Architektenbüro Geometrie

Kurze Beschreibung der Übung

Das Modell wird zur Förderung der räumlichen Darstellungskraft bzw. der geometrischen Kenntnisse bei den Berechnungen räumlicher Figuren, verwendet (BPE 3 in der Berufsfachschule).
1. Die Schüler erkennen in den 3D-gedruckten Wohnzimmermöbel zunächst zusammengesetzte Körper und damit die einzelnen Geometriekörper. Sie berechnen anschließend die einzelnen Volumina der Möbelstücke (= zusammengesetzten Körper). Die einzelnen Maße werden dabei entweder anhand der Software TINKERCAD abgelesen oder am 3D-gedruckten Modell-Möbelstück des Wohnzimmers mit dem Lineal abgemessen. So wird das Volumen der gesamten Wohnzimmermöblierung berechnet.
2. Zweiter großer Teil dieser Übung ist die Erstellung eines eigenen Wohnzimmermodells mit der 3D-Software TINKERCAD. Dabei werden bestimmten Bedingungen (siehe Kapitel 1.2.1) vorgegeben.

Anzahl der Teile dieser Übung

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Allgemeine Beschreibung

Das Wohnzimmer-Gauß-Modell besteht aus insgesamt 24 Möbelstücken bzw. Dekoartikel, die jeweils zusammengesetzte Geometriekörper darstellen. Die Miniaturgegenstände weisen dabei unterschiedliche Schwierigkeitsgrade auf. So lassen sich beispielsweise die Volumina der Dekoartikel oder des Sofas leichter errechnen als die der Lampen, welche aufgrund der komplexeren Konstruktionen, eine aufwendigere Berechnung erfordern.

Die 180-minütige Unterrichtsphase lässt sich in fünf Phasen gliedern, wobei sich der Schwierigkeitsgrad erhöht (grün, gelb, rot)

 Phase I Berechnung des gesamten Volumens des Modells

• Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst die jeweiligen zusammengesetzten Geometriekörper erkennen und anschließend deren Volumina mithilfe einer Formelsammlung berechnen können.
• Die Schülerinnen und Schüler lesen dabei die Maße innerhalb der verschiedenen Dateien in der 3D-Software TINKERCAD ab; alternativ können die Maße auch an den 3D-gedruckten Miniaturmöbelstücken abgemessen werden.
• Hilfsmittel: Formelsammlung, Lernvideo zum Umgang mit der Software TINKERCAD (z.B.: Wie lese ich die Maße des Modells ab? Wie hebe ich die Gruppierung der jeweiligen Modelle wieder auf, um alle Maße erfassen zu können?)

Phase II Umrechnung des Volumens in Gramm sowie Berechnung der Kosten

• Die Schülerinnen und Schüler berechnen das Gesamtgewicht des Wohnzimmermodells (Phase I) für das Architektenbüros „Geometrie“ in den verschiedenen Materialarten (Gold, Silber, Bronze & Holz) und Einheiten (kg oder g) aus, indem die Dreisatzrechnung angewandt wird.
• Anschließend werden die gesamten Kosten des Wohnzimmermodells in der jeweiligen Materialart ausgerechnet. Auch hier erfolgt eine Dreisatzrechnung.
• Hilfsmittel: Taschenrechner und Materialstoff- & Kosten-Tabelle

Phase III Volumenberechnung des extravaganten Sessels „Kugel“

• Die Schülerinnen und Schüler betrachten das 3D-gedruckte Objekt und diskutieren innerhalb der Gruppe, aus welchen zusammengesetzten Geometriekörpern das vorliegende Möbelstück besteht.
• der Volumenberechnung erkennen die Schüler, dass die Volumenberechnung dieses Sessels mit den bekannten mathematischen Mitteln nicht mehr möglich ist.

Phase IV Erstellung eines eigenen Wohnzimmermodells für das Architektenbüro „Geometrie“

• Die Schülerinnen und Schüler erstellen innerhalb ihrer Gruppe jetzt ein eigenes Wohnzimmermodell mit Hilfe der 3D-Druck-Software TINKERCAD.
• Es werden dabei folgende Bedingungen gestellt:
  • Die Anzahl der Möbelstücke des „Wohnzimmer-Gauß“ darf nicht unterschritten werden.
  • Das gesamte Gewicht (in derselben Materialart) des in der Phase I berechneten Volumens, , darf nicht überschritten werden.
  • Die eigens entworfenen Möbelstücke müssen sich von denen des „Wohnzimmer Gauß“ optisch unterscheiden; jedoch auch aus zusammengesetzten Geometriekörpern bestehen.
  • Dem eigenen Wohnzimmermodell soll des Weitern ein Modellname gegeben werden; sprich ein Gruppenname.
• Motivation: Die Gruppe, welche alle Vorgaben korrekte eingehalten und deren Wohnzimmermodell das geringste Volumen hat, darf ihr Modell am Ende der Unterrichtseinheit in 3D drucken.

Phase V Präsentation der Wohnzimmermodelle und Küren der Gewinnergruppe

• Die Schülerinnen und Schüler stellen ihr Wohnzimmermodell der Klasse vor. Dabei bewerten die Schüler die jeweiligen Modelle und achten auf korrekte Einhaltung der Bedingungen, welche in der Phase IV bereits vorgestellt wurden.
• Des Weiteren wird auch auf die Druckfähigkeit der jeweiligen Modelle geachtet.
• Abschluss: Das Wohnzimmermodell, dessen Volumen am geringsten ist und des Weiteren den Anforderungen (s.o.) entspricht, wird nun 3D-gedruckt.

Phase VI Korrektur des Sieger-Wohnzimmermodells

• Die Schülerinnen und Schüler verbessern mögliche Konstruktionsfehler bzgl. der Druckfähigkeit des Sieger-Wohnzimmermodells im fragend-entwickelten Unterrichtsgespräch.
• Hinweis: Das Modell wird bis zur folgenden Unterrichtsstunde 3D-gedruckt.

Zusätzliches Material

Verwendete Modelle:

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