Digitale Messwerterfassung

Die Möglicheiten digitaler Messwerterfassung im Physikunterricht sind durch den technologischen Fortschritt der letzten Jahre immens erweitert worden.

Angehende Lehrkräfte sollten über eine breite Kenntnis der zur Verfügung stehenden Methoden und der damit einhergehenden spannenden und interessanten neuen Möglichkeiten für die Durchführung von Experimenten, die Erfassung von Messwerten sowie die anschließende Auswertung verfügen.

Entsprechend erheben die Studierenden in den Seminaren zum schulbezogenen Experimentieren und im Seminar zu speziellen Fragestellungen der Physik Messwerte auf vielfältige Weise. Die Lehrveranstaltung vermittelt somit einen Überblick über gängige Verfahren zur digitalen Messwerterfassung. Die Studierenden haben zeitgleich die Möglichkeit, diese Vorgehensweisen in praxisnahe Unterrichtsszenarien einzubinden und selbstständig anhand gängiger Schulexperimente auszuprobieren.

Digitale Messwerterfassungssysteme

Digitale Messwerterfassungssysteme der Lehrmittelhersteller sind im Physikunterricht etabliert und an vielen Schulen vorhanden. Allerdings kann nicht vorausgesagt werden, welches System an der späteren Schule einer angehenden Lehrkraft vorhanden sein wird. Auch haben die unterschiedlichen System jeweils - auch abhängig von dem konkreten Einsatzzweck - diverse Vor- und Nachteile.

Daher legen wir großen Wert darauf, dass unsere Lehramtskanditatinnen und -kandidaten in ihrem Studiem verschiedene Messwerterfassungssysteme kennenlernen und eine unterrichtsbezogene Bewertungskompetenz bezüglich des Einsatzes digitaler Messwerterfassung aufbauen.

Smarte Sensoren

Für Tablets und Smartphone bieten Lehrmittelhersteller auch sogenannte Smarte Sensoren an. Diese lassen sich über Bluetooth direkt mit einem mobilen Endgerät koppeln. Die Einrichtung der Sensoren sowie die Erhebung, Aufbereitung und Darstellung der Daten erfolgen direkt auf dem mobilen Endgerät. Zusätzlich können die Daten auch für eine weitere Auswertung an andere Personen oder Geräte übertragen werden.

In Smartphone und Tablet integrierte Sensoren

Smartphones und Tablets verfügen über eine Vielzahl eingebauter Sensoren, die sich auch für eine digitale Messwerterfassung nutzen lassen. Je nach Modell können einige oder alle der folgenden Sensoren genutzt werde:

• GPS (gibt den Standort an)
• Accelerometer (misst Beschleunigungen)
• Gyroskop (misst Drehungen)
• Magnetometer (misst magnetische Flussdichte)
• Lichtsensor
• Barometer (misst den Luftdruck)
• Pulsoximeter (misst Sauerstoffsättigung im Blut und Pulsfrequenz)

Videoanalyse

Auch der Einsatz unterschiedlicher Apps Videoanalyse wie beispielsweise Viana, Vernier Video Physics, VidAnalysis und Tracker, wird in dem Seminar erprobt. So nehmen die Studierenden zum Beispiel den senkrechten Wurf eines Balls aus einem fahrenden Wagen mit Viana auf und werten die Aufnahme in Hinblick auf unterschiedliche physikalische Gesetzmäßigkeiten aus.

Arduino, Raspberry Pi & Co.

Auch Microcontroller und Microcomputer wie Arduinos und Raspberry Pis können zur Messwerterfassung im Physikunterricht genutzt werden. Erstens sind die Anschaffungskosten um ein Vielfaches niedriger als bei Systemen, die auf eine lange Nutzungsdauer und auch mechanische Stabilität ausgelegt sind. Zweitens werden bei der Arbeit mit Arduino, Raspberry Pi und Co. auch fächerübergreifende Kompetenzen aufgebaut.

Im Seminar werden diverse Versuche mit dem Arduino Uno durchgeführt, wobei die Teilnehmerinnen und Teilnehmer einen Programmcode unter Anleitung selber schreiben, Schaltungen planen und aufbauen, um anschließend dann eine eigene Versuchsanleitungen für den späteren Gebrauch in der Unterrichtspraxis zu entwickeln.

Remote und Virtual Labs

Vor allem für die Durchführung kostspieliger oder gefährlicher Versuche eigenen sich ferngesteuerte und virtuelle Labore, um ein schülergerechtes und selbstständiges Experimentieren zu ermöglichen. Es wird ein Überblick über bestehende Fernlabore vermittelt, die die Studierenden später unter anderem auch in Ihre Lernumgebungen einbinden.