Sonnenuhr: Unterschied zwischen den Versionen

Aus microbit - Das Schulbuch
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== [[Datei:Icon_story.png|20px|Icon]] Elektronische Sonnenuhr – wie kann das funktionieren ... ==
  
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[[Datei:BrushTeeth.jpg|right|500px|border|Morgenritual]]
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[[Datei:Sonnenuhr3.jpg|right|300px|border|Sonnenuhr]]
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...spielte sich wie fast üblich und beinahe tagtäglich wiederkehrend zwischen den beiden die folgende Szene ab:
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Zwei begeisterte IT-Freaks experimentieren gerade wieder einmal mit ihren micro:bits und denken über neue Anwendungen nach.
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: „Maaaaaamaaaa! Die Lea hat schon wieder nicht ordentlich Zähne geputzt! Maaaaamaaaa!“
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: „Wie spät ist es eigentlich schon? Ich soll heute um 18 Uhr daheim sein“, fragt Lukas seinen Freund David.
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:: „Hab ich sehr wohl, du kleine Petze. Jakob, nur weil ich schneller bin als du, heißt das noch lange nicht, dass ich nicht gut geputzt habe. Also halte die Klappe.“
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: „Warte, ich muss erst mein Handy suchen – es ist schon 10 Minuten vor 6 Uhr“, meint David.
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: „Maaaaaamaaaa, die Lea sagt ‚halte die Klappe‘ zu mir !!!“
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: Da hat Lukas eine Idee: „HEY – könnte man nicht auch den micro:bit als Uhr verwenden?“
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:: „Chill mal. Wollen wir wetten? Ich kann dir beweisen, dass ich in kürzerer Zeit öfter meine Zähne gebürstet habe, als du.“
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: „Vielleicht gar als Sonnenuhr!“, lacht darauf David.
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: „Ok, aber wie soll das funktionieren? So schnell kann ich nicht mitzählen!“
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: „Ja, warum nicht, vielleicht können wir die Sensoren des micro:bit dazu nutzen! Das ist unser nächster Job!!!  Denk du auch bis morgen darüber nach, wie wir das machen, ich hab schon eine Idee!  Tschau, bis morgen.“
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:: „Nehmen wir doch einfach unseren Micro:Bit. Den befestigen wir so am Stiel der Zahnbürste, dass er nicht nass wird. Dann schreiben wir schnell ein kleines Programm. Ich drücke auf A, putze die Zähne und dann drücke ich wieder auf A zum Stoppen. Dann, machen wir den Micro:bit auf deiner Zahnbürste fest und mit B starten und stoppen wir deine Putzaktion. Danach soll uns der kleine Computer einfach sagen, wer öfter geschrubbt hat. Das geht ganz einfach. Soll ich es dir zeigen?“
 
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: „Jjjja, aber ich will A sein.“
 
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:: „Natürlich, kleine Nervensäge, daran soll es nicht scheitern ...“
 
  
 
== [[Datei:icon_gluehbirne.png|20px|Icon]] Aufgabenstellung ==
 
== [[Datei:icon_gluehbirne.png|20px|Icon]] Aufgabenstellung ==
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* Finde heraus, wie eine Sonnenuhr funktioniert.
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Wenn man Lea und Jakob genau zuhört, weiß man, was alles gemacht werden muss. Versuche erst einmal, selbst herauszufinden, was zu tun ist. Was genau soll das Programm können? Wann soll was genau passieren?
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* Wie kann mit dem micro:bit die Tageszeit berechnet und angezeigt werden?
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<spoiler>Die beiden haben folgende Dinge ausgemacht:
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* Welche Sensoren können dazu genutzt werden?
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* Der Micro:bit muss wasserdicht eingepackt werden können
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<spoiler>Notwendige Schritte:
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* Der Micro:bit muss samt Batterie- oder Akkupack schnell (zum Wecheln) an einer Zahnbürste festgemacht werden können
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* Am micro:bit muss ein Stift montiert werden, der einen Schatten wirft.
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* Nach dem Einschalten wird der Bildschirm gelöscht und gewartet
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* Der micro:bit muss so gedreht werden, dass der Schatten des Stiftes immer genau auf die mittlere LED-Reihe fällt.
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* Drückt jemand auf die Taste A werden alle dann folgenden Bewegungen als Putzen für Jakob gezählt, bis wieder die Taste A gedrückt wird
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* Der Kompass-Sensor ermittelt, um wieviel Grad der micro:bit gedreht ist.
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* Drückt jemand auf die Taste B werden alle dann folgenden Bewegungen als Putzen für Lea gezählt, bis wieder die Taste B gedrückt wird
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* Aus dem Wert der Drehung kann die Zeit berechnet werden.
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* Werden die Tasten A und B gemeinsam gedrückt wird die Auswertung angezeigt (ob Jakob mehr geputzt hat, ob Lea öfter schrubbte oder ob beide gleich oft geschrubbt haben)
 
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* (Nach der Ergebnisanzeige werden die Zähler für beide wieder zurückgesetzt um einen neuen Versuch starten zu können)
 
 
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== [[Datei:icon_material.png|20px|Icon]] Materialien ==
 
== [[Datei:icon_material.png|20px|Icon]] Materialien ==
  
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* Micro:bit
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* Ein oder zwei Zahnbürsten
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* micro:bit
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* Nervigen Bruder (oder Schwester, alternativ auch Mama, Papa, ...)
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* Wattestäbchen <spoiler>Das Wattestäbchen muss auf einer Seite um 2 cm gekürzt werden.</spoiler>
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* Material zum wasserdichten Verpacken des Computers <spoiler>Am einfachsten ist ein kleiner, verschließbarer Plastikbeutel der keine Löcher aufweist</spoiler>
 
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* Material zum Befestigen des Micro:bit an den Zahnbürsten <spoiler>Um ein schnelles Wechseln zwischen verschiedenen Zahnbürsten zu ermöglichen kann man auch einfach alles gemeinsam in der Hand halten. Sonst könnte man auch ein Klebeband nehmen ...</spoiler>
 
  
 
== [[Datei:icon_sanduhr.png|20px|Icon]] Zeitaufwand ==
 
== [[Datei:icon_sanduhr.png|20px|Icon]] Zeitaufwand ==
  
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* Etwa eine Schulstunde für den Aufwand des Verpackens und Befestigens
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* Zwei Schulstunden zum Entwickeln des Programms
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Nur 5 Minuten für die notwendigen Hardware-Arbeiten. <spoiler>Kürzen des Wattestäbchens mit einer Schere.
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Wattestäbchen von unten durch das Loch bei Pin 2  am micro:bit stecken und senkrecht ausrichten.</spoiler>
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Zwei Schulstunden zum Entwickeln des Programms
  
 
== [[Datei:Icon_puzzle3.png|20px|Icon]] Schwierigkeitsgrad ==
 
== [[Datei:Icon_puzzle3.png|20px|Icon]] Schwierigkeitsgrad ==
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== [[Datei:Icon_brain.png|20px|Icon]] Kompetenzen ==
 
== [[Datei:Icon_brain.png|20px|Icon]] Kompetenzen ==
  
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Du lernst ...
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Du lernst  
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* ... vernetztes und fachübergreifendes Denken
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Grundkenntnisse über die Abhängigkeit der Tageszeit vom Stand der Sonne
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* ... Formulieren und Kodieren von Abläufen in formalen Algorithmen
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den Zusammenhang zwischen Tageszeit und der Rotation der Erde kennen
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* ... arbeiten mit verschiedenen Materialien und Werkzeugen
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die Berechnung der Tageszeit aus dem Winkel der Erddrehung
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* ... Berechnungen direkter und indirekter Proportionen (optional)
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das Formulieren und Kodieren der Berechnung der Tageszeit
  
 
== [[Datei:Icon faecher.png|20px|Icon]] Unterrichtsfächer ==
 
== [[Datei:Icon faecher.png|20px|Icon]] Unterrichtsfächer ==
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INF, M, WE, GUE
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Geographie und Wirtschaftskunde,Informatik, Mathematik, Physik
  
 
== [[Datei:Icon_hilfe.png|20px|Icon]] Tipps und Hilfestellung ==
 
== [[Datei:Icon_hilfe.png|20px|Icon]] Tipps und Hilfestellung ==
  
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* Am Anfang am besten nur zählen, wie oft eine Bewegung erkannt worden ist und den Zahlenwert anzeigen - ohne zweiten Zähler. Das baut auf dem Projekt [[Schrittzähler]] auf. Löse das eventuell zuerst!
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[[Datei:Wattestaebchen4.jpg|right|300px|Micro:Bit mit Wattestäbchen]]
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* Wenn das funktioniert, kann es mit einer Start-/Stopp-Logik mit der Taste A ausgebaut werden. Beachte: Einmal A gedrückt, soll das zählen starten, ein zweites Mal drücken stoppt es wieder. Man sollte sich also merken, ob man gerade zählt oder nicht und bei einem Tastendruck zwischen zählen und nicht zählen umschalten. Dein Zähler von vorher, darf natürlich nur dann wirklich mitzählen, wenn gestartet worden ist!
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* Nach dem Einschalten des micro:bit muss der Kompass-Sensor jedes Mal kalibriert werden. Dazu muss auf dem 5x5 LED Display durch Neigen des micro:bit ein Kreis gezeichnet werden.
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* Dann diesen Teil duplizieren und für Taste B abändern. Prüfe genau, wann für Jakob und wann für Lea gestartet werden darf!
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* Danach einmal den Kompass-Sensor testen und dabei einfach den micro:bit auf den Tisch legen und verdrehen. Mit der Kompass-Funktion die Grad-Werte ermitteln und am Display anzeigen lassen.  
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* Mache die Auswertung erst am Ende. Versuche als Vorarbeit zB einfach nach jedem Zählen die Werte für Lea und Jakob am Bildschirm auszugeben. Wenn das funktioniert, schreibe einen Code für "Wenn A+B gedrückt" und überlege dir genau, wann ein Ergebnis zählt, wann wer gewonnen hat und ob es vielleicht auch ein unentschieden geben kann!
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* Dann den micro:bit so drehen, dass der Schatten des Stabes genau auf die mittlere LED-Reihe fällt - (siehe Bild rechts).
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* Aus dem nun ermittelten Wert der Drehung kann die Tageszeit berechnet werden. Die Erde dreht sich 360° in 24 Stunden, das sind somit 15 Grad pro Stunde oder alle 4 Minuten 1 Grad.  
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* Dann muss eine mathematische Formel für die Umrechnung vom Drehwinkel in die Tageszeit entwickelt werden.
  
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Weitere Infos, Hinweise und auch eine mögliche, komplette Lösung findest du auf der [[Morgenritual_Lösung|Lösungsseite zu diesem Beispiel]]
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Weitere Infos, Hinweise und auch eine mögliche, komplette Lösung findest du auf der [[Sonnenuhr_Lösung|Lösungsseite zu diesem Beispiel.]]
  
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== Reflexion ==
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== [[Datei:presentation.png|20px|Icon]] Präsentation und Reflexion ==
  
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# Stelle dein Ergebnis vor! Was kann dein Projekt?
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# Stelle dein Projekt vor! Wozu dient dein Projekt?
 
# Was hat dir bei der Entwicklung deines Produkts gefallen?
 
# Was hat dir bei der Entwicklung deines Produkts gefallen?
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# Welche Schwierigkeiten hast du gehabt? Wie konntest du sie lösen?
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# Warum ist dein Projekt für alle interessant?
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# Erläutere, wie du Programm aussieht!
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# Welche Schwierigkeiten sind aufgetreten? Wie konnten sie gelöst werden?
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# Was war bei dieser Aufgabenbearbeitung interessant für dich?
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# Erkläre, wie das Programm aufgebaut ist!
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# Was schätzt du, wie oft bei einmal Zähneputzen die Bürste bewegt wird? Schätze es zuvor und vergleiche deine Schätzung mit deinen Messergebnissen!
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# Was war bei dieser Aufgabe interessant für dich?
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# Vergleiche es mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern! Wie viele "Schrubbungen" sollten es mindestens sein, um der eigenen Gesundheit etwas Gutes zu tun?
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# Dient dein Projekt zur Vermittlung von Einsichten in das tägliche Leben?
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== [[Datei:icon_plus.png|20px|Icon]] Weiterentwicklung ==
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* Expertinnen und Experten können auch noch die Anpassung an die Sommerzeit und Winterzeit in das Projekt einbinden.
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==[[Datei:logo_link.jpg|20px|Icon]] Simulation der elektronischen Sonnenuhr mit Geogebra ==
  
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== Optionen und Erweiterung ==
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; [https://ggbm.at/jd3Vvtkq Link zur Simulation]
  
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* Expert_innen können auch noch die Zeit ermitteln, wie lange A und B jeweils geputzt haben und dann berechnen, wieviele „Bürstungen pro Minute“ A und B jeweils gemacht haben.
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<htmlet>makecode_embed</htmlet>

Aktuelle Version vom 18. November 2021, 18:26 Uhr

Icon Elektronische Sonnenuhr – wie kann das funktionieren ...

Sonnenuhr

Zwei begeisterte IT-Freaks experimentieren gerade wieder einmal mit ihren micro:bits und denken über neue Anwendungen nach.

„Wie spät ist es eigentlich schon? Ich soll heute um 18 Uhr daheim sein“, fragt Lukas seinen Freund David.
„Warte, ich muss erst mein Handy suchen – es ist schon 10 Minuten vor 6 Uhr“, meint David.
Da hat Lukas eine Idee: „HEY – könnte man nicht auch den micro:bit als Uhr verwenden?“
„Vielleicht gar als Sonnenuhr!“, lacht darauf David.
„Ja, warum nicht, vielleicht können wir die Sensoren des micro:bit dazu nutzen! Das ist unser nächster Job!!! Denk du auch bis morgen darüber nach, wie wir das machen, ich hab schon eine Idee! Tschau, bis morgen.“

Icon Aufgabenstellung

  • Finde heraus, wie eine Sonnenuhr funktioniert.
  • Wie kann mit dem micro:bit die Tageszeit berechnet und angezeigt werden?
  • Welche Sensoren können dazu genutzt werden?

Hinweis


Icon Materialien

Notwendige Materialien


Icon Zeitaufwand

Nur 5 Minuten für die notwendigen Hardware-Arbeiten. Hinweis

Zwei Schulstunden zum Entwickeln des Programms

Icon Schwierigkeitsgrad

borderlessborderlessborderless

Icon Kompetenzen

Du lernst Grundkenntnisse über die Abhängigkeit der Tageszeit vom Stand der Sonne den Zusammenhang zwischen Tageszeit und der Rotation der Erde kennen die Berechnung der Tageszeit aus dem Winkel der Erddrehung das Formulieren und Kodieren der Berechnung der Tageszeit

Icon Unterrichtsfächer

Geographie und Wirtschaftskunde,Informatik, Mathematik, Physik

Icon Tipps und Hilfestellung

Micro:Bit mit Wattestäbchen
  • Nach dem Einschalten des micro:bit muss der Kompass-Sensor jedes Mal kalibriert werden. Dazu muss auf dem 5x5 LED Display durch Neigen des micro:bit ein Kreis gezeichnet werden.
  • Danach einmal den Kompass-Sensor testen und dabei einfach den micro:bit auf den Tisch legen und verdrehen. Mit der Kompass-Funktion die Grad-Werte ermitteln und am Display anzeigen lassen.
  • Dann den micro:bit so drehen, dass der Schatten des Stabes genau auf die mittlere LED-Reihe fällt - (siehe Bild rechts).
  • Aus dem nun ermittelten Wert der Drehung kann die Tageszeit berechnet werden. Die Erde dreht sich 360° in 24 Stunden, das sind somit 15 Grad pro Stunde oder alle 4 Minuten 1 Grad.
  • Dann muss eine mathematische Formel für die Umrechnung vom Drehwinkel in die Tageszeit entwickelt werden.

Weitere Infos, Hinweise und auch eine mögliche, komplette Lösung findest du auf der Lösungsseite zu diesem Beispiel.

Icon Präsentation und Reflexion

  1. Stelle dein Projekt vor! Wozu dient dein Projekt?
  2. Was hat dir bei der Entwicklung deines Produkts gefallen?
  3. Warum ist dein Projekt für alle interessant?
  4. Welche Schwierigkeiten sind aufgetreten? Wie konnten sie gelöst werden?
  5. Erkläre, wie das Programm aufgebaut ist!
  6. Was war bei dieser Aufgabe interessant für dich?
  7. Dient dein Projekt zur Vermittlung von Einsichten in das tägliche Leben?

Icon Weiterentwicklung

  • Expertinnen und Experten können auch noch die Anpassung an die Sommerzeit und Winterzeit in das Projekt einbinden.

Icon Simulation der elektronischen Sonnenuhr mit Geogebra

Link zur Simulation

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