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--- mexle2020:start [2020/11/16 02:30]
tfischer alte Version wiederhergestellt (2020/11/16 01:29)
+++ mexle2020:start [2024/04/18 12:10] (aktuell)
mexleadmin
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 ====== MEXLE? ======
-MEXLE steht für **M**ultimodale **EX**perimentier- und **LE**rnumgebung. \\ MEXLE soll alle MINT-Interessierte im Lernen unterstützen. \\ Auf verschiedenen Wegen soll das selbstständige Lernen angeregt werden. \\ Ein Teil davon ist dieses Wiki. \\ \\
+MEXLE steht für **M**ultimodale **EX**perimentier- und **LE**rnumgebung. \\ MEXLE soll alle MINT-Interessierte im Lernen unterstützen. \\ Auf verschiedenen Wegen soll das selbstständige und selbstwirksame Lernen angeregt werden. \\ Ein Teil davon ist dieses Wiki. \\ \\
-<WRAP onlyprint> \\ \\ </WRAP>
+<btn type="primary" icon="fa fa-comment">[[#in Kürze]]</btn>
+<btn type="primary" icon="fa fa-book">[[#etwas mehr Details]]</btn>
-<btn type="primary" icon="fa fa-comment">[[#in Kürze]]</btn><WRAP onlyprint> \\ \\ </WRAP>
+<btn type="primary" icon="fa fa-microchip">[[#Hardwarekonzept]]</btn>
-<btn type="primary" icon="fa fa-book">[[#etwas mehr Details]]</btn><WRAP onlyprint> \\ \\ </WRAP>
+<btn type="primary" icon="fa fa-history">[[#MEXLE Historie]]</btn>
-<btn type="primary" icon="fa fa-microchip">[[#Hardwarekonzept]]</btn><WRAP onlyprint> \\ \\ </WRAP>
+<btn type="primary" icon="fa fa-trophy">[[#Förderungen]]</btn>
-<btn type="primary" icon="fa fa-history">[[#MEXLE Historie]]</btn><WRAP onlyprint> \\ \\ </WRAP>
-<btn type="primary" icon="fa fa-trophy">[[#Förderungen]]</btn><WRAP onlyprint> \\ \\ </WRAP>
 </jumbotron>
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 ====== In Kürze ======
-<WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP right><fs x-large>Mission </fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 67%>
+<WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP right><fs x-large>Leitsatz</fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 67%>
 <lead> Stelle Dir eine Welt vor in der jeder frei MINT lernen kann. </lead>
 <WRAP right> - frei nach [[https://en.wikipedia.org/wiki/Jimmy_Wales#Role|Jimmy Wales]] (Wikipedia Gründer)</WRAP>
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 Unsere Vision für ein MINT-Bildung 2030 wird durch drei Bausteine getragen:
-<WRAP group><WRAP column 15em>
+<WRAP group><WRAP column 16em>
 <panel title="Motivation und Förderung" no-body="true">
 <list-group>
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 </list-group>
-<panel-body>Interessante und realitätsnahe Projekte. \\ </panel-body>
+<panel-body>Lerne realitätsnahe was dich interessiert. \\ </panel-body>
 </panel>
 </WRAP><WRAP column 17em>
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   * {{fa>search}} auffindbar
 </list-group>
-<panel-body>Lernen wann und wo man will. \\ (nbsp) </panel-body>
+<panel-body>Lerne wann und wo du willst. \\ (nbsp) </panel-body>
 </panel>
-</WRAP><WRAP column 16em>
+</WRAP><WRAP column 17em>
 <panel title="Offenheit und Diskretion" no-body="true">
 <list-group>
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   * {{fa>life-ring}} freundliche Lernumgebung
 </list-group>
-<panel-body>Sich selbst weiterentwickelnde und freie Lernmittel.</panel-body>
+<panel-body>Lerne andere beim Lernen zu helfen.</panel-body>
 </panel>
 </WRAP></WRAP>
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 Diese Vision braucht eine Komponentenplattform, welche ausgerichtet ist auf projektbasiertem Lernen, auf Motivation statt Noten, auf praktische Erfahrung und auf einem selbst gewähltem Weg des Lernens. Daneben wird auch nach Corona die Digitalisierung fortschreiten und den Wissenserwerb weiter von Zeit und Ort trennen. Das MEXLE-System bereitet die Hochschullehre auf diese Punkte vor.
 </WRAP></WRAP>
+<WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP right><fs x-large>Zielgruppe</fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 67%>
+\\ Die Zielgruppe für MEXLE 2020 sind
+  * MINT-Lernende
+    * Schüler der Sekundarstufe II (Gymnasien, Berufsfach- und -oberschulen, Duale Ausbildung)
+    * Studenten in MINT-Fächern
+  * Multiplikatoren
+    * Lehrer und Professoren der obengenannten Bereiche
+    * Schülerlabore
+    * Makerspaces
+</WRAP></WRAP>
 <WRAP pagebreak></WRAP>
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 <WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP right><fs x-large>Was steckt dahinter?</fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 67%>
+Ob ein (Weiter)bildungssystem im Jahr 2050 angesichts der Digitalisierung für alle Elemente des Lernens noch Lehrer, Professoren und Gebäude benötigt, ist angesichts der Digitalisierung nicht abzusehen. Lernen durch ein Be"greifen" von Komponenten wird aber auch in Zukunft in den MINT Fächern noch wichtig sein
-\\ Der MEXLE Ansatz soll den lernenden und den begleitenden Partner zur schöpferischen Mitarbeit aktivieren. Ein Baukasten aus Code, elektronischen und mechanischen Module, sowie Lern- und Basteleinheiten soll Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik begreifbar machen.
+Der MEXLE Ansatz hierbei soll den lernenden und den begleitenden Partner zur schöpferischen Mitarbeit aktivieren. Ein Baukasten aus Code, elektronischen und mechanischen Module, sowie Lern- und Basteleinheiten soll Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik begreifbar machen.
 <WRAP right> {{youtube>kKTPeq454YQ?size=368x240&autoplay=1&rel=0}}</WRAP>
 Die Module sind leicht über einen **Modulträger** miteinander verknüpfbar. Dieser ermöglicht Energieversorgung und Datenaustausch.
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 </WRAP>
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-Aktuell sind auf diesem Wiki [[:start|alle Skripte]] der Kurse "[[elektrotechnik_1:start|Elektrotechnik]]" bis "[[microcontrollertechnik:start|Microcontrollertechnik]]" offen zugänglich. Diese ermöglichen teilweise bereits ein Selbstlernen mit Quizzes und interaktiven Beispielen. Jedoch fehlen Lernprojekte und eine Verbindung zum Lab-in-a-Box Koffer. Es bietet sich eine engere Anbindung an diverse andere Projekte an (z.B. [[https://www.simulide.com/|SimulIDE]], [[https://www.hackster.io/|Hackster.io]], [[https://phyphox.org/|PhyPhox]]).
+Aktuell sind auf diesem Wiki [[:start|alle Skripte]] der Kurse "[[elektrotechnik_1:start|Elektrotechnik]]" bis "[[microcontrollertechnik:start|Microcontrollertechnik]]" offen zugänglich. Diese ermöglichen teilweise bereits ein Selbstlernen mit Quizzes und interaktiven Beispielen. Jedoch fehlen Lernprojekte und eine Verbindung zum Lab-in-a-Box Koffer. Es bietet sich eine engere Anbindung an diverse andere Projekte an (z.B. [[https://www.simulide.com/|SimulIDE]], [[https://www.hackster.io/|Hackster.io]], [[https://phyphox.org/|phyphox]]).
 </WRAP></WRAP>
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 <WRAP group><WRAP column 28%>
 <WRAP right><fs x-large>Die Module</fs></WRAP> \\
-<WRAP right>{{mexle2020:verschiedene_mexleplatinen_und_kleine_traegerplatine.png?300}}</WRAP>
+<WRAP right>{{mexle2020:verschiedene_mexleplatinen_und_kleine_traegerplatine.jpg?300}}
+</WRAP>
 </WRAP><WRAP column 67%> \\
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 Links sind verschiedene Platinen im Multi-Nutzen zu sehen, welche in einem Semester entwickelt worden sind.<tooltip title="Die längeren Platinen unten und rechts sind Teil einer Forschungsarbeit und nicht im Mexle System entwickelt worden.">*)</tooltip> Die folgende Slideshow zeigt zunächst eine Motortreiberplatine im 2x1 Format auf einem Modulträger mit einer 328PB-Platine und einem Board zur Spannungsversorgung (oben links).
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+<WRAP group><WRAP column 28%>
+<WRAP right><fs x-large>Vergleich mit anderen Produkten </fs></WRAP>
+</WRAP><WRAP column 67%> \\
+Im Gegensatz zu anderen Produkten wie Arduino, Calliope mini, Raspberry Pi, Bricks'R'Knowledge gibt es folgende Vorteile:
+  * **Skalierbarkeit - von klassischen Elektrobaukasten bis zum Multi-Prozessor-System**: \\ Das MEXLE 2020 System bietet - wie Bricks'R'Knowledge - einerseits die Möglichkeit einfache Schaltungen der Elektrotechnik selbst zusammenzustecken: Dabei können Netzwerke aus Widerständen, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, logischen Operatoren, Operationsverstärkern, mehreren Spannungsquellen, analogen Sensoren und Aktoren (z.B. Motoren) und vielem mehr aufgebaut werden. \\ Andererseits können die elektronischen Schaltungen mit Microcontrollern verbunden werden. Dies ermöglicht die Anbindung an PC oder Mobiltelefon. Zusätzlich ist ein Aufbau mit mehreren Microcontrollern leicht und ohne Kabeln möglich.
+  * **Flexibilität und Kompatibilität - auf unterschiedliche Microprozessoren ausgelegt**: \\ Das MEXLE 2020 System ist mit der Arduino-Entwicklungsumgebung kompatibel. Damit ist zum Start in die digitale Welt auch die Verwendung von Scratch oder Snap möglich. Andererseits eröffnet die niedrige (Digital)Versorgungsspannung von 3,3V die Welt von performanteren Prozessoren. Prozessoren mit ARM-Kern wie bei Arduino Due oder System-on-a-Chip wie beim Calliope mini oder Raspberry Pi können im gleichen System verwendet werden. So ist auch die Verwendung der Microcontrollerfamilien PIC, SAM, STM32, MSP430 oder 8051 möglich.
+  * **Kompakt und steckbar - Etwas Großes ist die Summe von vielen Kleinen **: \\ Einfache MEXLE Module sind 1 Zoll mal 1 Zoll groß, also etwa 25 x 25 mm². Damit sind die Module etwa halb so groß wie ein Arduino Nano. Im Gegensatz zu Arduino wird bewusst auf das klassische Steckbrett für das Microcontrollerboard verzichtet. Warum? Wer länger mit Microcontrollerboards und dem Steckbrett gearbeitet hat, weiß, dass nach einigem Umstecken der Steckkontakt wackelt und nicht mehr zuverlässig verbindet. Bei MEXLE 2020 ermöglicht der eigene Modulträger das Stecken und Verbinden von Modulen - im Gegensatz zu anderen Produkten (z.b. MikroElektronika) ist dieser Aufbau sehr günstig und flexibel. Durch den Modulträger wird auch einem Kabel-Wirrwarr vorgebeugt. Daneben sind die vorhandenen Modulträger so angepasst, dass diese bündig in verfügbare Gehäuse und Koffer passen.
+  * ** Schnittstellen und Optionen - Module neben- und übereinander **: \\ Wie die anderen Produkte auch werden die seriellen Schnittstellen I2C und SPI unterstützt. I2C ist dabei auch die Schnittstelle zwischen den einzelnen Modulen. Damit werden komplexere Systeme mit mehreren Microcontrollern (z.B. je einen für Eingabe, für Verarbeitung, für Ausgabe) möglich. Über die I2C Schnittstelle können auch andere Sensoren verknüpft werden. Die schnellere SPI-Schnittstelle ermöglicht zusätzlich zur Kommunikation mit Hookups. Aktoren wie Motoren, (programmierbare) LEDs, Displays, Lautsprecher und Sensoren für Licht, Näherung, Kraft, Lage, Magnetfeld und vieles mehr können so einfach aufgesteckt werden.
+  * ** Offenheit und Preiswertigkeit **: \\ Dem MEXLE 2020 fehlen bewusst die Modulgehäuse. Damit bleibt für den Nutzer der Kontakt zu der Elektronik bestehen und die Kosten sinken. Dem lötinteressierten Sparfuchs wird zudem auch eine Variante zum Selbstlöten angeboten.
+</WRAP></WRAP>
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+<wrap #anwendungen />
+<WRAP right> {{youtube>IUM0t82Cyv8?size=960x540&autoplay=1&rel=0}}</WRAP>
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 </caption>
 </slide>
+<slide>
+{{mexle2020:mexle2020_prototyp_hand.jpg?400}}
+<caption>
+erster Prototyp eines Demonstratorsystems "Hand" mit Basisboard und noch provisorischer (Servo-)Motorsteuerung
+</caption>
+</slide>
 <slide>
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 <WRAP right> {{youtube>tUUVV8yCoFM?size=922x440&autoplay=1&rel=0}}</WRAP>
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+<WRAP group><WRAP column 28%> Elektronische Simulation / interaktives Skript </WRAP><WRAP column 67%>
+Neben der Simulation von Microcontrollern, gibt es noch weitere Verwendung von Open-Source Software.
+Im Online-Skript zu den Vorlesungen ist eine Schaltungssimulation eingebaut. Diese soll es dem Studierenden ermöglichen verschiedene logische, elektrotechnische und elektronische Situationen leicht zu erfassen und zu verändern. Das Skript soll die praktische Übung mit den Lab-in-a-Box ergänzen.
+</WRAP></WRAP>
+<WRAP right 70%>
+<button collapse="Beispiel">Beispiel (zum öffnen anklicken)</button>
+<collapse id="Beispiel" collapsed="true"><well>
+<panel type="info" title="Aufgabe 9.9.9 Batterie unter Last"> <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 92%>
+Die <imgref BildNr85> zeigt ein Simulation eines Stromkreises. \\ ++ Tipp, falls die Simulation zu klein dargestellt wird : | \\ Im Menü ''Bearbeiten >> Schaltung zentrieren'' anklicken, vergrößert die Schaltung ++
+Teil des Stromkreises ist eine Batterie. Außerdem befinden sich zwei Schalter $S_1$ und $S_2$, sowie ein Last-Widerstand $R_L$ im Stromkreis. Zusätzlich wird die Spannung $U$ an der Batterie und der fließende Strom $I$ mit Farben visualisiert und als Zahlenwert dargestellt.
+Im unteren Teil der Simulation ist eine Diagramm zu sehen, welches die aktuelle Batteriespannung $U$ auf der x-Achse und den Strom $I$ auf der y-Achse darstellt. \\ Dieses Diagramm ist die Strom-Spannungs-Kennlinie. Der aktuelle Punkt $(U,I)$ heißt Arbeitspunkt.
+<WRAP>
+<imgcaption BildNr85| Batterie unter Last>
+</imgcaption> \\
+{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgjCAMB0l3AWAnC1b0DYrQOwGYAOJSAVg0iSL0gxIjyzGhJATwChoQAhAQwBd+AUwBOATyjgQAJhkgAOgAcpkSQFpJqiACUhAZwCWe-gHsRAUQA2AW3l6wd6fJEA1E5f68A5kKu29kI5Q8nYkdoHhIXoIEfZhkQkBzOwIYFrkMpAE4DhY0jiyEHyCohKBSSzl5TF2TGEBkRXsymBghbngbTIFKlDsAO7gSLL5hV2jfYNgGWAdYMM5WJDsIqzZEwjr0giS0gOd7Vibi5MH3bLHE8teQyM98yME2ct4OOlac12zjJrsemsnS7bTQgABmvEseiEf0k312wK0YIhUP2xzhHyW+1U0gR51O2J6lx6ywAHuAKOAyOBpBAwCQkKxwDsAJLyACO7DJrQZNMYrxk80ZYB2AFV2ZyQBgRgwQD1pHgGTthSBtBL8DJUrL1ggdkrVAAZFKQPCSPDSLQLNiyLQAfTANsgNtSGDwNow0GkJCEaiQNrwHu9BAdNukNqDHDJBBYZtkTxAZpYSpZEvmO1e2MgafVSZAIolSBNZuyKHjeAgOYAeim44RaUgsIRdUyQAA+FN1kYWxPNgDKEppQxwMjycCFWglGCH8yHctHepkEpIU4WGEYSG7yr7XIIHwgOOysybyuKwhEBmhhEZqhgtNUAHUDAATUTGXgAO0fdm0hqAA 700,400}}
+</WRAP>
+Aufgaben:
+  - Verändern Sie den Arbeitspunkt durch Schalten der Schalter (Doppelklick). Welcher maximale Strom $I_{max}$ und welche maximale Spannung $U_{max}$ lässt sich ablesen? \\ \\
+  - Der Wert des Last-Widerstand $R_L$ lässt sich doch Doppelklick auf den Widerstand ändern. Außerdem befindet sich rechts neben der Simulation ein Schieberegler (Slider) ''Widerstand RL''. Mit diesem ist der Wert kontinuierlich veränderbar. \\ Welcher Verlauf ergibt sich, wenn der Widerstandswert geändert wird? \\ \\
+  - Die Ausgangsspannung der Batterie ändert sich also, abhängig vom äußeren Widerstand. Dies lässt sich durch einen Spannungsabfall am einem gedachten Innenwiderstand $R_i$ der Batterie beschreiben. \\ Nun sollen Sie versuchen die Größe dieses Innenwiderstands anhand der Kenntnisse des Kapitels [[:elektrotechnik_1:einfache_gleichstromkreise#der_unbelastete_spannungsteiler|Einfache Gleichstromkreise - Der unbelastete Spannungsteiler]] herzuleiten. \\ \\ ++Tipp 1:| Wir wissen, dass bei einem Spannungsteiler mit gleich großen Widerständen $R_1 = R_2$ die Spannungen $U_1$ und $U_2$ gerade gleich groß sind ++ \\ ++Tipp 2| Der Innenwiderstand $R_i$ bildet mit dem äußeren Widerstand $R_L$ einen Spannungsteiler ++ \\ \\
+  - Betrachten Sie die Ergebnisse aus den Aufgaben 1. und 3. . Wie lässt sich aus dem maximaler Strom $I_{max}$ und der maximalen Spannung $U_{max}$ der Wert des Innenwiderstands $R_i$ bestimmen?
+</WRAP></WRAP></panel>
+</well></collapse>
+</WRAP>
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-====== Förderungen ======
-<WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP right><fs x-large>2018</fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 50%>
-\\ [[https://www.hochschuldidaktik.net/wp-content/uploads/UEbersicht-Bewilligte-Projekte-2018.pdf|HUMUS]] ([[https://www.hochschuldidaktik.net/|GHD]]) ({{::2018-01-23-a_est_antrag_humus_wiki.pdf|Antrag}}, {{:humus_projektabschluss_2018.pdf |Projektabschlussbericht}})
-</WRAP></WRAP>
-<WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP right><fs x-large>2019</fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 50%>
-\\ [[https://www.hochschuldidaktik.net/wp-content/uploads/UEbersicht-Bewilligte-Projekte-HUMUSplus-2019.pdf|HUMUS]] ([[https://www.hochschuldidaktik.net/|GHD]])
-</WRAP></WRAP>
-<WRAP group><WRAP column 28%> <WRAP left>[[https://www.stifterverband.org/wirkunghoch100/projekte|{{:s_logo_wh100_label_pos_rgb.jpg?100}}]]</WRAP><WRAP right><fs x-large> 2020</fs></WRAP> </WRAP><WRAP column 50%>
-\\ [[https://www.stifterverband.org/wirkunghoch100/projekte|Wirkung hoch 100]] ([[https://www.stifterverband.org/|Stifterverband]])
-</WRAP></WRAP>