„be PArd“ (Kofferwort aus „be part“ und „Arduino“) ist eine mehrteilige, umfangreiche Unterrichtsreihe der Talentförderung Physikusse. Ziel des Projektes ist es, Schüler*innen intensiv an Technik und Physik heranzuführen und ihre Begeisterung zu wecken. Dadurch werden sie befähigt, technische Entwicklungen kritisch zu hinterfragen und adäquat damit umzugehen. Sie lernen Technologien nicht nur zu bedienen, sondern auch selbst Geräte zu entwickeln und eigene Ideen umsetzen.
Anlass für dieses Projekt ist unsere Erfahrung mit dem Projekt SpliDS, einem Kooperationsprojekt der Talentförderung Physikusse mit der Universität Bonn und der Universität Singapur. In der Grundlagenforschung zu makroskopischen Tropfen untersuchten Physikusse das Verhalten kugelförmiger Wasser- und Öltropfen beim Auftreffen auf ein Skalpell. Dazu war eine Vorrichtung notwendig, die standardisierte Tropfen in immer gleichen Abständen aus einer Kanüle drückte und diese umgehend zur Seite zog, damit eine Aufnahme des Experiments von oben erfolgen konnte. Hier konnten wir nicht auf vorgefertigte Maschinen zurückgreifen. So entwickelte ein Schüler der 13. Jahrgangsstufe den „Autodropper“ mit dem die Experimente erst möglich wurden. Dies hat uns mal wieder vor Augen geführt, dass es für Forschungsprojekte (z.B. Jugend Forscht) notwendig ist, eigene Geräte mit einer Physical-Computing-Plattform bauen zu können.
Die Hardware der Physical-Computing-Plattform besteht aus einem einfachen E/A-Board mit Mikrocontroller und analogen und digitalen Ein- und Ausgängen. Die Programmierung erfolgt mit einer C bzw. C++-ähnlichen Programmiersprache. Mit dem Erlernen einer Programmiersprache fördern und fordern wir die Abstraktionsfähigkeit, Sprachkompetenz (Sorgfalt und Klarheit in der Syntax) sowie systematisches und algorithmisches Denken.
„Insbesondere bekommt man beim eigenen Programmieren ein Gefühl für den sonderbaren Zwiespalt, dass Computer einerseits in sehr begrenzter Weise intelligent, in anderer Hinsicht aber ausnehmend blöd sind. Computer sind, wie gesagt, ausnehmend blöd. Man muss ihnen haarklein auseinandersetzen, was sie tun sollen. Und wenn sie etwas Komplexeres tun sollen, dann muss man erst selbst einmal selbst genau durchdenken, was man da eigentlich will.“
Pössel, Markus: in Spektrum.de vom 19.8.2016
Die Schüler*innen lernen den Transfer von alltäglichen Problemstellungen auf technische Ebene. Sie fördert somit unmittelbar eine Medienkompetenz, die in unserem technologisierten Alltag elementar notwendig ist.
„Auf höherer Ebene wird, wer das zu lösende Problem nicht hinreichend durchdacht hat, direkte Erfahrungen damit sammeln, dass allein der Umstand, dass ein Computer im Spiel ist, keine Patentlösung bedeutet. Man kommt in realistischen Situationen nicht darum herum, die Grundlagen dessen zu verstehen, was man da programmiert.“
Pössel, Markus: in Spektrum.de vom 19.8.2016
Physikussprojekt – Schulprojekt
Im Projekt „be PArd“ erlernen zunächst die Schüler*innen der Talentförderung Physikusse den Umgang mit einem Arduino. Dies geschieht unter Leitung des Schülers, der auch den „Autodropper“ baute. Er beschäftigt sich seit Jahren mit Hard- und Software von Physical-Computing-Plattformen und besitzt sowohl das notwendige Knowhow, wie auch die didaktischen Fähigkeiten zur Vermittlung.
Die Physikusse verbinden die Physical-Computing-Plattform mit Techniken zur Datenaufnahme und-analyse. Mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren werden im Rahmen von Wetteraufzeichnungen physikalische Größen erfasst. Weiterhin wird mit einem Sensor Licht unter Benutzung des photoelektrischen Effekts in ein elektrisches Signal umwandeln. Die Software erzeugt die Reaktionen auf die Sensoren und veranlasst elektromechanische Geräte (z.B. Motoren, Servos, LEDs) zu einer Reaktion. Die Aufnahme physikalischer Messungen, der Umgang mit Formeln und Interpretation von Messdaten wird so eingeübt.
Ein Ziel des Projektes ist der Einsatz von selbst gebastelten Geräten. Dazu gehören steuerbare Beleuchtungseinheiten für Experimente mit Trockeneis im Rahmen unserer Physik-Shows. Wir geben den Schüler*innen außerdem die Fähigkeiten mit, die oben angesprochenen Forschungsarbeiten mit eigenen Geräten und selbst geschriebener Software durchführen zu können. Wir können also als Talentförderung Physikusse mit dem Projekt „be PArd“ sowohl technisches Knowhow erwerben, wie auch von den selbst gebastelten Endprodukten profitieren.
Die Physikusse erarbeiten kurze Unterrichtssequenzen. Dazu gehört eine Einführung in Hard- und Software, sowie unter anderem Unterrichtseinheiten zum Thema Temperatur und Feuchtigkeitsmessung die bevorzugt im Physik-, aber auch im Technik- und Informatikunterricht eingesetzt werden können. Den Lehrerinnen und Lehrern der Gesamtschule Hennef Meiersheide wird das gesamte Unterrichtsmaterial, Experimentierkästen und Arbeitsblätter bei Bedarf zur Verfügung gestellt.
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