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Artikel-Schlagworte: „Smartphone“

Lernen mit Smartphone und Tablet:
Interferenz

Samstag, 16. Februar 2013

Ein weiteres Lehrszenario zur Nutzung von Smartphones und Tablets im Unterricht, das Lehramtsstudierende im Rahmen unserer Lehrveranstaltung “Multimediale Lernumgebungen” entwickelt haben, zeigt einen schönen Einstieg in das Thema “Interferenz”. Einige der hier aufgeführten Apps werden auch auf der Learners´Garden Plattform vorgestellt .

Sinuston
Zunächst wird ein Sinuston gut hörbar in eine Richtung des Raums ausgestrahlt. Die Frequenz des Tons wird mit Hilfe einer Signalgenerator-App am Smartphone oder Tablet eingestellt und an die hier abgebildete Aktivbox übertragen. Benutzte App: Audio Kit (iPhone/iPad) oder Signal Generator (Android).

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Hören und Messen im Raum
Die Schüler durchschreiten den Raum mit einem Tablet und hören und messen dabei an welchen Stellen der Ton lauter oder leiser wahrzunehmen ist. Die App iAnalyzer zeichnet dabei die gemessenen Daten auf und macht sie für die weitere Analyse verfügbar.

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Auswertung
Bezogen auf das am Boden markierte Raster identifizieren die Schülerinnen und Schüler laute und leise Stellen im Raum und stellen fest, dass der zunächst leiser werdende Ton am Ende des Raums wieder lauter wird. Hypothese: Reflektionen des Tons sorgen durch Wellenüberlagerungen für örtliche Lautsstärkeschwankungen. Was in den folgen Unterrichtsstunden zu beweisen und untersuchen wäre.
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Lernen mit Smartphone und Tablet:
Akustische Schwebung

Samstag, 16. Februar 2013

Ein drittes Szenario, welches Lehrerinnen und Lehrer der Eckener Schule am Schulentwicklungstag erprobten, betrifft das Phänomen der akustischen Schwebung. Durch das geringfügige Verstimmen eines Tones gegenüber eines Tons mit fast identischer Frequenz entsteht eine Schwebungsfrequenz, wie man sie z.B. vom Stimmen einer Gitarre her kennt. In diesem Szenario wird die Schwebungsfrequenz durch zwei Signalgeneratoren am iPad hörbar gemacht und quantitativ ausgewertet.

    

Signalgenerator
Zunächst wird auf dem Tablet oder Smartphone mit Hilfe eines Signalgenerators ein Sinuston erzeugt. Hier wurde auf einem iPad die die iPhone-App „Audio Kit“ verwendet. Für Android-Geräte bietet sich die App „Signal Generator“ an.

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Zweites Signal leicht versetzt
Ein zweites Mobilgerät erzeugt nun mit dem Signalgenerator einen identischen Sinuston allerdings in der Tonhöhe um einige wenige Hertz versetzt. Die Schwebungsfrequenz wird durch ein Pulsieren des Tons hörbar.
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Tablet als Oszilloskop
Mit oScope Lite wird die resultierende Schwebungsfrequenz live in einem Verlaufsgraphen dargestellt. Auf der horizontalen Achse wird die Zeit dargestellt, auf der vertikalen Achse die durch das Mikrofon erzeugte Spannung.
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Die Schwebungsfrequenz
Um die Schwebungsfrequenz quantitativ auszuwerten, ist es hilfreich das resultierende Signal aufzuzeichnen. Dazu ist die App Pocket WavePad HD gut geeignet. Durch hineinzoomen in die Zeitachse des Samples können Daten millisekundengenau abgelesen werden.
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Kraft und Beschleunigung: Messen mit dem TET-Internet-Messinterface „Tessy“

Mittwoch, 13. Februar 2013

Das erste Unterrichtsszenario, das Lehrerinnen und Lehrer der Eckener Schule am Schulentwicklungstag erprobt haben, dreht sich um ein Experiment zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Kraft (F) und Beschleunigung (a). Dabei kam zum ersten mal ein TET-Tool aus dem Pool der Demonstratoren des „Technology Enhanced Textbook“ zum Einsatz. Mit dem Internet-Mess-Interface „Tessy“ lassen sich Messdaten externer Sensoren über das TET an die Smartphones oder Tablets der Schülerinnen und Schüler übertragen, die dann an ihren jeweiligen Mobilgeräten die Daten graphisch analysieren und auswerten können.

    

Luftkissenbahn
Mit Hilfe einer Luftkissenbahn, die für eine weitgehend reibungsfreie Bewegung sorgt, soll die Beschleunigung von vier verschiedenen Massestücken (m1) ermittelt werden. Ein fallendes Massestück (m2), an einen Faden geknüpft, beschleunigt das mit dem Faden verbundene Massestück m1.

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Wiegen der Massen
Die Gesamtmasse wird für jede der vier Messungen konstant gehalten, die Beschleunigung durch Veränderung der fallenden Masse variiert. Dazu müssen vor jedem Durchlauf des Experiments alle Massestücke gewogen werden.

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Ermitteln der Beschleunigung
Die Messdaten werden vom Tessy-Interface ausgelesen und per WLAN an die Tablets der Schülerinnen und Schüler übertragen. Je eine Gruppe kümmert sich um eine Messreihe und bestimmt die Beschleunigung aus dem Steigungsdreieck der abgeleiteten Kennlinie am Tablet.
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Kraft durch Beschleunigung
Die Gewichtskraft der Masse m2 wird mit Hilfe eines Federkraftmessers ermittelt und dann durch die ermittelte Beschleunigung geteilt. Die Ergebnisse der einzelnen Gruppen werden an der Tafel gesammelt: Egal wie stark die Gewichtskraft ist: der Quotient aus Kraft und Beschleunigung bleibt immer konstant. F/a = m . Hier einige Resultate aus dem Workshop.
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Lehrszenario mit mobilen Apps: Federkonstante mittels akustischer Signale ermitteln

Sonntag, 3. Februar 2013

Ein drittes, sehr kreatives, Lehrszenario zur Nutzung von Smartphones und Tablets im Unterricht, haben sich weitere Studierende der Lehrveranstaltung »Multimediale Lernumgebungen« ausgedacht. Den klassischen Versuch, die Federkonstante zu bestimmen haben sie so abgewandelt, dass ein an der Feder auf und ab schwingendes Mikrofon die Signale eines darunter liegenden Sinuston-Generators aufnimmt. Zur Analyse der Periodendauer einer Schwingung wird die durch die Schwingung verursachte Veränderung der Lautstärke des Signals nutzbar gemacht. Zum Einsatz kommen hier die Apps Signalscope als Tongenerator und die App iAnalyzer zur Auswertung der akustischen Daten. Alle verwendeten Apps wurden auf der Learners´ Garden Plattform beschrieben und verlinkt. Dieses Szenario ist Teil einer Reihe von Lehrszenarien zu denen auch die Szenarien zur Fallbeschleunigung gehören: „Atwood´sche Fallmaschine“ , „Der schiefe Wurf“.

    

Schwingende Feder
Die Untersuchung der Eigenschaften einer schwingenden Feder hat viele Aspekte. Hier geht es darum festzustellen, welcher Zusammenhang besteht, zwischen der Periodendauer, mit der die Feder schwingt und der Masse, die an ihr hängt. Zur Messung der Periodendauer soll ein mitschwingendes Mikrofon einen konstanten Sinuston aufzeichnen.

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Sinuston generieren
Dazu wird an der Feder, neben der Masse, das Mikrofon befestigt. Hier: das im Kabel des Kopfhörers integrierte Mikrofon eines iPhones. Unter der schwingenden Masse wird ein Aktivlautsprecher positioniert, der einen Sinuston ausstrahlt. Der Sinuston wird durch die App Signalscope an einem iPad erzeugt, das mit dem Aktivlautsprecher verbunden ist.

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Signal aufzeichnen
Das Mikrofon ist an ein weiteres iPad angeschlossen, auf dem die App iAnalyzer aktiv ist. Die Feder wird in Schwingung versetzt, das Mikrofon eingeschaltet und das Signal wird einige Sekunden lang aufgezeichnet. Durch scrollen durch den aufgezeichneten Sample per touch, lassen sich millisekundengenau die Peaks des Samples ermitteln und damit die Periodendauer der Schwingung.

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Verschiedene Massen
Die Ermittlung der Periodendauer auf diese Art wird für unterschiedliche Massen durchgeführt. Nach auswechseln der anhängenden Masse und Protokollierung der gemessenen Daten wird die nächste Messung mit der jeweils nächsten Masse durchgeführt.
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Mögliche Zusammenhänge
Bei Vorliegen aller Daten werden verschiedene mögliche Zusammenhänge zwischen Periodendauer und Masse aus den gemessenen Daten errechnet, z.B:
          formeln

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Proportionaler Zusammenhang
Beim Durchrechnen wird irgendwann auffallen, dass der Wert

            tvm
unabhängig vom Gewicht der Masse, konstant bleibt. Dadurch wird ersichtlich, dass bei der Federschwingung das Quadrat der Periodendauer proportional ist zur Masse.

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Graph
Diesen Zusammenhang stellen die Schüler anschließend graphisch dar, indem sie das Quadrat der Periodendauer über der Masse in einem Koordinatensystem abtragen und dort die abgeleiteten Werte eintragen. Es ergibt sich eine Gerade, die den proportionalen Zusammenhang auch graphisch anschaulich macht.

 

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Lehrszenario: Videoanalyse Fallbeschleunigung an der Atwood´schen Fallmaschine

Samstag, 2. Februar 2013

Das zweite Lehrszenario, das Lehramtsstudierende im Rahmen unserer Lehrveranstaltung „Multimediale Lernumgebungen“ entwickelt haben, zeigt einen weiteren Weg, die Fallbeschleunigung zu bestimmen. Auch hier kommt die Videoanalyse-App “Vernier Video Physics” zum Einsatz. Der freie Fall wird an der Atwood´schen Fallmaschine abgebremst und dadurch für die Videoanalyse leichter analysierbar. Das Szenario, in dem die Fallbeschleunigung beim schiefen Wurf ermittelt wurde, wird im ersten Blogbeitrag dieser Serie beschrieben. Alle untersuchten Apps finden sich auf der Learners´Garden Plattform .

    

Bestimmung der Fallbeschleunigung
Mit der Atwood´schen Fallmaschine lassen sich die Gesetze der gleich – mäßig beschleunigten Bewegung nachweisen. In diesem Experiment geht es um die Bestimmung der Fallbeschleunigung g. Die schwere Masse m sorgt für die Beschleunigung während die Gesamtmasse 2 x M + m beschleunigt wird.

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Kalibrieren und filmen
Um möglichst genaue Messdaten zu erhalten, wird parallel zur Kameraebene des iPads ein Meterstab ins Bild gesetzt, der Koordinatenursprung in der App festgelegt und die App bezogen auf den abgebildeten Meterstab kalibriert.

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Schrittweise markieren
Nach der Aufnahme kann der Fall der Masse am iPad Bild für Bild zeitsynchron dargestellt werden. Mit dem Finger markieren die Schüler in jedem Einzelbild der Sequenz die genaue Position der fallenden Masse. Die App generiert aus diesen Informationen einen Graphen, der die Grundlage bildet für die weiteren Berechnungen.

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Ableiten und berechnen
Aus dem Weg-Zeit-Diagramm wird mit der App das Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm abgeleitet. Aus der Steigung der darin sichtbaren Geraden und der folgenden Formel lässt sich schließlich die Fallbeschleunigung g berechnen.
Newtonsches Gesetz: F = m x a

(2 x M + m) x a = m x g

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Diskutieren und auswerten
Die Graphen der Messungen der Schülerinnen und Schüler werden an das Smartboard übertragen und dort gemeinsam ausgewertet.

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