Computerunterstützte Messwerterfassung und

-auswertung im Schülerpraktikum

ZPG Physik - Modul II

Spezifisches Methodenrepertoire der Physik

Michael Renner, Dezember 2010

Gliederung

I. Vortrag 40 min 1. Bezug zum Bildungsplan und Ziele 2. Begründung des Vorgehens 3. Lehrgang und Skript 4. Bezugsquellen

II. Workshop 30 min

III. Abschlussrunde 10 min

Bildungsplan 2004

Kompetenzen und Inhalte

Spezifisches Methodenrepertoire der Physik Klasse 10

Die SuS können computerunterstützte Messwerterfassungs- und Auswertesysteme im Praktikum unter Anleitung einsetzen.

Klasse 12 Die SuS können computerunterstützte

Messwerterfassungs- und Auswertesysteme im Praktikum selbstständig einsetzen.

Bezug zum Bildungsplan

Ziele der Arbeit

Kompetenzerwerb (Berührungsängste abbauen)

Bereitstellung direkt im Unterricht einsetzbaren Unterrichtsmaterials in Form

eines konkreten Umsetzungsbeispiel

Ideen und Vorschläge

Bezug zum Bildungsplan

Begründung des Vorgehens

Messwerterfassungssystem – Experimentiermaterial – Versuche

Messwerterfassungs- und Auswertesystem Entscheidung beispielhaft für ein

Messwerterfassungs- und Auswertesystem Pocket-CASSY („Schüler-CASSY“) Software: CASSY-Lab

Begründung: Langjährige Erfahrungen im eigenen Unterricht und der

Referendarsausbildung Universelle Einsetzbarkeit: Physik, Chemie, Biologie,

NwT Bereits an vielen Schulen im Einsatz Zuverlässigkeit, Bedienerfreundlichkeit, Erlernbarkeit Softwarepflege

Begründung des Vorgehens

Pocket-CASSY

1 Analogeingang Auflösung: 12 Bit Abtastrate: max. 7.800 Werte/s Anzahl Messwerte: prakt. unbegrenzt

2 Timereingänge Zählfrequenz: max. 10 kHz Zeitauflösung: 1 µs Messzeit zwischen

zwei Ereignissen: min. 100 µs Speicher: max. 2.500 Zeitpunkte/Eingang

6 Digitaleingänge und 3 Digitalausgänge

Begründung des Vorgehens

Software CASSY Lab

CASSY Lab Neue Software: CASSY Lab 2

Download im Internet Ohne Anschluss von CASSY-Hardware

unbegrenzt nutzbar für Auswertungen Für Schüler daheim nutzbar!

Für Messungen 20mal nutzbar. Vielzahl vorgefertigter Messbeispiele

Begründung des Vorgehens

Sensoren und Experimentiermaterial

Wer soll das bezahlen,wer hat soooo viel Geld…?

Begründung des Vorgehens

Sensoren und Experimentiermaterial

Sensoren Aus Kostengründen: Einsatz möglichst

weniger Sensoren UIP-Sensor Lux-Sensor (Ultraschall-Bewegungssensor, Kombi-

Lichtschranke mit Speichenrad, Magnetfeldsensor)

Experimentiermaterial aus der Sammlung

Begründung des Vorgehens

Ausstattung eines Schülerarbeitsplatzes

1 Laptop mit Software CASSY Lab 1 Pocket-CASSY 1 Sensor oder mehrere Sensoren Weiteres Experimentiermaterial

Begründung des Vorgehens

Überblick über die Versuche

1. Übliche Schülerversuche, nun mit CASSY U-I-Kennlinien von Geräten Entladevorgang eines Kondensators

2. Versuche aus dem Unterricht, nun als Schülerversuche mit CASSY Einschaltvorgang einer Spule Elektromagnetischer Schwingkreis Schwingung eines Federpendels

3. Interessante Anwendungen Einschaltvorgang eines Glühlämpchens Induktion durch einen rotierenden Magneten Induktion und freier Fall

4. Interessante Anwendungen im erweiterten Kontext Energiesparlampen Betrieb einer LED Lichtsensor

Begründung des Vorgehens

Andere Messwerterfassungssysteme

Alle Versuche sind auch mit anderen Messwerterfassungssystemen durchführbar.

Das Skript sowie der Lehrgang müssen jedoch entsprechend angepasst werden.

Beispiele für andere Messwerterfassungs- und auswertesysteme: LPE-Vernier: LabPro, LabQuest, … Conatex: Pasco XplorerGLX, Pasco SPARK, … Phywe: Cobra4

Begründung des Vorgehens

Lehrgang und Skript

Idee und Aufbau

Didaktische Begründung

Hilf mir, es selbst zu tun.

(M. Montessori)

Auseinandersetzung mit der Software zur Erfassung und Auswertung der Messwerte

Experimentelle Fertigkeiten und Fähigkeiten der SuS – Umgang mit der Hardware

Lehrgang und Skript

Aufbau des Lehrganges

1. Schritt: Selbstständiges Kennenlernen der Software unter

Anleitung

2. Schritt: Messwertaufnahme und Auswertung der Messwerte

zunächst unter Anleitung, danach mit mehr Selbstständigkeit und steigendem Schwierigkeitsgrad

3. Schritt: Selbstständiges Experimentieren und Auswerten

unterrichtsbegleitend oder im Praktikum

Lehrgang und Skript

Der 1. Schritt - Einführung

Material: Arbeitsblätter „Einführung in den Gebrauch des Pocket-CASSY im Physikunterricht“

Auftrag: Hausaufgabe oder Planarbeit im Unterricht

Download der Software

Selbstständige Erarbeitung von Grundlagen im Umgang mit der Software mit AnleitungSelbstdiagnosebogen

Zeit: 1 Doppelstunde oder 90 min häusliche Arbeitszeit

Lehrgang und Skript

Der 2. Schritt - Erarbeitung Material: Arbeitsblätter „Einführung in den

Gebrauch des Pocket-CASSY im Physikunterricht“

Auftrag: Arbeit im UnterrichtErste Messwertaufnahme „Ohm‘scher Widerstand“ unter Anleitung des Lehrers

Planarbeit im Unterricht oder als Hausaufgabe (Messdatei auf USB-Stick oder per E-Mail)

Erste Auswertung der Messwerte

Zeit: 1 Doppelstunde oder 60 min häusliche Arbeitszeit

Lehrgang und Skript

Der 2. Schritt – Erarbeitung und Anwendung

Material: Arbeitsblätter „Einführung in den Gebrauch des Pocket-CASSY im Physikunterricht“

Auftrag: Praktikum: „Kennlinien von Geräten“: Wiederholung mit interessanten ErweiterungenMesswerterfassung und –auswertung mit zunehmender Selbstständigkeit und steigendem Schwierigkeitsgrad

Zeit: 1-2 Doppelstunden + 90 min häusliche Arbeitszeit

Fazit: Kompetenz „Selbstständiger Umgang mit einem Messwerterfassungs- und -auswertesystem“ sollte nun erworben sein!

Lehrgang und Skript

Praktikum: Kennlinien von Geräten

Versuche: 1. Der Ohm‘sche Widerstand 2. U-I-Kennlinie einer Glühlampe und

Glühfadentemperatur 3. Einschaltvorgang eines Glühlämpchens 4. U-I-Kennlinie einer Bleistiftmine 5. U-I-Kennlinie einer Halogenlampe und Beleuchtungsstärke

Mustercurricula für KursstufeVerknüpfung zur Mittelstufe

Lehrgang und Skript

Praktikum: Kennlinien von Geräten

Von einfachen zu

schwierigeren Auswertungen

Wiederholungund

weiterführendeinteressante

physikalische Aspekte

Ursprungsgerade Ausgleichsgerade Kurven Steigungen Definieren von Formeln Integrale berechnen Nutzung mehrerer Sensoren

Glühfadentemperatur Einschalten eines Lämpchens Erhöhung und Erniedrigung der Spannung beim Lämpchen Fließende Ladung Beleuchtungsstärke

Selbst-ständigkeit

Lehrgang und Skript

Der 3. Schritt – Anwendung, Festigung

Material: Arbeitsblätter im Ordner „Experimente“ sowie Messdateien im Ordner „Messdaten“

Auftrag: Unterrichtsbegleitend oder PraktikaDurchführung von Schülerversuchen

Festigung der Kenntnisse und Fähigkeiten im Umgang mit einem

Messwerterfassungssystem Fachliche Erkenntnisgewinnung

Auswahl der Versuche durch den Lehrer

Zeit: Pro Versuch: ½ - 2 Doppelstunden + häusliche Arbeitszeit

Lehrgang und Skript

Ausgearbeitete Versuche

Belastungskennlinie einer 4,5-V-Batterie Betrieb einer LED (Sicherheitshinweis!)

Lichtsensor Energiesparlampe Entladevorgang eines Kondensators Einschaltvorgang einer Spule Induktion bei rotierendem Magneten Induktion und freier Fall Elektromagnetischer Schwingkreis Diode und Widerstand Schwingung eines Federpendels

Lehrgang und Skript

Didaktische Aspekte

Erhöhung der Selbstständigkeit Möglichkeit für entdeckendes Lernen Möglichkeiten für GFS

Arbeitsanleitungen (teils geleitet, teils offen) Messdateien für jeden Versuch vorhanden Im Anhang eines jeden Versuches:

Foto des Versuchsaufbaus Ausgewählte Lösungen

Neuer Aspekt: Modellbildung

Lehrgang und Skript

Modellbildung

CASSY Lab Einschaltvorgang einer Spule Entladevorgang eines Kondensators Schwingung eines Federpendels

EXCEL Modellbildung Spule und Kondensator

GTR Einschaltvorgang einer Spule

Lehrgang und Skript

Zusammenfassung zum Material Einleitung

Einleitende Bemerkungen Pocket-CASSY für Schülerversuche

Einführende Versuche Einführung CASSY 1 Einführung CASSY 2

Experimente Versuchsanleitungen für 12 Praktikumsexperimente mit Fotos und

ausgewählten Lösungen CASSY Lab 1 und CASSY Lab 2

Messdaten Alle Messdateien der vorgestellten Versuche als CASSY-Lab-Dateien.

Modellbildung Modellbildung mit EXCEL und GTR

Ergänzendes Material Planarbeiten zum „Umgang mit unbekannten Formeln“

Lehrgang und Skript

Bezugsquellen

Lehrerfortbildungsserver:

renner.michael@kabelbw.de

Seminarbroschüre des Tübinger Seminars erscheint im Frühjahr 2011

Bezugsquellen

http://lehrerfortbildung-bw.de/faecher/physik/gym/fb2/

WorkshopAnmeldung: Referendare

Station 1:Einführung

Pocket-CASSY

Station 2 Kennlinien

von Geräten

Station 3 Entladung

KodensatorModellbildung

Station 4 Einschaltvor-gang Spule

Modellbildung

Station 5 Induktion und

freier Fall

Station 6 Induktion beirotierendemMagneten

Station 7 Energiespar-

lampe

Station 8 Betrieb einer

LED

Station 9 SchwingungFederpendel

Modellbildung

Station 10 Planarbeit

UnbekannteFormeln

Station 11 Skript undUSB-Stick

Workshop

Station 12 Modellbildung

GTR

Impressum Mitglieder der zentralen Projektgruppe Physik:

StD Joachim Friederich, Kepler-Gymnasium Pforzheim StD Florian Karsten, Seminar Stuttgart Prof. Franz Kranzinger, Seminar Stuttgart StD Michael Renner, Seminar Tübingen Prof. Dr. Peter Schmälzle, Seminar Karlsruhe StD Dr. Markus Ziegler, Regierungsprädidium Freiburg

Die Materialien dürfen im Rahmen der Fortbildungsmaßnahme eingesetzt und von den Multiplikatoren für ihren eigenen Einsatz angepasst werden.

Die Materialien stehen unter der Lizenzhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/