Physikalische Schülerversuche auf der Basis von Raspberry Pi und Arduino

„Eksperymenty z fizyki dla uczniów oparte na Raspberry Pi i Arduino”

Projektnummer: P-40302-24

Das Projekt wurde durch das Deutsch-Polnische Jugendwerk gefördert

 

Ziel des Projektes:

Das Ziel des Projektes ist die gemeinsame Erstellung, Umsetzung und Weiterentwicklung einer Sammlung von physikalischen Schülerversuchen auf der Basis von modernen Einplatinencomputern wie dem Raspberry Pi und dem Arduino-Mikrokontroller. 

 

Teilnehmer:

18 polnischen Schüler*innen und 5 Lehrkräfte aus Zespół Szkół Zawodowych w Wolsztynie und Mitglieder der Stiftung zur Förderung der Entwicklung Pro Synergia in Gorzów Wielkopolski

21 Schüler*innen und 4 Lehrkräfte von Heinrich-Wieland-Schule in Pforzheim

Die 21 Schüler*innen der Heinrich-Wieland-Schule haben sich in drei Gruppen mit spezifischen Aufträgen aufgeteilt. Die Wissenschaftler-Gruppe hat an allen Experimenten mit Raspberry Pi, Arduino und Sensoren sowie bei der Erstellung der Arbeitsblätter gearbeitet. Die Schüler der Projektmanagement-Gruppe haben an der Organisation und Verlauf der Veranstaltungen mitbewirkt. Sie haben nach Fahrplänen, Zugverbindungen, Öffnungszeiten der Museen recherchiert, sowie an den Kommunikationskanälen über Internet aktiv gearbeitet. Die Presse-und-Kommunikation-Gruppe hat an Präsentationen, Auswahl der Kriterien zur Projektevaluation und Veröffentlichung des Treffens gearbeitet. Alle deutschen Schüler*innen waren Begleiter und Betreuer der polnischen Gäste. 

Programm des Projektes:

1.Tag: Kennenlernen und organisatorische Hinweise

Ausführliche Informationen zu den geplanten Experimenten, sowie zu den zum Projekt gehörigen außerschulischen Veranstaltungen haben alle Teilnehmer am ersten Tag des Treffens bekommen. Darüber hinaus erfolgte die Übergabe der personalisierten Mappen mit dem Programm des Treffens, sowie mit den Arbeitsblättern zu Experimenten.

Die deutschen Schüler des Projektmanagement-Teams geben Hinweise zum Verlauf der Aktivitäten und zur Online-Kommunikation über den gemeinsamen Server der Discord-Plattform.

 

2.Tag: Eröffnung des bilateralen Projektes in der Aula durch die Schulleitung

Scüler*innen und Lehrkräfte beider Länder wurden von der Schulleitung der Heinrich-Wieland-Schule zweisprachig begrüßt.

 

2.Tag: Gemeinsam Experimentieren im Physiklabor der Heinrich-Wieland-Schule

  • Einführung der polnischen Schüler*innen in die grundlegenden Konzepte des Messens mit dem digitalen Messdatenerfassungssystem für den Physikunterricht auf Basis des Raspberry Pi;
  • Aufbau verschiedener Versuche zur Distanzmessung mit dem Time-of-Flight Distanzsensor VL53L0X ;
  • Die deutschen Schüler*innen des Wissenschaftler-Teams leiten das Experimentieren an den 6 Stationen und betreuen die PL-Schüler;

Schüler*innen beider Länder arbeiten an physikalischen Vorgängen im Bereich der Mechanik. Eingesetzt war ein verständliches Messwerterfassungssystem, welches ermöglicht Ansteuerung und Auslese präziser, aber dennoch preiswerter Sensoren. Dabei haben die Schüler*innen beider Länder Experimente an sechs Stationen zur Aufzeichnung, Visualisierung und Auswertung gleichförmiger Bewegung eines Messwagens mit Antrieb auf einer waagerechten Fahrbahn mit dem VL53L0X-Sensor durchgeführt. Zusätzlich haben sie beschleunigten Bewegungen eines Experimentierwagens auf einer geneigten Fahrbahn sowie harmonischen Schwingung eines Federpendelndes gemeinsam untersucht. Aufbau der Experimente, Verbindung der elektronischen Bauteile auf Breadboards, Konfiguration der Software und Auswertung der Messdaten mit Tabellenkalkulationsprogrammen erfolgte auf jeder der sechs Stationen in kleinen gemischten Gruppen.

Zweisprachige Arbeitsblätter zu Experimenten wurden von Lehrkräfte beider Länder in der Vorbereitungsphase des Projetes entwickelt:

1.Arbeitsblatt:

Aufzeichnung, Visualisierung und Auswertung gleichförmiger Bewegung eines Messwagens mit Antrieb auf einer waagerechten Fahrbahn mit dem VL53L0X-Sensor und Messwerterfassungssystem PhyPiDAQ;

2.Arbeitsblatt:

Aufzeichnung, Visualisierung und Auswertung gleichmäßig beschleunigter und verzögerter Bewegung eines mit einer Stoßfeder vorgesehenen Experimentierwagens auf einer geneigten Fahrbahn mit dem VL53L0X-Sensor und
Messwerterfassungssystem PhyPiDAQ;

3.Arbeitsblatt:

Aufzeichnung, Visualisierung und Auswertung der harmonischen Schwingung eines Federpendelndes mit dem VL53L0X-Sensor und Messwerterfassungssystem PhyPiDAQ

 Bildergalerie zum gemeinsamen Experimentieren indet man hier....

Deutsche und polnische Lehrkräfte haben die Schüler*innen an den Stationen fachlich und sprachlich betreut.

Die erworbenen Erkenntnisse der Schüler*innen wurden durch einen Onlinetest (siehe Link...) in klein gemischten Gruppen geprüft.

 

 

 

 

 

2.Tag: Schüler*innen und Lehrkräfte stellen ihre Schulen und Städte vor!

Die deutschen Schüler*innen des Presse-und-Kommunikation -Teams halten zwei Präsentationen vor den polnischen Lehrkräften:

1.Präsentation: Unsere Heinrich-Wieland-Schule;

2.Präsentation: Stadt Pforzheim Vergangenheit und Gegenwart;

Beide Präsentationen wurden auf Polnisch untertitelt.

Die polnischen Lehrkräften stellen ihren Berufsschulkomplex in Wolsztyn (Polen) den deutschen Lehrkräften und Schüler*innen des Presse-und-Kommunikation-Teams vor.

Außerdem geben sie viele Informationen über ihre Stadt an.

 

3.Tag: Besichtigung des Experimenta-Museums in Heilbronn

Ziel: Erweiterung der Digitalisierung durch weitere Sensoren an komplexeren Experimenten:

An diesem Tag erfolgt die Besichtigung des Experimenta-Museums in Heilbronn, das Deutschlands größte Science Center, wo Schüler*innen aus den beiden Teams Versuche in den drei Bereichen Entdeckerwelten, Erlebniswelten und Forscherwelten gemeinsam über den ganzen Tag durchgeführt haben. Experimente wie 3D-Gesichtserkennung basieren sich auf Time of Flight-Sensoren, welche am zweiten Tag an den Stationen eingesetzt wurden. Spannende Anwendungen, wie z. B.  ein ultrarealistischer virtueller Flug mit Fallschirmsimulator auf der Basis von Bewegung- und Drucksensoren wurden von Schüler*inenn in der Begleitung der Lehrkräfte der beiden Teams erlebt.

 

Bildergalierie zum Experimenta-Zentru hier...


 

4.Tag: Besichtigung des Mercedes- und des Porsche-Museums in Stuttgart 

Bildergalerie hier.........

Die Teilnehmer bekommen Einblicke in die Geschichte der Entwicklung verschiedenen Fahrzeugmodellen sowie der einigen technischen Patenten, die die Effizienz des Fahrens kontinuierlich verbessert haben. An Fahrsimulator haben die Schuler*innen mit einer digitalen Datenbrille die Innenraum-Funktionalitäten der Fahrzeuge in Fahrsituationen getestet. Darüber hinaus waren die Schüler*innen an den neuen Entwicklungen in Richtung E-Mobilität interessiert. An den ausgestellten E-Modellen haben sie über technische Lösungen zur Erhöhung der Reichweite mit weniger Energie erfahren.

Die Teilnehmer haben am Porsch-Museum verschiedene Fahrzeuge in chronologischer Reihenfolge bewundert, die die Geschichte des Sportwagenherstellers erzählen. Am Porsche Racing Simulators erleben sie interaktiv die Faszination des Motorsports mit den aktuellen Porsche-Serienmodellen. 

 

 

5.Tag: Zurück zum Physiklabor der Heinrich-Wieland-Schule 

Alle polnischen Schüler*innen zusammen mit ihren deutschen Partnern aus der Wissenschaftler-Gruppe haben das Laden und Entladen eines elektrolitischen Kondensators am Raspberry Pi experimentell untersucht. Das Signal wurde über einen Digital-Analog-Wandler digitalisiert und am Raspberry Pi ausgelesen. Aufzeichnung und Visualisierung der Spannung am Kondensator wurde in Echtzeit am Messfenster der PhyPiDAQ-Software gezeigt. Der Einfluss der Kapazität des Kondensators sowie des Widerstandswertes auf die ausgelesene Spannung wurde ebenfalls untersucht.

Bildergalerie zum Experiment hier....

 

 

5.Tag: Evaluation des Projektes

Die Lehrkräfte, sowie die deutschen Schüler aus der Kommunikation-Gruppe haben an der Evaluation des Treffens gearbeitet.

Die Evaluation des Projektes wurde nach bestimmten Kriterien durchgeführt. Ein Fragenbogen wurde in zwei Sprachen durch die Lehrkräfte der beiden Länder erstellt. Darunter wurden Aspekte wie die Projektorganisation, Kommunikations- und Entscheidungsfindungsprozesse, zielorientiertes und hilfreiches Arbeitsumfeld, effektives und effizientes Arbeiten während der gesamten Projektdauer sowie kulturellen oder fachbezogenen Perspektiven bei der Zusammenarbeit beurteilt. Alle Teilnehmer haben sich sehr positiv geäußert und sich eine Erweiterung der Zusammenarbeit erwünscht.

 

 

 

5.Tag: Besichtigung des Schülerlabors am KIT

Nachmittag erfolgte die Besichtigung des Schülerlabors am KIT. In kleinen Gruppen haben die Schüler*innen an spannenden Experimenten, wie z.B. Laser-Schneider oder Ultraschallsonde für den medizinischen Bereich mit Studenten des KIT mitexperimentiert. 

Abwechselnd haben die Teilnehmer in einer zweiten Gruppe eine virtuelle Tour vom CERN erlebt.

 

 

 

6.Tag

Am letzten Tag des Projektes wurden die Ergebnisse der Evaluation besprochen.Überwiegend haben sich die Schüler*innen und die Lehrkräfte beider Teams sehr positiv über die Zusammenarbeit, das neue Gelernte, die kulturellen Aspekte des Treffens geäußert. Anschließend erfolgte die Abschlussfeier mit der Verleihung der Teilnahmebescheinigungen.  

 

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