Drahtlose digitale Messwerterfassung im Unterricht
Die digitale Erfassung von Messwerten ist für die Forschung im Bereich Chemie unerlässlich. Auch in der Schule halten digitale Messwerterfassungssysteme zunehmend Einzug, da kostengünstige und einfache Systeme auf den Markt kommen. Vor allem drahtlose Sensoren ermöglichen es, flexibel und mit wenig Aufwand Messwerte aufzunehmen. Egal ob im Klassenraum oder draußen - drahtlose Sensoren ermöglichen das Aufnehmen komplexer Messwerte, die über eigene Gerät wie das Smartphone erfasst werden können. Dazu werden die Sensoren via Bluetooth mit dem Gerät gekoppelt. Die Daten können anschließend in verschiedenen Darstellungsarten visualisiert und so für die Auswertung genutzt werden.
Die Lernstatt Paderborn stellt für ihre 37 Verbundschulen der Stadt Paderborn drahtlose, digitale Messsensoren zur Verfügung. Lehrkräfte können die Sensoren ausleihen und in ihren Unterricht integrieren. Die Integration ist dabei mit einigen Herausforderungen verbunden. Soft- und Hardware müssen erkundet und für den Einsatz im Unterricht vorbereitet werden. Die Sensoren selbst müssen kalibriert werden, damit qualitativ hochwertige Messungen vorgenommen werden können. Für eine zeitintensive Vorbereitung fehlt im schulischen Alltag allerdings teilweise die Zeit. Daher haben es sich die Lernstatt Paderborn (Dr. Dietlinde Stroop) und die Arbeitsgruppe Chemiedidaktik der Universität Paderborn (Pascal Pollmeier, Prof. Dr. Sabine Fechner) zum Ziel gemacht Hürden bei der Implementation der Messwerterfassungssysteme abzubauen.
In Anlehnung an das Projekt COMeIN steht die Kooperation zwischen den verschiedenen Phasen der Lehrkräfteausbildung im Fokus des Projekts. Der Erfahrungsaustausch zwischen den verschiedenen Phasen soll zu einer umfassenden Betrachtung der Chancen und Herausforderungen im Umgang mit digitalen Messwerterfassungssystemen führen.
Im weiteren Verlauf des Projekts sollen vor allem auch Ansätze zur Evaluation der Implementation digitaler Messwerterfassungssysteme entwickelt sowie die epistemologische Qualität von digital erhobenen Messdaten im Vergleich zu analog erhobenen Daten verglichen werden.
Arbeitsprodukte
Die Expedition Wissenschaft wurde im Jahr 2021 erstmals in Paderborn veranstaltet. Verteilt im Stadtgebiet konnten interessierte Bürger*innen verschiedene Angebote aus dem MINT-Bereich wahrnehmen. Die Arbeitsgruppe Chemiedidaktik hat drei Experiment rund um das Paderquellgebiet angeboten. Dazu wurden digitale, kontextualisierte Lernumgebungen zu drei Themen angeboten:
- Bestimmung der Wassertemperatur - Blaualgen-Gefahr?!
- Bestimmung des pH-Werts - Die Pader als Lebensraum für Tiere
- Bestimmung des Nitratgehalts - Nitrateintrag durch die Paderborner Hochfläche?
Die Teilnehmenden konnten sich für ein Experiment entscheiden und mittels drahtloser Sensoren und Tablet Daten aufnehmen. Die digitale Lernumgebung sowie die drahtlosen Sensoren haben es dabei ermöglicht die Daten an verschiedenen Stellen im Flussverlauf der Pader zu erheben. Innerhalb der Lernumgebungen wurde zuerst der jeweilige Kontext präsentiert. Die Teilnehmenden erhielten Hintergrundinformationen zu den chemsichen Prozessen und deren Auswirkung auf die Umwelt. Aus diesem Hintergrundwissen wurde abgeleitet, welche Messwerte Aufschluss über die Wasserqualität geben können. Mithilfe eines vorstrukturierten Experiments konnten die Messwerte erhoben werden. Da die Lernumgebung direkt innerhalb einer App zur Messwerterfassung realisiert wurde, konnte die weitere Auswertung der Daten direkt in der Lernumgebung stattfinden. Die Darstellung in Grafiken konnte so genutzt werden, um die Wasserqualität bzgl. des untersuchten Parameters zu bewerten.
Die Lehrkräfte-Fortbildung richtet sich an Lehrkräfte der 37 Lernstatt-Schulen aus dem Fach Chemie. Ziel ist es, ein Austauschforum eigener Erfahrungen mit dem Einsatz digitaler Messwerterfassungssysteme im Chemieunterricht zu schaffen. Ebenso wird die Verortung im Medienkompetenzrahmen NRW, wie auch Gelingensfaktoren zur Implementation der Systeme im Unterricht fokussiert. In der zweiten Hälfte der Veranstaltung werden Systeme verschiedener Hersteller erprobt. Die Experimente sind dabei so gewählt, dass eine möglichst große Vielfalt an Sensoren (pH-Sensor, Temperatur-Sensor, Photometer, Sauerstoff-Sensor, Kohlenstoffdioxid-Sensor, Spannungssensor) erprobt werden kann. Weitere Sensoren stehen zur Ansicht bereit.
Um bei der Messung mit digitalen Sensoren möglichst genaue Messwerte zu erhalten ist es notwendig, dass die Sensoren vorab kalibriert werden. In der Erprobung der unterschiedlichen Systeme haben sich deutliche Unterschiede im Vorgehen und Umfang der Kalibrierungen gezeigt. Um den Einsatz der durch die Lernstatt Paderborn angeschafften Sensoren zu vereinfachen, wurden Kurzanleitungen zu den einzelnen Sensoren entwickelt. Der Fokus lag vor allem auf der Kalibrierung der verschiedenen Sensoren sowie auf deren Lagerung und Pflege. Die Kurzanleitungen sollen übersichtlich die wichtigsten Aspekte zu den jeweiligen Sensoren darstellen. So soll die notwendige Einarbeitungs- und Vorbereitungszeit für den Einsatz der Sensoren im Unterricht reduziert werden.
Lernstatt Paderborn
Die Lernstatt Paderborn stellt allen städtischen Schulen eine lernförderliche, wartungsarme IT-Infrastruktur zur Verfügung. Rund 20.000 Schüler*innen sind in das System eingebunden. Mit 45 Servern und 10.000 Endgeräten wird digitalisierter Unterricht ermöglicht. Innerhalb Mitteleuropas ist ein Projekt dieser Größe einzigartig.
Kontakt: Dr. Dietlinde Stroop (Fachberaterin Medienbildung der Bezirksregierung Detmold)
COMeIN
