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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/
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