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4. Frequenzabgleich Sender und Empfänger
Zielsetzung: Die Klasse lernt einen einen bestimmten Sender zu finden und zu speichern.
Material
- 1 FM/UKW Radioempfänger pro Arbeitsgruppe
- 1 FM/UKW Sender mit angeschlossenem Mikrofon
- Smartphone oder mp3-Player mit 3.5mm Kopfhörerausgang
Vorbereitung
Der Abgleich klappt am Besten, wenn man sich eine Frequenz aussucht, auf welcher kein "regulärer" Radiosender zu hören ist. Es soll also eine Frequenz ausgesucht werden, auf der nur Rauschen zu hören ist (z.B. 102.7 MHz und 90.8 Mhz im Raum St.Gallen). Der Sender wird auf diese Frequenz eingestellt und vor der Schulzimmertüre aufgebaut. Damit die Klasse die Sendefrequenz findet, wird ein 1000 Hz Ton erzeugt und über den FM Sender übermittelt.
Hinweise
Je nach Bauweise des Schulhauses ist die Sendeleistung des Transmitters unterschiedlich. Für das Gelingen der Unterrichtseinheit ist ein vorgängiges Austesten unerlässlich. Allenfalls muss vor der offenen Schulzimmertüre gesendet werden. Damit keine Rückkopplungen entstehen, sollte der Abstand Sender – Empfänger möglichst gross sein. Es ist nicht ratsam mehrere Sender gleichzeitig in Betrieb zu haben, da sich diese - je nach eingestellter Frequenz - in die Quere kommen und den Abgleich der Frequenzen somit erschweren.
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4. Frequenzabgleich Sender und Empfänger
Die Radioempfänger sollen nun auf die Sendefrequenz des Radiosenders eingestellt werden.
Um den eigenen Sender einfach zu finden, soll mit ihm ein konstanter Ton gesendet werden.
Die Schülerinnen und Schüler stellen die Frequenz mit der Sendersuche ein und speichern diese. Sobald alle den Sender empfangen, beginnt das Programm der 1. Radiosendung der Klasse.
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4. Frequenzabgleich Sender und Empfänger
Die einzelnen Menus des Radioempfängers können durch Drücken der linken und rechten Taste gewechselt werden.
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7. Das Radio im Wandel der Zeit
Zielsetzung: Anhand von weiteren Beispielen aus der Geschichte werden die Anwendungen der Technologie besprochen und aus heutiger Sicht beurteilt. Zentrales Element dieses Abschnitts sind die Diskussionen. Mit gezielten Fragen wird die Problematik der Informationsverbreitung über das Radio besprochen. Anhand vergangener Beispiele sollen die Jugendlichen auch Rückschlüsse auf die heutigen Informationen machen.
Viele Technologien wurden erfunden, ohne dass eine konkrete Anwendung bekannt war. Erst die folgenden Jahre und Jahrzehnte zeigten die Möglichkeiten und Probleme der neuen Technologien. Da es sich beim Radio um eine “alte” Technologie handelt, bietet sich die Möglichkeit deren Anwendungen mit der Klasse anzuschauen. Wurde die neue Kommunikationstechnologie sinnvoll eingesetzt oder missbraucht? Welche Interessen wurden vom Staat, vom Militär, der Wirtschaft, politischen Gruppierungen und den privaten Sendern selbst vertreten? Was waren die Auswirkungen auf die Menschen und die Geschichte? Welche Folgen hat das bis heute für uns alle?
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7. Das Radio im Wandel der Zeit
Geschichtliche Einordnung als Einführung
Bei den demokratischen Reichstagswahlen 1932 wurde die NSDAP (nationalsozialistische, deutsche Arbeiterpartei) als mit Abstand stärkste Fraktion gewählt. Sie erreichten keine absolute Mehrheit. Am 14. Juli 1933 wurde im Reichstag ein Gesetz gegen die Neubildung von Parteien erlassen, das nur noch die NSDAP als Partei zuliess. Damit bekam die NSDAP die absolute Mehrheit und übernahm die gesamte Macht in Deutschland.
Text, Bild und Tondokument mit der Klasse lesen, anschauen und hören.
Verständnisfragen
- Was haben die Nationalsozialisten mit dem Radio gemacht?
- Welche Ideen steckten dahinter?
- Was bedeutete das für die Informationen, die die Menschen hören konnten?
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7. Das Radio im Wandel der Zeit
Als 1933 die Nationalsozialisten an die Macht kamen, kontrollierten sie auch den Rundfunk. Bereits in der Weimarer Republik wurden Sendeantennen und Empfangsgeräte staatlich kontrolliert. Mit der Übernahme der Macht hatten die Nationalsozialisten keine Probleme, den Rundfunk für ihre Zwecke zu missbrauchen. Der Propagandaminister Joseph Goebbels nutze das Radio, um die Ideologie der Nazis zu verbreiten. Dazu liess er billige Geräte bauen, den sogenannten Volksempfänger, um möglichst viele Haushalte zu erreichen. Im Volksmund wurden er auch ‘Göbbelschnauze’ genannt.
Zum Geburtstag des Reichsministers Dr. Goebbels fand im Funkhaus die Verteilung von 500 neuen deutschen Kleinempfängern an bedürftige Volksgenossen aus dem Gau Berlin statt. Gaupropagandaleiter Wächter verteilt die Empfänger. Foto: Nau unter CC BY-SA 3.0 Lizenz Das Transkript zum Tondokument hilft den Text besser zu verstehen:
Der Rundfunk wird gereinigt, für die ganze preussische und deutsche Verwaltung gereinigt wird. Und mir wäre sehr lieb, und ich wäre Ihnen ausserordentlich dankbar, wenn Sie diese Reinigungsaktion selbst vollziehen. Tun Sie das aber nicht oder wollen Sie das nicht, dann wir das von uns aus gemacht. Wir machen keinen Hehl daraus, der Rundfunk gehört uns. Niemandem sonst. Und den Rundfunk werden wir in den Dienst unserer Idee stellen und keine andere Idee soll hier zu Worte kommen. Und wenn wir eine andere Idee zu Worte kommen lassen, dann höchstens darum, um den Unterschied zu unserer Idee zu zeigen. Zu glauben, dass wieder einmal eine Zeit kommen könnte, wo man alle Parteien von der sozialdemokratischen Partei bis zur nationalsozialistischen, Gelegenheit gäbe, am Rundfunk ihrer sogenannten Ideen an das Volk zu bringen, das ist kindlich.
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8. Daten senden
Zielsetzung: Mit Radiowellen kann man auch Daten übertragen. In diesem Teil lernt die Klasse, wie Daten codiert werde, sodass sie mit dem Radio übertragen werden können.
Hintergrundwissen
Die ersten Funkuhren entstanden Anfang des 19. Jahrhunderts und wurden als Zeitsignale für die Schifffahrt gebraucht um die Schiffschronometer zu überprüfen und genau einzustellen.
1910 wurden die ersten Zeitsignale vom Eiffelturm in Paris aus gesendet.
1977 wurde der Sender DCF77 eingeführt, nach dem sich die heutigen Funkuhren stellen.
NTP - Die Uhrzeit im Internet
Das Network Time Protokoll (NTP-Zeit) aktuell NTPv4 kann die Lokalzeit über das Internet mit einer Genauigkeit von 10 Millisekunden halten. In einem lokalen Netzwerken sind Genauigkeiten bis 200 Mikrosekunden möglich.
Der Zeitstempel im NTP ist 64 Bits lang. Die ersten 32 Bits zählen die Sekunden seit dem 1. Januar 1900, 00:00:00 Uhr. Die weiteren 32 Bits zählen die Sekundenbruchteile. Damit lassen sich 232 Sekunden (etwa 136 Jahre) zählen. Mit der Auflösung der Sekunde in von 232 Teile, kann sie auf etwa 0,23 Nanosekunden aufgelöst.
Eine anschauliche Erklärung für die Klasse bietet die Bahnhofsuhr in St. Gallen.
Im nachfolgenden Beitrag wird behandelt, was Zeit ist (Dieser Beitrag steht unter der Creative Commons Lizenz CC BY-NC-ND 4.0)
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8. Daten senden
Einstiegsfrage: Welcher Wert hat die genaue Uhrzeit?
Ruth Belville, “The Greenwich Time Lady”, die Frau, die die Zeit verkauft hat. Bild und Text einblenden.
Danach und noch bis vor wenigen Jahren wurden in vielen Haushalten die Uhren nach dem Radio oder Telefon gestellt. Unter der Nummer 161 kann bis heute für 50 Rp. die aktuelle Uhrzeit abgefragt werden.
Diskussionsfragen
- Warum brauchen wir eine genaue Zeit?
- Wie kann man die Zeit mit dem Radiosender ohne Worte senden?
- Ideen: Kirchenuhr, ein Signal pro Stunde, …
Aktivität
In 2er Gruppen werden verschiedene Ideen notiert, um die Uhrzeit möglichst genau mit dem Radio zu senden. Die Gruppen stellen danach ihre Ideen vor.
- Wer sendet die genauste Uhrzeit?
- Wer sendet die Uhrzeit geheim?
Als Abschluss kann das Internetzeitprotokoll (NTP-Zeit) erklärt werden.
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8. Daten senden
Elizabeth Ruth Belville hat als britische Unternehmerin mehr als 40 Jahre lang die genaue Uhrzeit verkauft. Ihr Vater führte den Service 1836 ein. Bis 1939 stellte sie jeden Morgen ihre Uhr nach der amtlich gemessenen Uhrzeit im Royal Observatory von Greenwich ein. Danach besuchte sie ihre Abonnenten, die ihre Uhren nach der genauen Zeit richteten.
Elizabeth Ruth Belville
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1. Smileys
Zielsetzung: Die Klasse soll in 4er Gruppen eine Methode entwickeln, mit der man ein Bild per Radio übertragen kann.
Im 1. Durchgang erhält die Klasse keine Informationen, ausser, dass sie ein Smiley per Radio senden soll.
Smileykarten: Auf dickeres Papier drucken und ausschneiden (evtl. laminieren)
In der Diskussion wird der Fokus auf die Genauigkeit gelegt. Bei einer Bildübertragung ist das die wichtigste Eigenschaft. Das Blatt mit den Smilies bleibt projeziert, damit die Klasse an den Beispielen Vorschläge machen kann.
2. Smileys verbessert
Die Smilies sind so gezeichnet, dass eine Codierung nach folgendem Schema möglich ist:
Die Klasse soll das Schema selber entdecken und ein paar Probeübertragungen machen.
Zusatzaufgabe
Zeigt die Klasse Freude am Experiment, kann eine dritte Übertragung gemacht werden. Der Auftrag wäre jetzt einen geheimen Übertragungscode zu finden. Danach sollten die Codes ausgetauscht und diskutiert werden.
3. Beliebige Bilder senden
Mit 5×5 Pixeln und 5 Farben soll die Klasse ein “Bild” malen und übertragen.
Komprimierung
Eine einfache Möglichkeit, die Übertragung zu vereinfachen, ist die Komprimierung. Sind die Felder 6, 7 und 8 weiss, kann an Stelle des Codes 6W, 7W, 8W der Code 3xW verwendet werden.
Mehr zum Thema:
RGB Code
Der RGB Code stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Codierung der Farben anzuschauen. Bei einer Farbtiefe von 16 Bit, also 216 Abstufungen erhalten wir folgendes Schema für rot: RGB(255,0,0) Die Zahl gibt den Anteil der Farbe in den Abstufungen 0-255 an. Im diesem Farbkreis wird der Hexidezimalcode verwendet. 00 bis ff sind auch 256 Abstufungen (0-9 und a-f sind 16 Möglichkeiten, also 16 mal 16 = 256).
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- Smileys
In 4er Gruppen soll eine Methode entwickelt werden um ein Smilie möglichst genau und einfach per Radio übermitteln zu können. Die Klasse erhält keine weiteren Informationen zu den Smilies.
Je ein Gruppenmitglied wird nach draussen geschickt und erhält eine Smiliekarte. Im Zimmer werden die möglichen Lösungen projeziert. Darauf werden die Smilies per Radio gesendet. Die ganze Klasse darf raten.
- Welches System hat am besten funktioniert? Warum?
- Smiley verbessert
Wie können wir eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Übertragung des Bildes erreichen? Das Arbeitsblatt mit den Smilies bleibt projeziert, damit die Gruppen ein Schema entwerfen können.
Im 2. Durchgang wird das System im Klassenverband verbessert und ausprobiert. Dazu entwickelt die Klasse ein Schema zur möglichst genauen Übertragung. Die verschiedenen Ideen werden ausprobiert und weiterentwickelt.
- Beliebige Bilder senden
Auftrag
Ein Bild mit 5×5 Pixel und 5 Farben soll per Radio übertragen werden. Auf dem Blatt wird zuerst ein “Bild” gezeichnet und in der Mitte die Codierung entwickelt. Sie soll möglichst genau und einfach sein.
Austausch
Die Gruppen stellen ihre Systeme vor. Die Vor- und Nachteile werden diskutiert.
Umsetzung
Die Codierung wird so abgeändert, dass sie im Kopf gespeichert werden kann. Die Blätter werden eingesammelt.
Übertragung
Eine Gruppe erklärt ihre Codierung der Klasse, so dass die ganze Klasse das Bild zeichnen kann. Die Übertragung findet nun mit dem Bild einer anderen Gruppe statt.
- Smileys
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9. Daten empfangen - Aus einem Ton wird ein Lichtsignal
Zielsetzung: Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Experimentieren, wie das Empfangen von Daten funktioniert.
Mit Hilfe einer einfachen elektronischen Schaltung kann man durch Töne eine LED ansteuern.
Klatschschalter Aufbau Breadboard
Das Schema des Klatschschalters. Material für den Klatschalter:
- Breadboard
- 9-V-Batterie mit Clip
- LED
- 39Ω Widerstand
- 390Ω Widerstand
- NPN-Transistor BC547C
- 2 Krokodilverbindungen
- Arbeitsblatt
Klatschschalter Arbeitsblatt Material
Theorie Transistor
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9. Daten empfangen - Aus einem Ton wird ein Lichtsignal
Auf einem Breadboard wird ein einfacher Klatschschalter aufgebaut. Mit der Schaltung wandeln wir einen lauten Ton (z.B. Klatschen) in ein Lichtsignal um.
Die Gruppen sortieren das Material mit Hilfe des Arbeitsblattes. Der Aufbau der Schaltung auf dem Breadboard wird projeziert oder über den nachfolgenden Link freigegeben:
Hinweis: Bei Transistor und Diode auf die korrekte Ausrichtung achten.
Fehlerbehebung
- Transistor und Diode falsch herum eingesteckt
- Kurzschluss bei den Krokodilklemmen
- Anschlüsse nicht auf der gleichen Kontaktlinie
- Abgriff mit den Krokodilklemmen am falschen Ort
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9. Daten empfangen - Aus einem Ton wird ein Lichtsignal
Bereitstellen des Materials
Klatschschalter Arbeitsblatt Material
Aufbau der Schaltung
Material für den Aufbau
Aufräumen