hierbei muss auf die Einbaurichtung geachtet werden.
Anschließend wird die Platine gewendet, und die Bauteile werden auf der Verbindungs-
seite verlötet. Die überstehenden Drähte werden mit einem Seitenschneider abgeschnit-
ten (vgl. Abb. 17).
Abbildung 17: Darlington-Transistor (eigene Darstellung)
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Schritt 6 (Elektrolytkondensatoren und IC-Bausteine): Im sechsten Schritt wird die Pla-
tine mit den insgesamt fünf Elektrolytkondensatoren (3x 220µF, 2x 10µF) bestückt, und
die IC-Bausteine (3x IC LM386, 1x IC CD4024) werden in die jeweiligen Fassungen
gesteckt. Hierbei ist auf die Polung der Komponenten zu achten. Anschließend wird die
Platine gewendet, und die Elektrolytkondensatoren werden auf der Verbindungsseite
verlötet. Die überstehenden Drähte werden mit einem Seitenschneider abgeschnitten
(vgl. Abb. 18).
Abbildung 18: Elektrolytkondensator und IC-Bausteine (eigene Darstellung)
3.4 Fertigungsplan des Gehäuseprotypen
Tabelle 2: Benötigte Bauteile und Werkzeuge zur Fertigung des Gehäuses (eigene Dar-
stellung)
Stückliste (Menge)
Benötigte Werkzeuge
• Druckschalter TS-425A (4x)
• Ultraschallsensor MUS-40E (1x)
• Vibrationsmotor 10x2,6mm 3V (2x)
• M5-Mutter (3x)
• Holzdübel 5x25mm (2x)
• Holzleim (1x)
• Lötzinn (1x)
• Schrumpfschlauch 2mm (4x)
• Schrumpfschlauch 4mm (2x)
• Panheadschraube 4x10mm (2x)
• Linsenkopfschraube M5x25mm (3x)
• Kleiner Schlosserhammer
• Schleifleine (120er-Körnung)
• Lineal
• Abisolierzange
• Lötkolben
• Löthilfe („Dritte Hand“)
• Lötrauchabsaugung
• Seitenschneider
• Feuerzeug
• Kreuzschlitzschraubendreher PZ2
Schritt 1 (Vorbereitung der Gehäuseteile): Im ersten Schritt werden alle Gehäuseteile
einzeln verschliffen. Hierzu werden Schleifleinen, Schleifpapier oder Schleifflies mit ei-
ner möglichst feinen Körnung verwendet (etwa 120er-Körnung) (vgl. Abb. 19 auf der
folgenden Seite).
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Abbildung 19: Vorbereitung der Gehäuseteile (eigene Darstellung)
Schritt 2 (Zusammenbau der Gehäuseteile): Im zweiten Schritt wird zunächst das Ge-
winde der M5-Mutter durch Eindrehen einer Schraube überprüft. Anschließend wird die
M5-Mutter unter Zuhilfenahme einer M5-Schraube und eines Hammers in Gehäuse-
teil 1 eingesetzt. In die „Ohren“ der Fledermaus werden unter Zuhilfenahme eines Ham-
mers 5x25mm-Holzdübel als Montagehilfe eingesetzt. Diese dienen der sicheren Positi-
onierung der Folgeteile (vgl. Abb. 20).
Abbildung 20: Einsetzen der M5-Mutter und der 5x25mm-Holzdübel (eigene Darstel-
lung)
Gehäuseteil 2 wird dünn mit Holzleim eingestrichen. Anschließend wird der überschüs-
sige Leim abgewischt und Gehäuseteil 2 auf Gehäuseteil 1 aufgesetzt. Eine weitere M5-
Schraube hilft bei der Positionierung. Analog dazu werden Gehäuseteil 3 dünn mit Holz-
leim eingestrichen, der überschüssige Leim abgewischt und Gehäuseteil 3 auf die bereits
verleimten Gehäuseteile 1 und 2 aufgesetzt. Eine weitere M5-Schraube hilft bei der Po-
sitionierung (vgl. Abb. 21 auf der folgenden Seite).
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Abbildung 21: Verleimen der Gehäuseteile 1, 2 und 3 (Trocknungszeit etwa 15–20 Mi-
nuten) (eigene Darstellung)
Die Halterung des Ultraschallempfängers wird dünn mit Leim bestrichen und so in die
bereits verleimten Gehäuseteile 1, 2 und 3 eingesetzt, dass das Montageloch nach oben
versetzt ist. Nach Abbinden des Leims kann die Kontaktseite flach liegend unter Zuhil-
fenahme eines Schleifpapieres plan geschliffen werden (etwa 120er-Körnung). Das fer-
tige Gehäuse (ohne den Gehäusedeckel) wird ebenfalls nochmals verschliffen (vgl.
Abb. 22).
Abbildung 22: Einleimen der Halterung für den Ultraschallempfänger (Trocknungszeit
etwa 15–20 Minuten) (eigene Darstellung)
Schritt 3 (Vorbereiten der Komponenten für das Gehäuse): Die Kabel zum Anschluss
der Komponenten werden mit einem Seitenschneider auf die entsprechenden Längen ge-
kürzt (vgl. Tab. 3 sowie Abb. 23 auf der folgenden Seite). Gemessen wird immer vom
Beginn des Steckers.
Tabelle 3: Kabellängen (eigene Darstellung)
Komponenten (Anzahl)
Kabellänge in mm
LEDs (2x)
140
Ultraschallempfänger (1x)
140
Potentiometer (1x)
100
Vibrationsmotor (1x)
100
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Komponenten (Anzahl)
Kabellänge in mm
Lautsprecher (1x)
60
Batterie (bis Clip) (1x)
110
Hauptschalter (1x)
100
LED-Schalter (1x)
110
Motorschalter (1x)
70
Lautsprecherschalter (1x)
90
Abbildung 23: Komponenten mit entsprechenden Anschlusskabeln (eigene Darstellung)
Die Kabelenden werden auf einer Länge von 5mm abisoliert, verdrillt und vorverzinnt
(dabei gilt: Bauteil erhitzen, Lot am Bauteil schmelzen). Anschließend werden die Bau-
teile (vgl. Tab. 2 auf S. 75) mit den Steckern verbunden (vgl. Abb. 23 von links nach
rechts):
● Druckschalter: Die vier Druckschalter werden mit den entsprechenden Anschluss-
kabeln (Hauptschalter, LED-Schalter, Motorschalter, Lautsprechschalter; Tab. 3)
verlötet.
● Vibrationsmotoren: Beide Vibrationsmotoren werden aufeinander geklebt und de-
ren Kabel auf 40mm gekürzt. Über das Verlöten der Verbindungskabel von rot
nach schwarz (blau) werden beide Vibrationsmotoren in Reihe geschaltet und die
Verbindung mit einem Stück Schrumpfschlauch isoliert. Die beiden verbleibenden
Enden werden mit dem Anschlusskabel (Tab. 3) verlötet. Über alle drei Verbin-
dungen wird ein Stück Schrumpfschlauch geschoben und verschrumpft. Dadurch
entsteht eine Entlastung für die drei Lötstellen, und die dünnen Kabel der Vibrati-
onsmotoren werden vor einem Unterbruch geschützt.
● LEDs: Die beiden LEDs werden vor dem Lötvorgang in ihre Halterung aus Neo-
pren eingeschoben und anschließen mit den entsprechenden Anschlusskabeln ver-
lötet. Es ist auf die Polung zu achten.
● Potentiometer: Das Potentiometer wird mit dem entsprechenden Anschlusskabel
verlötet. Es ist darauf zu achten, dass der Mittelabgriff (weißes Kabel) an der rich-
tigen Stelle sitzt. Mit einem Seitenschneider muss außerdem die Verdrehsicherung
(Nippel) des Potentiometers entfernt werden.
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● Batterie-Clip: Der Batterie-Clip und das zugehörige Anschlusskabel werden beide
auf die richtige Länge gekürzt. Anschließend werden zwei Schrumpfschläuche
über die Kabel gezogen und die Kabel verlötet. Nach dem Lötvorgang werden die
Verbindungen über die Lötstellen geschoben und verschrumpft.
● Ultraschallempfänger: Der Ultraschallempfänger wird mit dem entsprechenden
Anschlusskabel verlötet.
● Lautsprecher: Der Lautsprecher wird mit den entsprechenden Anschlusskabeln
verlötet. Es ist auf die Polung zu achten.
Schritt 4 (Einbau der Komponenten in das Gehäuse): Der Lautsprecher und das Potenti-
ometer werden in die Aussparungen gesetzt und mithilfe der Unterlegscheibe und der
Flachmutter am Gehäuse verschraubt. Die Bohrung für den Ultraschallsensor wird vor-
sichtig mit einer Rundfeile erweitert, bis der Sensor mit leichtem Druck händisch einge-
schoben werden kann (vgl. Abb. 24).
Abbildung 24: Einsetzen des Lautsprechers, Potentiometers (links) und Ultra-
schallsensors (rechts) (eigene Darstellung)
Anschließend werden die LEDs in die vorgesehenen Bohrungen eingesetzt; dabei sollten
die Kabel der LEDs auf der rechten Seite des Ausschnitts für den Lautsprecher austreten.
Auf der linken Seite folgen das Potentiometer- und Ultraschallsensorkabel. Nun ist ge-
nug Platz, um die Platine (vgl. Kap. 3.3: Fertigungsplan Platine) einzusetzen, mit zwei
4x10mm-Linsenkopfschrauben zu verschrauben und die entsprechenden Stecker in die
Buchsen zu stecken (vgl. Abb. 25).
Abbildung 25: Einsetzen der Platine und Verkabelung von Lautsprecher, Potentiometer
und Ultraschallsensor (eigene Darstellung)
Es folgen das Einsetzen der Druckschalter (LED-Schalter, Motorschalter, Hauptschalter,
Lautsprecherschalter) in die dafür vorgesehenen Bohrungen sowie die Verschraubung
der Schalter an der Innenseite des Gehäuses und deren Verkabelung (vgl. Abb. 26 auf
der folgenden Seite).
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Abbildung 26: Einsetzen der Druckschalter und Verkabelung von Haupt-, LED-, Motor-
und Lautsprecherschalter (Bestückung von links nach rechts) (eigene
Darstellung)
Die Vibrationsmotoren werden in die dafür vorgesehene Aussparung unten rechts ge-
drückt und verkabelt (vgl. Abb. 27).
Abbildung 27: Einsetzen der Vibrationsmotoren und deren Verkabelung (Bestückung
und Verkabelung von links nach rechts) (eigene Darstellung)
Für die Stromversorgung fehlt nun noch die 9V-Batterie, welche in die vorgesehene Aus-
sparung gedrückt und verkabelt wird (vgl. Abb. 28).
Abbildung 28: Einsetzen der Batterie und deren Verkabelung
Für einen ersten Funktionstest wird der Gehäusedeckel mit 5x25mm-Linsenkopfschrau-
ben mit dem Gehäuse verschraubt (vgl. Abb. 29 auf der folgenden Seite).
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Abbildung 29: Fertige Gamepad-Fledermaus (eigene Darstellung)
4 Theoretischer Hintergrund
Gamification
Gamification bezeichnet die Anwendung spieltypischer Elemente wie Punkte, Ranglis-
ten, Belohnungen oder Herausforderungen in nicht-spielerischen Kontexten, um das En-
gagement und die Motivation der Teilnehmenden zu steigern. Durch die spielerische
Gestaltung von Aufgaben werden Nutzer*innen motiviert, aktiv und mit Freude zu ler-
nen oder bestimmte Ziele zu erreichen.
Analoge Gamification bezieht sich auf die Anwendung von Gamification-Prinzipien
in einem physischen, nicht-digitalen Umfeld. Dies kann z.B. durch Brettspiele, Karten,
Rollenspiele oder interaktive Lernumgebungen geschehen, in denen Spielmechanismen
genutzt werden, um den Lernprozess oder die Zusammenarbeit zu fördern, ohne den
Einsatz von digitalen Technologien (Mee Mee et al., 2021, 2022; Rao et al., 2022; Wartig
& Stinken-Rösner, 2024).
Immersives Lernen
Immersives Lernen ist eine Methode, die es Lernenden ermöglicht, in eine vollständig
realitätsnahe oder fiktive Umgebung einzutauchen, in der sie durch direkte Erfahrung
und Interaktion lernen können. Dies kann durch Virtual Reality (VR), Augmented Rea-
lity (AR) oder andere medienbasierte Ansätze erfolgen. Ziel ist es, das Lernen durch
intensives Erleben und die emotionale Beteiligung zu vertiefen.
Immersives Lernen durch analoge Gamification kombiniert die intensive Einbindung
von Lernenden in eine realitätsnahe oder fiktive Umgebung mit spielerischen, nicht-di-
gitalen Elementen. Dabei werden Lernende in physische Lernumgebungen oder Szena-
rien eingebettet, die durch analoge Spielelemente wie Rollenspiele, Simulationen oder
kreative Projekte gestaltet sind. Diese Umgebung fördert das aktive, handlungsorien-
tierte Lernen, indem sie den Lernprozess spannend und interaktiv macht. Durch das Ein-
tauchen in solche analogen, spielerisch gestalteten Szenarien wird das Lernen intensiver
und nachhaltiger, da es sowohl emotionale als auch kognitive Beteiligung der Lernenden
erfordert (Schön et al., 2016; Tarantini, 2021; Wölfel, 2023).
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Flow-Erleben
Flow-Erleben beschreibt einen Zustand, in dem eine Person vollständig in eine Aufgabe
vertieft ist, dabei ein hohes Maß an Konzentration und Freude empfindet und das Zeit-
gefühl verliert. Dieser Zustand wird häufig durch ein Gleichgewicht zwischen den An-
forderungen der Aufgabe und den Fähigkeiten des Einzelnen erreicht und ist besonders
förderlich für effektives Lernen und hohe Leistungsfähigkeit (Csikszentmihalyi, 2009;
Oliveira et al., 2022; Rheinberg et al., 2003).
Maker Education
Maker Education ist ein Bildungsansatz, der das praktische, handlungsorientierte Lernen
durch kreative Projekte und die Arbeit in sogenannten „Makerspaces“ fördert. Lernende
entwickeln dabei durch das Experimentieren mit Werkzeugen, Materialien und Techno-
logien neue Fähigkeiten und setzen Ideen in greifbare Ergebnisse um. Dieser Ansatz
betont Selbstbestimmung, Problemlösung und kollaboratives Lernen (Blikstein et al.,
2023; Hsu et al., 2017; Meißner, 2022; Stilz et al., 2020).
Situiertes Lernen
Situiertes Lernen basiert auf der Idee, dass Wissen am besten in dem Kontext erworben
wird, in dem es später angewendet werden soll. Lernende entwickeln Fähigkeiten und
Wissen durch direkte Erfahrungen in realitätsnahen Situationen oder durch authentische
Aufgaben. Dieser Ansatz betont die Bedeutung von sozialer Interaktion und der Verbin-
dung von Theorie und Praxis im Lernprozess (Rank et al., 2012; Scharnhorst, 2001;
Schmohl, 2021).
5 Erfahrungen: Erste Pilotierung und Adaptierung vom
technischen Artefakt hin zum Einsatz in der (Hoch-)Schule
Das im Beitrag beschriebene Vorgehen eignet sich zur Fertigung als technisches Artefakt
im Technikunterricht, um hier sowohl Holz- und Lötarbeiten als auch die Einbindung
von modernen Maker-Werkzeugen im Unterricht zu adressieren. Im Hinblick darauf,
dass es nicht in allen Bundesländern Technik als Fach gibt, können hier Adaptionen im
Fertigungsprozess vorgenommen werden, um den Einsatz in der Schule möglichst bar-
rierearm zu gestalten.
Der B@t-Detektor soll von der Primarstufe bis zur höheren Sekundarstufe 1 einge-
setzt werden. Verwirklicht wird dies durch Scaffolding
6
und durch folgende Adaptions-
möglichkeiten:
1. Drei Versionen der Bausätze werden realisiert. Schulen können zukünftig auf
vorgefertigte oder teilweise montierte Bausätze zurückgreifen, die nur einfache
Werkzeuge wie Schraubendreher oder Zangen erfordern. Diese Bausätze redu-
zieren die Notwendigkeit von schwerem Gerät, während die Schüler*innen den-
noch das technische Konzept und die Funktionsweise des Artefakts erlernen. Für
die Primarstufe ist hierzu eine vollmontierte Platine, auf der nichts mehr gelötet
6
„Scaffolding“ ist ein pädagogisches Konzept, das die gezielte Unterstützung von Lernenden während ihres
Lernprozesses beschreibt. Der Begriff leitet sich von dem englischen Wort für „Gerüst“ ab und bezieht
sich auf die temporäre Hilfe, die Lehrkräfte oder erfahrenere Peers bieten, um die Lernenden beim Errei-
chen eines höheren Verständnisses oder der Bewältigung von Aufgaben zu unterstützen. Diese Unterstüt-
zung wird schrittweise zurückgenommen, sobald die Lernenden zunehmend in der Lage sind, die Aufgabe
eigenständig zu bewältigen. Scaffolding hilft, den Lernprozess zu strukturieren und Lernende in ihrem
eigenen Tempo zum Erfolg zu führen.
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werden muss, in Entwicklung. Lediglich die Bauteile selbst sind noch zu bear-
beiten; so müssen Kabel an Schalter gelötet werden und am Ende die Bauteile
nach Anleitung auf die Platine gesteckt werden. Für die niedrige Sek 1 (Klassen
5–7) können erste leichte Löterfahrungen auch mit Platinenlöten gemacht wer-
den, indem größere Bauteile wie Kondensatoren und Widerstände aufgelötet
werden. So kann der präzisere Umgang mit Lötkolben und Werkzeugen geübt
werden. Für erfahrene Lernende (Klassen 8–10) wird die Platine unbestückt an-
geboten werden, und alle Lötpunkte müssen selbst gesetzt werden. Für jede Ver-
sion wird es diverse Anleitungen (Bild, Bild+Text, Bild+Text+Vorlesefunktion)
geben und ebenso eine Schritt-für-Schritt-Videoanleitung.
Für Design und Adaptionen des Gehäuses können
2. digitale Simulationen und Modelle genutzt werden. Anstelle der physischen Her-
stellung können Lehrkräfte digitale Werkzeuge wie CAD-Software oder Simula-
tionen einsetzen, um das Artefakt virtuell zu erstellen und zu testen. So können
Schüler*innen das Design und die Funktionsweise verstehen, ohne physische
Materialien zu benötigen.
Des Weiteren kann durch die
3. Verwendung von einfacheren Materialien die Zugänglichkeit für Lehrende und
Lernende erhöht werden. Anstelle von komplexen oder schwer zu bearbeitenden
Materialien können alternative, schulgeeignete Materialien verwendet werden,
die leichter zu handhaben sind. Dies könnten Karton, Holz, Kunststoff oder 3D-
Drucke sein, die mit einfacheren Werkzeugen bearbeitet werden können.
Die Arbeit mit einem Lötkolben erfordert Konzentration und Zeit. Daher kann die Arbeit
am Detektor auch in ein
4. modulares Lernkonzept überführt werden. Hier wird der Lernprozess dann in
kleinere, modulare Einheiten aufgeteilt, bei denen Schüler*innen jeweils an ei-
nem spezifischen Teil des Projekts arbeiten, das mit den verfügbaren Ressourcen
in der Schule machbar ist. Anschließend werden die einzelnen Teile zu einem
Gesamtkonzept zusammengefügt.
Diese Ansätze ermöglichen es, zukünftig auch Lernprozesse für komplexe technische
Konzepte im schulischen Kontext zu initiieren, ohne dass eine vollständige Werkstatt
vorhanden sein muss. Die Schüler*innen erhalten dennoch ein tiefes Verständnis der
Materie, indem sie durch kreative und praktische Methoden an das Thema herangeführt
werden.
In der Pilotierung des Bausatzes wurde mit unbestückten Platinen, also mit der Version
für die erfahrene Sek 1, gearbeitet und das Vorgehen mit einer entsprechenden Schritt-
für-Schritt-Anleitung mit Detailbildern angeleitet. Dazu haben sowohl Studierende als
auch Mitarbeitende an den beiden Standorten Pädagogische Hochschule Schwäbisch
Gmünd und Leuphana Universität Lüneburg den B@t-Detektor angefertigt und Feed-
back auf das Vorgehen, die Anleitung und den Gamification-Aspekt der Anwendung
gegeben. Ebenso wurde das Potenzial eingeschätzt, wie der Einsatz in der Schule gelin-
gen kann. Das beschriebene Vorgehen wurde mit unterschiedlicher Ausstattung simu-
liert; so wurde in Schwäbisch Gmünd der B@t-Detektor mit Technik-Lehramtsstudie-
renden (n = 8) so angefertigt, wie hier in diesem Beitrag beschrieben.
Die Technikstudierenden in Schwäbisch Gmünd gaben im Anschluss an die Fertigung
in einer Gruppendiskussion Feedback. Alle Studierenden können sich gut vorstellen, den
Detektor in ihrem zukünftigen Technikunterricht anzufertigen, u.a.:
Ich denke, dass das Projekt in der Schule auf jeden Fall gut umsetzbar ist. Ich bin überzeugt,
dass man es so gestalten und anpassen kann, dass es auf verschiedenen Niveaus gut funkti-
oniert. Dadurch wird es für die Schüler nicht nur machbar, sondern auch zu einem wirklich
einzigartigen Projekt (P8).
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Allerdings ist es aus ihrer Sicht wichtig, ausreichend Zeit für die Wiederholung elektro-
technischer Grundlagen, für die detaillierte Besprechung des Schaltplans und gegebe-
nenfalls für eine systematische Fehlersuche auf der Platine einzuplanen. Problematisch
und zeitaufwendig werden insbesondere die Lötarbeiten an der Platine angesehen:
Am Anfang war es für mich auch ziemlich schwierig, da ich schon eine Weile nicht mehr
gelötet hatte. Die Arbeit war extrem fein und anspruchsvoll, was mir anfangs wirklich
schwerfiel. Ich kann mir gut vorstellen, dass Schülerinnen und Schüler schnell die Motiva-
tion verlieren könnten, wenn ein gewisses Frustrationslevel erreicht wird. Dadurch lässt die
Konzentration nach, was die Arbeit noch schwieriger macht. So ging es mir zumindest am
Anfang. Aber sobald man ein bisschen Übung hat und in den Flow kommt, wird es natürlich
besser (P4).
Positiv und motivierend werden die verschiedenen Gamification-Elemente gesehen:
Man könnte jedoch diskutieren, ob nicht die Suche selbst das eigentliche Spiel ist – also
weniger das Finden der Fledermaus, sondern vielmehr der Weg dorthin. Es erinnert ein
wenig an Pokémon Go, das damals sehr populär war. In diesem Fall wäre es ähnlich, nur
mit einem realeren Bezug, da man tatsächlich draußen unterwegs ist und nach Fledermäu-
sen sucht. Ich finde, das ist ein guter Vergleich: eine Art Pokémon Go, aber für Fledermäuse
und mit einem stärkeren Bezug zur realen Natur (P6).
In Lüneburg wurde auf die technische Anfertigung des Gehäuses aus Holz verzichtet und
stattdessen das Gehäuse aus dem 3D-Drucker hergestellt und verwendet. Zudem wurde
eine Adaption der Anleitung vorgenommen. Die Proband*innen (n = 25) in Lüneburg
haben im Rahmen einer Lötwerkstatt den Detektor angefertigt und hatten wenig bis keine
Löterfahrung. Am Ende der Lötwerkstatt füllten die Teilnehmenden einen Feedback-
bogen aus.
In der qualitativen Auswertung der Feedbackbögen wurde deutlich, dass die Aufgabe in
der Version für die höhere Sek 1 anspruchsvoll ist und die Anleitungen sehr kleinschrit-
tig sein müssen. Die Anleitung, ergänzt mit Text und Hinweispfeilen auf bestimmte Bau-
teile, muss kleinschrittig und qualitativ hochwertig fotografiert sein. Vorgänge müssen
präzise formuliert und gut sichtbar sein, damit Laien auch im eigenen Lerntempo arbei-
ten können. Dabei ist es zudem wichtig, Bauteile immer genau zu benennen und keine
Abkürzungen zu verwenden.
Der Zeitaspekt des Lötens der Bauteile selbst liegt bei unerfahrenen Personen bei etwa
180 Minuten. Das Löten der Platine liegt je nach Erfahrung des*der Lötenden ebenfalls
bei 180 Minuten. Insgesamt können das Löten der Bauteile, das vollständige Löten der
Platine und der Einbau in das 3D-gedruckte Gehäuse entsprechend auf ca. 360 Minuten
+/– 90 Minuten zusammengefasst werden.
Die Anleitung wurde mehrmals überarbeitet, und die Instruktionen für das Löten der
Bauteile und die Anleitung des Lötens der Platine wurden getrennt, um eine Überforde-
rung zu verringern. So können die beiden Löteinheiten je nach Schwierigkeit und An-
gabe der Erfahrung durch Lernende differenziert und noch weiter aufgeteilt werden.
Das Löten der Bauteile wurde hierbei als einfacher wahrgenommen als das Löten der
Platine selbst. Gerade von Personen, die selten bis nie gelötet haben, wurde das Löten
der Bauteile als Übung wahrgenommen und als Kennenlernen des Lötkolbens sowie des
Umgangs mit Lötzinn. Empfohlen wird hier, um die gelöteten Bauteile zu testen, eine
fertige Platine zur Verfügung zu stellen, sodass von den Personen selbst getestet werden
kann, ob die Bauteile richtig mit den Kabeln der Steckverbindungen verlötet wurden.
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Beitragsinformationen
Zitationshinweis:
Pfeifer, J., Krebs, A.-K. & Nepper, H.H. (2024). Konstruktion und Fertigung eines Fledermausdetektors.
Gestaltungsgrundlage für die Initiierung immersiver Lernerfahrungen mittels Gamification im Technik-
Unterricht. DiMawe – Die Materialwerkstatt, 6 (1), 62–88. https://doi.org/10.11576/dimawe-7468
Online verfügbar: 21.10.2024
ISSN: 2629–5598
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