1.4.1 Die technischen Hintergründe ausgewählter Themenbereiche (z.B. Datenspeicherung, Netzwerktechnik, Microcontroller, Sensorik) erklären
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können die technischen Hintergründe ausgewählter Themenbereiche (z.B. Datenspeicherung, Netzwerktechnik, Microcontroller, Sensorik) erklären.
Multi-Modus Roboter mit BBC micro:bit und Maqueen
Dieses Projektmaterial führt Schritt für Schritt durch den Bau eines intelligenten, ferngesteuerten Roboters mit zwei micro:bit-Mikrocontrollern. Die Schülerinnen und Schüler lernen anhand von Challenges, wie man Zustandsmaschinen, Event-Loops, Funkkommunikation und Sensorik in Python kombiniert.
PPG-Signal aufnehmen und visualisieren mit Smartphone und Python
In diesem praxisorientierten Projekt nehmen Schülerinnen und Schüler ein eigenes Photoplethysmogramm (PPG) mit dem Smartphone auf, extrahieren die Farbwerte mithilfe eines Python-Skripts und visualisieren sowie analysieren die Herzfrequenz in Microsoft Excel.
Advent of Code: Chronal Classification
Eine Programmieraufgabe zur Analyse und Simulation von Prozessor-Registern und Opcodes, bei der herausgefunden werden muss, wie Befehle aufgrund von Vorher-Nachher-Zuständen interpretiert werden.
Advent of Code: Cathode-Ray Tube
Eine Programmieraufgabe aus dem Advent of Code, bei der die Taktung und Befehlsverarbeitung einer einfachen CPU sowie Registeroperationen simuliert werden müssen. Die Lernenden analysieren Instruktionen wie addx und noop und berechnen daraus Signalstärken.
Einführung in Agentic Coding und Entwicklungsumgebungen
Eine strukturierte Anleitung für den Einstieg in die moderne Softwareentwicklung mit KI-Unterstützung (Agentic Coding). Sie deckt grundlegende Konzepte wie Code-Editoren, Token und Modelle ab und bietet praktische Installationsanleitungen für Visual Studio Code, WSL und OpenCode.
Digitaltechnik: Grundlagen der digitalen Logik und Schaltungen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen der digitalen Logik, die Verknüpfung von Aussagen sowie die digitale Datenspeicherung ein. Es verbindet theoretische Konzepte mit praktischen Anwendungen wie der Simulationssoftware LogicSim und Steckbrett-Schaltungen.
Bits Speichern: Rückkopplung und Speicherchips mit CircuitVerse
Das Material führt anschaulich in das Speichern von Bits durch Rückkopplung und logische Schaltungen wie Flip-Flops und Dekodierer ein. Anhand interaktiver Simulationen in CircuitVerse können Schülerinnen und Schüler grundlegende Hardware-Komponenten von Computern selbst aufbauen und praktisch erproben.
Logische Gatter und Schaltungen
Dieses Unterrichtsmaterial führt anschaulich in die Welt der digitalen Logik ein, behandelt Inverter, AND-, OR-, XOR- und NAND-Gatter anhand realitätsbezogener Beispiele und lässt Lernende Schaltungen in CircuitVerse entwerfen und analysieren.
APIs und Netzwerke mit Node-RED
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Welt der APIs ein, indem HTTP-Anfragen untersucht und eigene APIs mit Node-RED erstellt werden. Zudem wird die Funktionsweise von Logins und Cookies anhand eines praktischen Node-RED-Flows erarbeitet.
IP-Adressen, Subnetmasks und Routing
Dieses Unterrichtsmaterial führt anschaulich in die Grundlagen von Subnetmasken, Netzwerkadressen, Broadcasts und Routing ein. Es verbindet theoretische Konzepte mit praktischen Python-Programmierübungen und Aufgaben zur Netzwerkplanung.
Modelleisenbahnen, Mikrocontroller und Programmieren mit C++
Eine umfangreiche Werkstatt für den Einstieg in die Mikrocontroller-Programmierung mit Arduino und C++. Anhand praktischer Elektronikprojekte und der Ansteuerung von Modelleisenbahnen lernen Schülerinnen und Schüler grundlegende Programmier- und Schaltungskonzepte kennen.
6502 Assembly Programmier- und Architektur-Referenz
Eine umfassende technische Referenz zum 6502-Mikroprozessor und dessen Assemblersprache. Der Text beschreibt Register, Speicherlayout, Adressierungsmodi, Prozessorflags und Optimierungstechniken für effizienten Code.
Future Engineers: Autonomes Fahren im Parcours
Das Material beschreibt eine praxisnahe Ingenieursaufgabe für Jugendliche, bei der ein selbstfahrendes Fahrzeug einen unbekannten Parcours mit Verkehrszeichen bewältigen muss. Dabei werden Hardware, Sensorik, Kameratechnik und die Entwicklung des Fahrprogramms miteinander kombiniert.
Roboter-Einsteigerprojekt mit Python
Das Material beschreibt den Einstieg in ein Roboterprojekt, bei dem Sensoren getestet, die Programmiersprache Python eingeführt und die Zielsetzung für die Robotersteuerung erarbeitet werden.
PostgreSQL-Verbindungsmanagement mit PgBouncer und Docker
Dieses Material erklärt das Konzept des Connection Poolings anhand des Tools PgBouncer für PostgreSQL. In einer praktischen Schritt-für-Schritt-Anleitung wird mit Docker und pgbench demonstriert, wie ein Datenbanksystem bei hoher Last an seine Grenzen stösst und wie PgBouncer das Problem durch effizientes Pooling löst.
Der Calliope mini als Informatiksystem
Das Unterrichtsmaterial bietet eine praxisnahe Einführung in den Calliope mini als Mikrocontroller. Es behandelt Themen wie blockbasierte Programmierung, den Einsatz von Sensoren und Aktoren, Kommunikation über Bluetooth sowie IoT-Anwendungen und Projektideen.
Bits addieren: Von der binären Addition zum 4-Bit-Addierer
Dieses Unterrichtsmaterial führt Schritt für Schritt von der schriftlichen Binäraddition über den Entwurf von Halb- und Volladdierern bis hin zum Bau eines 4-Bit-Addierers im Logiksimulator CircuitVerse. Es verbindet theoretische Grundlagen der Datenrepräsentation und Schaltungstechnik mit praktischen Konstruktionsaufgaben.
Zustandsmaschine programmieren mit dem Micro:Bit
Dieses Material führt anhand einer Event-State-Tabelle in die Funktionsweise und Modellierung von Zustandsmaschinen ein. Die Lernenden analysieren einen Ablauf, zeichnen ein Zustandsdiagramm und vervollständigen ein Micro:Bit-Programm in Python.
Maqueen-Erklärvideo erstellen
Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihr Wissen im Bereich Robotik, indem sie in Teams ein lehrreiches Erklärvideo über ein selbst gewähltes Programmierprojekt mit dem Maqueen-Roboter produzieren.
Von der logischen Schaltung zum Binäraddierer
Dieses Unterrichtsmaterial führt anschaulich von der binären Addition über Halbaddierer zum Volladdierer und schliesslich zum Multibit-Addierer. Es enthält didaktisch gut aufbereitete Denkschritte, Erklärungen und Vorlagen zur Schaltungslogik.
Wie funktioniert ein Pulsmesser? Grundlagen der Photoplethysmographie
Dieses Material erklärt das physikalische Prinzip von optischen Pulsmessern in Smartwatches anhand von Lichtabsorption und Blutfluss. Es behandelt den Aufbau, den Einsatz von grünem und rotem Licht sowie typische Störfaktoren und Limitationen im Vergleich zum EKG-Brustgurt.
Der micro:bit Beschleunigungssensor in Python
Das Material erklärt die Funktionsweise und Programmierung des Beschleunigungssensors und der Gestenerkennung des micro:bit in Python. Anhand von praktischen Code-Beispielen, wie einem Neigungsdetektor und einem Schrittzähler, wird die Anwendung demonstriert.
Schieberegister mit micro:bit und Segmentanzeige
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt die Funktionsweise von Schieberegistern (am Beispiel des Chips 74HC595) und wie sie mit einem micro:bit und Segmentanzeigen verkabelt und programmiert werden. Es enthält praktische Aufgaben zur Ansteuerung von ein oder zwei Schieberegistern.
Grundlagen Elektronik und Schaltungen
Das Material vermittelt grundlegende Konzepte der Elektronik wie das Ohmsche Gesetz, Stromkreise, digitale Schaltungen und Steckplatinen. Es enthält kompakte Erklärungen zu Bauteilen wie LEDs und Widerständen sowie konkrete Berechnungsaufgaben inklusive Lösungen.
Rundung im Quadrat: Numerische Grenzen des Computers
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt die numerischen Grenzen von Computern anhand des Beispiels von quadratischen Gleichungen. Schülerinnen und Schüler lernen dabei praxisnah Konzepte wie Rundungsfehler, Auslöschung und Kondition kennen.
Leuchtkäfer löten
Eine praktische Anleitung zum Zusammenlöten eines elektronischen Leuchtkäfers mit LEDs, Widerständen, Transistor und Fotowiderstand. Schülerinnen und Schüler lernen dabei spielerisch und handwerklich den Umgang mit elektronischen Bauteilen und Grundschaltungen.
Funktionsweise von Infrarot-Sensoren beim Maqueen-Roboter
Das Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich die Funktionsweise der Infrarot-Patrol-Sensoren des Maqueen-Roboters und wie der micro:bit diese digitalen Signale einliest. Zudem werden physikalische Grundlagen von Halbleitern und Fototransistoren sowie typische Grenzen der Sensorik beleuchtet.
Digitale Ein- und Ausgabe beim micro:bit
Das Material erklärt die Verwendung der digitalen Anschlüsse des micro:bit mittels Python. Es werden Pin-Belegungen, Konflikte mit dem Display sowie Befehle für Eingabe, Ausgabe und Touch-Tasten anhand kurzer Code-Beispiele beschrieben.
Zustandsmaschinen in der Informatik
Der Text erklärt das Konzept von Zustandsmaschinen und endlichen Automaten am Beispiel einer Liftsteuerung. Er behandelt Ereignisse, Zustände, State-Event-Tabellen und zeigt eine praktische Umsetzung in Python.
Sensorik mit Microcontrollern und Python
Das Unterrichtsmaterial leitet dazu an, Informationen über die Sensoren AHT21 und ENS160 zu recherchieren und diese über eine I2C-Schnittstelle mit Python und einem Microcontroller (NodeMCU) auszulesen. Es enthält konkrete Code-Beispiele für die kontinuierliche Abfrage von Umweltdaten sowie darauf aufbauende Programmieraufgaben.
Photodioden: Wie Computer Licht sehen
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich die Funktionsweise von Photodioden und den photoelektrischen Effekt. Es zeigt anhand zahlreicher Alltagsbeispiele und eines einfachen Arduino-Beispiels, wie Licht in elektrische Signale umgewandelt wird.
8086 Assembly Architektur und Programmierung
Dieses Material bietet eine Übersicht über die Architektur, die Register, den Stack und grundlegende Programmierkonstrukte der 8086-Assembly-Sprache. Es erklärt anschaulich den Umgang mit Speichersegmenten und Registern in Low-Level-Code.
Analoge Ein- und Ausgabe mit dem micro:bit
Das Unterrichtsmaterial erklärt kurz und präzise die Nutzung der analogen Anschlüsse des micro:bit in Python. Es werden Funktionen zum Lesen von Spannungen und zur Pulsweitenmodulation (PWM) vorgestellt, inklusive Hinweisen zu Konflikten mit dem LED-Display.
micro:bit Magnetometer API-Referenz
Diese Dokumentation beschreibt die Funktionen zur Verwendung des Magnetometers des micro:bit. Es werden typische magnetische Flussdichten in einer Tabelle verglichen und die Python-Befehle zur Kalibrierung sowie zum Auslesen der Messwerte erläutert.
LED-Matrix mit micro:bit und Schieberegister
Das Unterrichtsmaterial erklärt den technischen Aufbau einer LED-Matrix und zeigt anhand von Verdrahtungstabellen, wie diese über ein Schieberegister mit einem micro:bit verbunden wird. Eine kurze Programmieraufgabe fordert dazu auf, die Pixel nacheinander anzusteuern.
Einführung in digitale Schaltungen und Wahrheitstabellen
Das Material führt grundlegend in digitale Schaltungen, Eingänge, Ausgänge und Wahrheitstabellen ein. Anhand einfacher Beispiele wie einer Türklingel oder einem Feueralarm werden Grundprinzipien erläutert, allerdings fehlen vollständige Lösungen und tiefgehendere Übungen.
Herstellung von Mikrochips
Der Text beschreibt die einzelnen Schritte bei der Herstellung von Mikrochips aus Silizium, angefangen von der Reinstsiliziumgewinnung über die Belichtung und Ätzung bis hin zum Testen im Reinraum. Ein eingebettetes Video veranschaulicht den Prozess im Überblick.
Hardware-Produkte: Multiplikationseinheit realisieren
In diesem praktischen Posten für den Informatik- oder Elektrotechnikunterricht implementieren Schülerinnen und Schüler eine einfache Multiplikationseinheit auf Hardware-Ebene. Das Material knüpft an theoretische Vorwissen über Schaltungen an und stellt den Bezug zur Realität her. Es ist als Arbeitsblatt bzw. Werkstattposten konzipiert.
Praktische Einführung in den Prusa Slicer für 3D-Druck
Eine kurze Anleitung zur Verwendung des Prusa Slicers, um STL-Dateien in G-Code für den 3D-Druck vorzubereiten. Es werden Grundeinstellungen für Druckqualität, Filament und Drucker sowie das eigentliche Slicen beschrieben.
ESP 8266 Löten und Verkabeln
Eine kurze Anleitung zum Zusammenlöten und Verkabeln des Mikrocontrollers ESP 8266. Das Material führt Schritt für Schritt durch den Lötprozess und das Testen mit Kabeln.
Praktische Einführung in den Prusa Slicer und 3D-Druck
Diese Anleitung beschreibt Schritt für Schritt die Vorbereitung eines 3D-Modells für den Druck mithilfe der Software Prusa Slicer. Die Lernenden richten den Slicer ein, konfigurieren Druck- und Materialeinstellungen und exportieren eine G-Code-Datei.
Einführung in den 3D-Druck
Der Text gibt eine kurze Einführung in die Grundlagen des 3D-Drucks, bei dem Objekte schichtweise aufgebaut werden. Es werden die notwendigen Schritte von der Erstellung eines 3D-Modells bis hin zum Slicing sowie die an der Schule verwendeten Tools OpenSCAD und Prusa Slicer vorgestellt.
ESP8266 und Node-RED via Proxy-Server
Das Material erklärt, wie ein ESP8266-Mikrocontroller über einen HTTP-Proxy-Server mit einem HTTPS-basierten Node-RED-Server kommunizieren kann. Es enthält theoretische Erklärungen zu Proxy-Servern sowie ein konkretes MicroPython-Codebeispiel für den Netzwerkversand.
MicroPython Firmware für ESP8266 kompilieren und flashen
Diese Anleitung beschreibt detailliert die Schritte zum Generieren und Flashen von MicroPython-Firmware für den ESP8266-Mikrocontroller unter Verwendung von Ubuntu auf WSL sowie PowerShell. Es handelt sich um eine rein technische Installationsanleitung ohne vertiefende Übungsaufgaben oder Erklärungen der Programmierkonzepte.
Teaching Ubiquitous Computing Using Simulations Based on Smartphone Sensors
Dieser akademische Artikel diskutiert Herausforderungen beim Unterrichten von Ubiquitous Computing (UbiComp) und stellt die Lernplattform LUCy vor, die virtuelle Simulationen und Smartphone-Sensoren für den praktischen Unterricht nutzt. Die Wirksamkeit des Tools zur Vermittlung von Konzepten wie Kontext-Sensitivität wurde in einer Untersuchung evaluiert.
Moore'sches Gesetz und Prozessor-Entwicklung
Das Material stellt das Moore'sche Gesetz vor und zeigt die Entwicklung der Transistoranzahl bei Intel-, AMD- und Apple-Prozessoren von 1971 bis 2023 anhand von Tabellen. Es bietet reine Hintergrundinformationen ohne Übungen oder Aufgaben.
Zustandsmaschinen mit Python und Micro:Bit
Dieses Material beschreibt Prüfungsaufgaben oder Leistungskontrollen zum Thema Zustandsmaschinen, inklusive praktischer Programmieraufgaben in Python und Micro:Bit sowie Theorieaufgaben. Es enthält jedoch keine Erklärungen oder Lösungen.
Steckbrief und Stromstärkemessung für Schaltungsprojekte
Ein kurzes Dokument zur Vorbereitung von Hardware- oder Elektronikprojekten. Es definiert Vorgaben bezüglich Batterien und Stromstärken und verlangt von Teams die genaue Dokumentation der Komponenten auf einem Steckbrief.
OLED-Display Projekt
Das Unterrichtsmaterial enthält eine kurze Anleitung zur Verwendung eines OLED-Displays mit einem Beispielprojekt und Dokumentationslinks. Es fehlen jedoch Erklärungen, Code-Beispiele und Lösungen, weshalb es nur rudimentär ist.
MicroPython und Mikrocontroller Setup-Guide
Das Material bietet eine kurze Einführung in MicroPython und Mikrocontroller sowie technische Hinweise und Troubleshooting-Anleitungen für die Einrichtung von ESP8266-Mikrocontrollern in VS Code. Es enthält Erklärungen zur Hardware, Code-Snippets für die Konfiguration und Fehlerbehebungsschritte, aber keine echten Unterrichtsaufgaben mit Lösungen.