30 praxisorientierte Unterrichtsmodule für die Klassen 8–12
Dieses Curriculum verbindet Informatik, Physik, Mathematik und Technik anhand einer durchgängigen Leitfrage: Wie erzeugen Computer aus einem realen Objekt ein nutzbares digitales 3D-Modell?
Die 30 Module führen von den Grundlagen digitaler Bilder und optischer Messverfahren über Computer Vision und künstliche Intelligenz bis zu 3D-Modellen, digitaler Fertigung, Robotik und realen technischen Anwendungen. Jedes Modul kann einzeln eingesetzt oder mit weiteren Modulen zu einer längeren Unterrichtsreihe kombiniert werden.
Hinweis zur Lehrplan-Zuordnung: In Deutschland gibt es keinen einheitlichen bundesweiten Lehrplan für alle hier behandelten Fächer. Wo bundesweit geltende Bildungsstandards der Kultusministerkonferenz (KMK) vorliegen – insbesondere für Mathematik und Physik – werden diese als primäre Referenz verwendet. Für Informatik, KI und spezifische digitale Kompetenzen wird ergänzend der bayerische LehrplanPLUS Gymnasium herangezogen. Die Zuordnungen sind fachlich begründete Empfehlungen auf Basis der Lernziele der einzelnen Module und keine formale Anerkennung durch KMK oder ISB.
Alles, was Sie für ein Modul benötigen
Jedes Modul ist als komplettes, direkt einsetzbares Unterrichtspaket aufgebaut. Lehrkräfte können die Materialien als vollständige Unterrichtssequenz verwenden oder einzelne Bestandteile passend zu Unterrichtszeit, Lerngruppe und Unterrichtskonzept auswählen.
Enthaltene Unterrichtsmaterialien
- Lehrerhandreichung – Lernziele, Unterrichtsstruktur, Vorbereitung, didaktische Hinweise und vorgeschlagene Aktivitäten.
- Schülerarbeitsheft – Erklärungen, Fragen, Übungen, Beobachtungsaufgaben und Platz zur Dokumentation und Reflexion.
- Laboranleitung – Schritt-für-Schritt-Anleitungen für praktische Untersuchungen rund um 3D-Scanning, Messung und Computer Vision.
- Engineering Challenge – Eine offene Konstruktions- oder Problemlösungsaufgabe zur praktischen Anwendung des Gelernten.
- Assessment-Paket – Aufgaben und Aktivitäten zur Überprüfung von Verständnis, Fachbegriffen, Prozessen und Anwendungen.
- Lösungsschlüssel – Lösungen und Hinweise für Arbeitsblätter, Übungen und Leistungsüberprüfungen.
- Vokabelkarten – Zentrale naturwissenschaftliche, technische, mathematische und informatische Fachbegriffe.
- Berufsbezug – Verbindungen zu realen Berufsfeldern in 3D-Technik, KI, Robotik, Engineering und digitaler Fertigung.
- Erweiterung für zu Hause – Optionale Aufgaben, die Unterrichtsinhalte mit Alltag, Technik und eigener Exploration verbinden.
- Anhang für Lehrkräfte – Vertiefende technische Hintergrundinformationen und Referenzmaterial.
- Foliensatz – Präsentationsfertige Visualisierungen zur Einführung, Erklärung und Diskussion der Unterrichtsinhalte.
Gemeinsam unterstützen die Materialien einen Lernweg von Verstehen → Untersuchen → Anwenden → Bewerten und geben Lehrkräften gleichzeitig die Freiheit, jedes Modul an die eigene Unterrichtssituation anzupassen.
Modulübersicht
Die Welt digital sehen
| Modul | Titel | Fachbereiche | Klassenstufe | Dauer | Empfohlene Lehrplan-Zuordnung | Download |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 01 | Vom Objekt zum digitalen Zwilling | Informatik · Physik · Technik | 8–12 | 5 Tage | KMK Physik (MSA): Erkenntnisgewinnung/Modelle; LehrplanPLUS Informatik: Modellieren, Information und Repräsentation | Modul 01 herunterladen |
| 02 | Was sieht eine Kamera tatsächlich? | Physik · Informatik · Digitale Bildverarbeitung | 8–12 | 4 Tage | KMK Physik (MSA): Erkenntnisgewinnung; LehrplanPLUS Gymnasium Ph8 LB 2 Optik | Modul 02 herunterladen |
| 03 | Warum ein Foto nicht genug ist | Physik · Mathematik · Computer Vision | 8–12 | 4 Tage | KMK Physik (MSA): Modelle/Erkenntnisgewinnung; LehrplanPLUS Ph8 LB 2 Optik | Modul 03 herunterladen |
| 04 | Digitales Verständnis aufbauen | Informatik · Technik · Datenrepräsentation | 8–12 | 4 Tage | LehrplanPLUS Informatik: Information und ihre Repräsentationen; Modellieren | Modul 04 herunterladen |
Formen messen
| Modul | Titel | Fachbereiche | Klassenstufe | Dauer | Empfohlene Lehrplan-Zuordnung | Download |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 05 | Strukturiertes Licht mit Gray Code | Informatik · Mathematik · Optik | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik (MSA): Problemlösen/Modellieren; LehrplanPLUS Informatik: Algorithmen und Modellieren | Modul 05 herunterladen |
| 06 | Lasertriangulation | Physik · Mathematik · Technik | 8–12 | 5 Tage | KMK Physik (MSA): Erkenntnisgewinnung/Messung; LehrplanPLUS Ph8 LB 2 Optik | Modul 06 herunterladen |
| 07 | KI-basierte Tiefenschätzung | Informatik · Künstliche Intelligenz | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Gymnasium Inf11 LB 4 Künstliche Intelligenz | Modul 07 herunterladen |
| 08 | Rekonstruktion aus Silhouetten | Mathematik · Informatik · 3D-Rekonstruktion | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik (MSA): Raum und Form/Modellieren; LehrplanPLUS Informatik: Modellieren | Modul 08 herunterladen |
| 09 | Sensorfusion | Informatik · Physik · Technik | 8–12 | 5 Tage | KMK Physik (MSA): Erkenntnisgewinnung; LehrplanPLUS Informatik: Daten, Modelle und Bewertung | Modul 09 herunterladen |
Computer Vision
| Modul | Titel | Fachbereiche | Klassenstufe | Dauer | Empfohlene Lehrplan-Zuordnung | Download |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | KI-basierte Hintergrundsegmentierung | Informatik · KI · Computer Vision | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Gymnasium Inf11 LB 4 Künstliche Intelligenz | Modul 10 herunterladen |
| 11 | Bilder in Informationen | Informatik · Bildverarbeitung | 8–12 | 4 Tage | LehrplanPLUS Informatik: Information und ihre Repräsentationen; Daten und Datenstrukturen | Modul 11 herunterladen |
| 12 | Vertrauen und Unsicherheit | Mathematik · Informatik · Messtechnik | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik (MSA): Daten/Zufall, Argumentieren; KMK Physik: Messunsicherheit/Erkenntnisgewinnung | Modul 12 herunterladen |
| 13 | Wenn Computer Fehler machen | Informatik · KI · Technik | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Inf11 LB 4 KI: Zuverlässigkeit, Trainingsdaten, Chancen und Risiken | Modul 13 herunterladen |
Den digitalen Zwilling aufbauen
| Modul | Titel | Fachbereiche | Klassenstufe | Dauer | Empfohlene Lehrplan-Zuordnung | Download |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 14 | Punktwolken | Mathematik · Informatik · 3D-Daten | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik (MSA): Raum und Form/Koordinaten; LehrplanPLUS Informatik: Daten und Repräsentation | Modul 14 herunterladen |
| 15 | Meshes | Mathematik · Informatik · 3D-Modellierung | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik (MSA): Raum und Form; LehrplanPLUS Informatik: Modelle | Modul 15 herunterladen |
| 16 | Reparatur der Geometrie | Technik · Informatik · Digitale Fertigung | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik: Modellieren/Problemlösen; LehrplanPLUS Informatik: Modellieren, Implementieren, Evaluieren | Modul 16 herunterladen |
| 17 | Vorbereitung für den 3D-Druck | Technik · Konstruktion · Additive Fertigung | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik: Raum und Form/Modellieren; KMK MINT-Empfehlungen: technische Problemlösung | Modul 17 herunterladen |
| 18 | 3D-Dateiformate | Informatik · Datenformate · Digitale Fertigung | 8–12 | 4 Tage | LehrplanPLUS Informatik: Information und ihre Repräsentationen; Daten und Datenstrukturen | Modul 18 herunterladen |
Engineering
| Modul | Titel | Fachbereiche | Klassenstufe | Dauer | Empfohlene Lehrplan-Zuordnung | Download |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 19 | Reverse Engineering | Technik · CAD · Konstruktion | 8–12 | 6 Tage | KMK Mathematik: Modellieren/Problemlösen; KMK Physik: technische Anwendungen und Modelle | Modul 19 herunterladen |
| 20 | Genauigkeit, Präzision und Toleranz | Mathematik · Physik · Messtechnik | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik (MSA): Messen, Daten, Argumentieren; KMK Physik: Messung und Unsicherheit | Modul 20 herunterladen |
| 21 | Qualitätskontrolle | Technik · Mathematik · Fertigung | 8–12 | 5 Tage | KMK Mathematik: Daten auswerten/Argumentieren; KMK Physik: Erkenntnisgewinnung und Bewertung | Modul 21 herunterladen |
| 22 | Technische Zielkonflikte | Technik · Engineering Design | 8–12 | 5 Tage | KMK MINT-Empfehlungen: Problemlösen und Bewerten; LehrplanPLUS Informatik: begründen und bewerten | Modul 22 herunterladen |
| 23 | Technische Optimierung | Technik · Mathematik · Datenanalyse | 8–12 | 6 Tage | KMK Mathematik: Modellieren, Problemlösen, Optimieren; LehrplanPLUS Informatik: Datenverarbeitung und Evaluation | Modul 23 herunterladen |
Anwendungen in der realen Welt
| Modul | Titel | Fachbereiche | Klassenstufe | Dauer | Empfohlene Lehrplan-Zuordnung | Download |
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| 24 | Roboter, die sehen können | Robotik · Informatik · Technik | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Informatik: Algorithmen, Modellieren und Implementieren; Robotik/Physical Computing als Anwendung | Modul 24 herunterladen |
| 25 | Maschinenvision in der Fertigung | Technik · Informatik · Fertigung | 8–12 | 5 Tage | KMK MINT-Empfehlungen: technische Anwendungen; LehrplanPLUS Informatik: Modellieren, Daten, Bewertung | Modul 25 herunterladen |
| 26 | Digitale Erhaltung in Museen | Informatik · Technik · Digitale Bildung | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Informatik: Modelle und digitale Repräsentationen; übergreifendes Ziel Medienbildung/Digitale Bildung | Modul 26 herunterladen |
| 27 | Medizinische und assistive Anwendungen | Technik · Informatik · Ethik | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Informatik Inf11 KI: Chancen/Risiken; übergreifende Ziele Werteerziehung und Digitale Bildung | Modul 27 herunterladen |
| 28 | Maschinenvision in der Raumfahrt | Physik · Informatik · Robotik | 8–12 | 5 Tage | KMK Physik: Erkenntnisgewinnung/Modelle; LehrplanPLUS Informatik: Modellieren, Daten, Algorithmen | Modul 28 herunterladen |
| 29 | Digitale Zwillinge für Systeme und Infrastruktur | Informatik · Technik · Systemmodellierung | 8–12 | 5 Tage | LehrplanPLUS Informatik: Modellieren, Daten und Informatiksysteme; KMK MINT-Empfehlungen | Modul 29 herunterladen |
| 30 | Abschließende Engineering Challenge | MINT · Technik · Informatik | 8–12 | 10 Tage | KMK Mathematik/Physik: Modellieren, Problemlösen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation; LehrplanPLUS Informatik: Analysieren, Modellieren, Implementieren, Bewerten | Modul 30 herunterladen |
Referenzrahmen
Bundesweite Bildungsstandards der KMK
Für die Sekundarstufe I bestehen bundesweit geltende bzw. von den Ländern umzusetzende KMK-Bildungsstandards unter anderem für Mathematik und Physik. Für die Allgemeine Hochschulreife bestehen ebenfalls Bildungsstandards für Mathematik und Physik. Diese Standards bilden deshalb die erste Referenz für mathematische, physikalische und naturwissenschaftliche Kompetenzen in diesem Curriculum.
Bayerischer LehrplanPLUS als ergänzende Referenz
Für Inhalte aus Informatik, künstlicher Intelligenz, Datenmodellierung, Algorithmen, Robotik und digitaler Repräsentation wird der LehrplanPLUS des Freistaats Bayern als konkrete schulische Referenz verwendet. Besonders relevant sind:
- Informatik – Modellieren: reale Sachverhalte analysieren, abstrahieren und in geeigneten Modellen darstellen.
- Informatik – Information und Repräsentation: Informationen abhängig vom Anwendungskontext geeignet darstellen und maschinell verarbeiten.
- Informatik – Daten und Datenstrukturen: Daten als maschinell verarbeitbare Repräsentationen von Informationen verstehen.
- Informatik 11 – Künstliche Intelligenz: Grundideen von KI und maschinellem Lernen, Einfluss von Trainingsdaten und Parametern, Zuverlässigkeit sowie Chancen und Risiken.
- Physik 8 – Optik: Lichtausbreitung, Reflexion, Linsen, Experimente, Messungen und physikalische Modellbildung.
- Natur und Technik: naturwissenschaftliche, technische und informatische Grundbildung sowie experimentelles Arbeiten und Modellbildung.
Hinweis für Schulen und Lehrkräfte
Die Zuordnung zeigt, wo die Lernziele eines Moduls fachlich an bestehende deutsche bzw. bayerische Kompetenzanforderungen anschließen. Sie ersetzt keine schulinterne Lehrplanarbeit. Je nach Bundesland, Schulart und Jahrgangsstufe können die Module auch anderen Lernbereichen oder schulinternen Curricula zugeordnet werden.
Bereit für den Unterricht?
Wählen Sie einzelne Module für eine kompakte MINT-Unterrichtseinheit, kombinieren Sie mehrere Module zu einer Unterrichtsreihe oder nutzen Sie alle 30 Module als Grundlage für einen umfassenden Lernpfad zu 3D-Scanning, Computer Vision, KI und Engineering.
Offizielle Referenzen
- Kultusministerkonferenz (KMK): Bildungsstandards in Deutschland
- KMK: Bildungsstandards Mathematik für die Sekundarstufe I
- KMK: Bildungsstandards Physik für den Mittleren Schulabschluss
- KMK: Bildungsstandards Mathematik und Physik für die Allgemeine Hochschulreife
- LehrplanPLUS Bayern: Gymnasium – Informatik
- LehrplanPLUS Bayern: Gymnasium – Physik
- LehrplanPLUS Bayern: Natur und Technik