Förderverein Gymnasium Kronshagen

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Beschreibung der Ausgestaltung des Projektes „Entwicklung und Optimierung von Lautsprechern“

1. Das Projekt

Hören ist der stärkste Sinneseindruck, den es gibt. (Musikalische) Klänge optimal zu vermitteln, ist eine hohe technische Herausforderung. Erst auf einem relativ hohen technischen Niveau gelingt es, eine Verbindung von Sinneseindrücken, Gefühlen und Ästhetik herzustellen.
Des Weiteren soll dieses Projekt zwei weiteren Umständen Rechnung tragen: Die mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächer werden eher von Jungen bevorzugt, wohingegen die Mädchen sich aus verschiedenen Gründen (eigene Unterschätzung / Angst vor Überforderung, vermeintlich fehlende kreative und kommunikative Gestaltungs¬möglichkeiten innerhalb eines technischen Projektes etc.) oftmals weniger beteiligen. Außerdem wird die Darstellung der fertigen Projekte im Rahmen einer Ausstellung oder einer einmaligen Präsentation als relativ unbefriedigend empfunden, und auch das Endergebnis scheint oftmals nicht widerzuspiegeln, was an Arbeit, Gedankenleistung und Engagement investiert wurde, andererseits kommen häufig auch die durchweg als positiv empfundenen Gruppenprozesse einer konstruktiven Teamarbeit nicht zum Ausdruck.

Die Leitfragen unseres Projektes lauten daher:

• Wie werden Lautsprecher entwickelt und in ihren Leistungen optimiert?
• Wie können die Ideenfindung, der Arbeitsprozess und das Endergebnis dokumentiert und einer breiteren Schulöffentlichkeit sowie anderen MINT-Schulen zur Verfügung gestellt werden, so dass der Austausch bzgl. weiterer Projekte initialisiert und intensiviert werden kann?

Mit Rückgriff auf diese zwei Fragestellungen möchten wir das Projekt mit zwei Schülergruppen durchführen – die erste Gruppe besteht aus eher technisch interessierten Schülerinnen und Schülern, die sich vorrangig mit der Entwicklung der Lautsprecher beschäftigt, wohingegen die zweite Gruppe sich um die Dokumentation, die Präsentation und die Kommunikation des Projektes nach außen kümmert.

Erste Gruppe:
Die Schülerinnen und Schüler haben bei diesem Projekt zunächst die Aufgabe, sich in die Grundprinzipien eines Lautsprechers (elektrodynamisches Prinzip) einzuarbeiten und diese zu verstehen und dies anschließend im Bau eines einfachen Lautsprechermodells umzusetzen.
Fernziel ist die Optimierung dieser Grundkonstruktion, so dass das Signal in einem möglichst breiten Frequenzbereich verstärkt und gleichmäßig in Schalldruck umgesetzt werden kann. Außerdem soll dabei u.U. entstehendes Rauschen möglichst optimal herausgefiltert werden. Problematisch bei der Entwicklung von Lautsprechern ist weiterhin der sehr geringe Wirkungsgrad, der mit einer starken Entwicklung von Wärme einhergeht. Auch die mechanische Stabilität bei allen Frequenzen ist eine Herausforderung, der man sich bei diesem Projekt stellen muss.
Am Ende des Projektes sollen die entwickelten Lautsprecher im Rahmen des Physik- und Technikunterrichtes sowohl als Lautsprecher als auch als Anschauungsobjekt für die Funktionsweise eingesetzt werden. Die Ergebnisse werden von den Schülerinnen und Schülern als „Experten“ den Technikkursen unserer Schule und weiterer MINT-EC-Schulen in Schleswig Holstein (Klaus-Groth-Schule in Neumünster und Gymnasium Trittau) präsentiert.
Dabei werden aus den Fachgebieten Physik und Elektrotechnik die Themenbereiche „Untersuchung von Schallwellen, Resonanz, Dämpfung von Schwingungen und Verstärkungstechnik“ behandelt.

Zweite Gruppe:
Die Schüler und Schülerinnen dieser Gruppe haben die Aufgabe, das oben beschriebene Projekt zu begleiten und zu dokumentieren, was voraussetzt, dass sie sich zunächst mit den Möglichkeiten des iPads bzgl. Bild-/ Ton- und Textdokumentation auseinandersetzen und sich Grundkenntnisse im Bedienen der entsprechenden Apps aneignen. Des Weiteren stehen sie in engem Kontakt zur ersten Gruppe, nehmen an den Sitzungen teil und dokumentieren die Entwicklung des Projektes. Außerdem bereiten sie eine Präsentation des Projekts für die Schulöffentlichkeit vor evtl. geschieht das auch jeweils zeitaktuell durch das Gestalten eines Blogs auf der Schulhomepage. In regelmäßigen Abständen sollen ebenfalls die zwei MINT-Schulen aus Neumünster und Trittau eingebunden werden, und zwar in Form von Online-Veranstaltungen über iPads und die App FaceTime (falls dort vorhanden) bzw. über die Laptops oder andere mobile Geräte wie eigene Smartphones (über AdobeConnect).

Das Angebot richtet sich an interessierte und leistungsorientierte Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 8 und 9. Es muss ein schriftlicher Bewerbungsbogen mit einem Motivationsschreiben eingereicht werden, der dann maßgeblich für die Auswahl der Schülerinnen und Schüler ist. Entscheidend ist die Motivation der Schülerinnen und Schüler für ein solches Projekt, nicht die Noten in den betreffenden Fächern. Die Anzahl der Teilnehmer ist auf maximal 10 pro Gruppe begrenzt, da sonst eine intensive Betreuung nicht möglich wäre.
Die Teilnehmer erhalten nach erfolgreicher Teilnahme eine Urkunde der Schule sowie eine Auszeichnung im Rahmen einer Jahrgangsstufenversammlung. Da das Gymnasium Kronshagen die Anwartschaft im Verein MINT-EC erhalten hat, ist für derartige Aktivitäten ein spezielles MINT-Zertifikat der MINT-EC-Schulen in Schleswig-Holstein geplant.

Ablaufplan:

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten primär in der Schule. Zunächst sollen dort nötige Wissensgrundlagen erarbeitet und ein einfacher Lautsprecher gebaut werden. Mit einer Steckplatine wird der Grundaufbau eines Verstärkers entwickelt. In diesem Zusammenhang müssen mit den Schülerinnen und Schülern zunächst gewisse Grundlagen der Elektronik erarbeitet werden.
Anschließend geht es in einer ersten Orientierungsphase darum, die benötigten Bauteile zur Optimierung und die weiteren Komponenten auszuwählen sowie ein Grundkonzept zu entwickeln. Dabei wird uns die Firma ELAC als einer unserer beiden Kooperationspartner aus dem Unternehmensbereich zur Seite stehen. In diesem Rahmen soll die Produktionsabteilung der Firma ELAC besucht werden.
Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler in der Firma die Erkenntnis gewinnen, worin sich ein moderner Lautsprecher von ihrem Lautsprecher unterscheidet. Die Firma ELAC stellt uns Teile und Baugruppen kostenlos zur Verfügung und hilft bei der Auswahl der geeigneten Komponenten. Damit sollen moderne Lautsprecher selbst gebaut werden.
Bis zu diesem Stand soll das Projekt von der Technischen Akademie Nord im Rahmen des „LüttIng“-Initiative mit einem Betrag von 4400,-€ unterstützt werden. Die Bewilligung durch „LüttIng“ haben wir jetzt (Mai. 2013) erhalten, der Beginn des Projektes ist für August 2013 festgelegt. Da die Technische Akademie Nord LüttIng-Projekte bis maximal 5000,-€ fördert,

kommt an dieser Stelle das „SAP Regional Engagement“ als unser Partner ins Spiel:

Nach der Anschaffung und Implementierung der dafür benötigten Bauteile soll nämlich die Optimierung der Qualität der Lautsprecher stattfinden. Der regelmäßige Austausch von unserer Seite mit dem IEAP (Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU, unser zweiter Kooperationspartner aus dem Hochschulbereich) über den Stand des Projektes gewährleistet zusätzlich eine fruchtbare Zusammenarbeit. Herr Dr. Harm vom IEAP wird das Projekt auch in der Schule betreuen und in den Bereichen unterstützen, in denen die Schule dies nicht leisten kann. Ziel ist es durch eine Veränderung der einzelnen Bauteile des Lautsprechers (entweder beim Lautsprecherchassi oder bei der Elektronik des Verstärkers) gut funktionierende, moderne Lautsprecher zu erhalten. Nach jeder Veränderung soll eine Frequenzanalyse durchgeführt werden um beurteilen zu können, ob diese Veränderung eine Verbesserung mit sich gebracht hat. Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler permanent mit Hilfe von Laptops und geeigneter Software den Klang der Lautsprecher analysieren. Dafür benötigen wir 10 Laptops mit Mikrofonen, damit jede Teilnehmerin und jeder Teilnehmer selbst zu jedem Zeitpunkt eine Frequenzanalyse durchführen kann. Die Software hierfür ist frei erhältlich und bereits vorhanden. So erhalten die Schülerinnen und Schüler laufend eine Rückmeldung über die von ihnen getätigten Aktionen. Dabei wird forschendes Lernen in hohem Maße durchgeführt und die Schülerinnen und Schüler erhalten bei richtiger Wahl der Komponenten sofort ein Erfolgserlebnis.

Die zweite Gruppe von Schülern mit einem hoffentlich beträchtlichen Anteil weiblicher Teilnehmer soll sich in den Umgang mit dem iPad einarbeiten, indem sie sich zunächst Basiskenntnisse bzgl. schriftlicher, auditiver und audiovisueller Dokumentation zu eigen machen (Grundkenntnisse im Umgang mit den betreffenden Apps, Grundprinzipien zu gelungenen Foto- und Videodokumenten, Arrangement von Text und Bild etc.).
Dies soll dem Beginn der oben beschriebenen Projektgruppe ein bis zwei Wochen vorangestellt werden, damit anschließend der Beginn des Projektes, die Ideenfindung etc. dokumentiert werden können. So wird nach und nach ein eBook entstehen, in welchem der Verlauf des gesamten Projektes niedergelegt wird.
In einem weiteren Schritt sollen sich die SchülerInnen mit Präsentationsmöglichkeiten vertraut machen, die sie in die Lage versetzen, über das eBook hinaus interessierten Mitgliedern der Schulgemeinschaft des Gymkro Auskunft über das Projekt zu geben. Das kann mit Hilfe einer App wie keynote geschehen oder aber auch in Form eines Blogs auf der Schulhomepage.
Der letzte Schritt wäre das Erarbeiten von Kenntnissen bzgl. Echtzeit-Kommunikation. Hier möchten wir die Zusammenarbeit mit den unten angegebenen MINT-Schulen intensivieren. Es bietet sich entweder eine Kommunikation über Skype oder aber über die App FaceTime an, so dass unsere Schülerteams mit interessierten MINT-Schülern aus Neumünster und Trittau in regelmäßigen, zeitlich festgelegten Online-Sitzungen in Kontakt treten und sich über bestehende und geplante Projekte austauschen können. So sollen die erlernten Grundprinzipien zum Bau eines Lautsprechers dann im Anschluss an das Projekt im Technikunterricht an die verschiedenen Schulen weitergegeben werden. Die bereits gebauten Lautsprecher können hierbei als Motivation für die Durchführbarkeit eines solchen Projektes und als technische Hilfe für den evtl. Nachbau oder die Weiterentwicklung dienen.

IPads sind für die Dokumentation der oben beschriebenen Prozesse in besonderem Maße geeignet, weil sich durch die integrierten Ressourcen Kamera, Mikrophon, Apps wie book creator oder creative book builder, pinnacle oder iMovie nicht nur Arbeitsergebnisse unkompliziert in Bild und Ton festhalten lassen, sondern sich auf demselben Gerät auch gleich die Weiterverarbeitung der Elemente durchführen lässt. Dies geschieht durch die anwenderfreundlich gestalteten Apps, die sich auch Schülern der Jahrgangsstufen 8 und 9 intuitiv erschließen, wie wir es schon in einigen Unterrichtsversuchen beobachten konnten (wir arbeiten an der Schule seit etwa 10 Monaten mit einem halben Klassensatz iPads, der in verschiedenen Lerngruppen stundenweise eingesetzt wird). Sämtliche Schüler arbeiten gerne, motiviert und effektiv mit den Geräten, wobei sehr positiv zu bemerken ist, dass die Mädchen sehr wenig Berührungsängste bzgl. dieses neuen Mediums zeigen, und so eine berechtigte Hoffnung besteht, über das oben beschriebene Projekt Mädchen in Berührung mit mathematisch-naturwissenschaftlichen Themen zu bringen, Berührungsängste abzubauen, Interesse zu wecken und so die MINT-Fächer nachhaltig zu fördern.


Weiterhin wirkt sich das Projekt nachhaltig und positiv auf die Entwicklung von Unterricht in unserer Schule aus. So können die Lautsprecher in ihrer eigentlichen Funktion bei schulischen Veranstaltungen oder im Fachunterricht eingesetzt werden. Das Ergebnis ist konkret sichtbar und offensichtlich sinnvoll, müsste also zu einer größeren Akzeptanz und einer positiven Belegung der MINT-Fächer bei den SchülerInnen führen. Die Dokumentation des Projektes in ansprechender Form und aktueller Weise sorgt für die Integration des Projektes und der beiden Schülergruppen in den Schulalltag, wodurch dem Nimbus eines elitären und nur durch Hochbegabte durchführbaren Projektes entgegengesteuert wird. Hierdurch wiederum versprechen wir uns eine fortschreitende Selbstverständlichkeit forschenden und eigenverantwortlichen Lernens in der Schule und das Wecken von Interessen anderer Schüler für weitere Projekte, aber auch Interesse für die MINT-Fächer an sich.
Auch das für dieses Projekt angeschaffte Equipment (unter anderem die Laptops und die iPads samt Zubehör) kann zum großen Teil in den MINT-Fächern sinnvoll weiterverwendet werden. Somit beinhaltet dieses Projekt eine vielfältige Nachhaltigkeit für die Schule.
Absolut wünschenswert und gewinnbringend wäre der Ausbau des Kontaktes mit den anderen Schulen zur Intensivierung des MINT-EC- Netzwerkes.

2. Zeitplan-Skizze

Es liegt ein ausführlicher und differenzierter Zeit- und Ablaufplan für jede Gruppe vor, der hier aus Formatierungsgründen nicht beigefügt wurde, bei Bedarf aber selbstverständlich zugesandt werden kann.

3.Kosten-und Finanzierungsplan

In der folgenden Tabelle finden sich die von LüttIng sowie durch Eigenmittel (ca. 20%) finanzierten Sachkosten.

Materialien und Geräte Preise
Materialien für den prinzipiellen Aufbau eines Lautsprechers
Magnete ca. 150,-€
Draht ca. 50,-€
Materialien für mechanische Konstruktionen ca. 100,-€
Materialien für Boxen ca. 150,-€
Elektronikbauteile
Gehäuse ca. 100,-€
Elektronisches Kleinmaterial ca. 250,-€
Steckbretter ca. 400,-€
Multimeter ca. 400,-€
Weitere benötigte Geräte
Stromversorgung / Netzteile ca. 500,-€
Funktionsgenerator ca. 1700,-€
Oszilloskop ca. 1200,-€
Mikrophone ca. 400,-€
Gesamt ca. 5400,-€

In der folgenden Tabelle finden sich die geschätzten Sachkosten, die beim „SAP Regional Engagement“ beantragt werden.
Geräte Preise
10 Laptops ca. 6000,-€
10 iPads (4. Generation) ca. 5000,- €
Koffer mit Sync-Modul und Ladestation ca. 1600,- €
Kosten für Apps (Volumenlizenzen) ca. 400,- €
Gesamt ca. 13 000,- €

Umfang des Gesamtprojektes: 18.400,- €