Fächerverbindender Unterricht mit LabVIEW - uni-potsdam.de · Programmieren in LabVIEW...

1 Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen

Andreas Borowski Didaktik der Physik | Universität Potsdam

Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit Notebook und Tablet PC mit

LabVIEW

Bad Honnef, 20.10.2014

Robert Scharner (M. Ed.)

Jirka Müller (M. Ed.)

Dr. Oliver Henneberg

Prof. Dr. Andreas Borowski

Universität Potsdam

Ablauf

Woher wir kommen » Vorlesungsbetrieb, Ideen, Anregungen

Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit

Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW

J. Müller, R. Scharner, O. Henneberg, A. Borowski

Sammlung & Didaktik der Physik I Universität Potsdam

Ablauf

Woher wir kommen

Motivation » Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

• Computergestützte Experimente

• Benutzung von LabVIEW

• Demonstrations- und Schülerexperimente

Ablauf

Woher wir kommen

Motivation

Einführung in LabVIEW » Bedienung & Programmierkonzepte

» Sammeln erster Erfahrung mit LabVIEW

» Erfahrungsaustausch

Ablauf

Woher wir kommen

Motivation

Einführung in LabVIEW

Kaffeepause

Ablauf

Woher wir kommen

Motivation

Kaffeepause

Programmierung von Messsoftware » Ausprobieren & Anpassen fertiger Software

» Erstellen eigener Software

» Erfahrungsaustausch Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit

Computergestützte Experimente

„state of the art“ in Forschung & Wirtschaft

Gründe dafür » Zeitverschiebung zu Gunsten der Auswertung

» Erweiterung experimenteller Möglichkeiten

• Quantifizierung und Visualisierung

• Neue Experimente durch bessere Genauigkeit

Gründe dafür

Gründe dagegen » Oft zu teuer

» Häufig nicht benutzerfreundliche Software

» Einarbeitungszeit meist zu hoch

Gründe dafür

Gründe dagegen

LabVIEW als Softwareumgebung zur Erstellung von Messwerterfassungsprogrammen » Einfachheit, auch geeignet für Programmierunkundige

» Vorimplementierte Subroutinen zur Portansteuerung, etc.

» Support und Forum

» Nutzung der Hardware beliebiger Firmen (auch LD und Pasco)

Konzepte für Nutzung von LabVIEW

Demonstrationsexperimente » Individualisierbarkeit auf eigene, klassen- und situationsspezifische

Gegebenheiten

» Hohe Visualisierung (Repräsentationsformen -wechsel) und Quantifizierung von Experimenten

» Schnelle Datenaufnahme und Verarbeitung

Konzepte für Nutzung von LabVIEW

Demonstrationsexperimente

Schülerexperimente » Berufsvorbereitung durch eigene Benutzung eines Standards aus

Industrie & Forschung

» Zeitgewinn für Dateninterpretation, da „niedere“ Arbeitsschritte entfallen (je nach Zielsetzung)

» Produktorientierung von Messwertgenerierung auf Programm-erzeugung als Anwendung von Physik (Datenaufbereitung)

(Sander, 2000, S. 129 ff.)

» Motivations- & Leistungssteigerung durch Kreativität (Romeike, 2008, S. 33 ff. + 102 ff).

» Bei Tablet PC – Nutzung moodle – Blog als Protokollersatz (Müller et al., eingereicht)

Weiterführende Literatur

Müller, J., Scharner, R. & Henneberg, O. (2014):

LabVIEW im Informatik- und Physikunterricht. In: Praxis der Naturwissenschaften Physik in der Schule, 5/63, S. 36 – 39

Müller, J., Magdans, U., Borowski, A. (eingereicht):

Smartphoneexperimente außerhalb des Klassenraums,

In: Bernholt, S. (Hrsg.): Heterogenität und Diversität - Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. GDCP Jahrestagung in Bremen 2014

Romeike, R. (2008): Kreativität im Informatikunterricht, Dissertation, Universität Potsdam

Sander, F. (2000): Verbindung von Theorie und Experiment im physikalischen Praktikum. Eine empirische Untersuchung handlungsbezogenen Vorverständnis und dem Einsatz grafikorientierter Modellbildung im Praktikum.

Aus: Nidderer, H. & Fischler, H.: Studien zum Physiklernen, Band 13

Fächerverbindender Unterricht

Informatik lehrt keine Sprache, sondern nur Konzepte und Paradigmen der Informationsverarbeitungstechnik1)

» Fächerverbindender Unterricht mit Informatik

» Graphisches Programmieren mit dem Prinzip des Datenflusses

als ein Programmierparadigma

1) Hubwieser, 2004; KMK – Beschluss, 2004; Lauterburg, 1998

Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuer- und Regelprogrammen

Grafische Programmiersprache „G“ Drag & Drop

Datenflusskonzept Quellen und Senken für Daten

Weitere Vorteile / Möglichkeiten Automatische Speicherverwaltung

Vorimplementierte Funktionen / Subroutinen

Messen, Auswerten und Programmanpassung am gleichen Arbeitsplatz ohne Zeitaufwand für ein Kompilieren

Parallele Prozessausführung

Implementierung von Codes aus skriptbasierten Sprachen

Grafische Programmiersprache „G“ » Drag & Drop

» Blockdiagramm als „Code“ und Frontpanel als „Benutzeroberfläche“ (GUI)und Stjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjje Funktionen / Subroutinen

Messen, Auswerten und Programmanpassung am gleichen Arbeitsplatz ohne Zeitaufwand für ein Kompilieren

Parallele Prozessausführung

Implementierung von Codes aus skriptbaseichenArbeitsplatz ohne Zeitaufwand für ein Kompilieren

Parallele Prozessau

Grafische Programmiersprache „G“

Drag & Drop

Datenflusskonzept » Quellen und Senken für Daten

Grafische Programmiersprache „G“

Drag & Drop

Datenflusskonzept

Quellen und Senken für Daten

Weitere Vorteile / Möglichkeiten » Automatische Speicherverwaltung

» Vorimplementierte Funktionen / Subroutinen

» Messen, Auswerten und Programmanpassung am gleichen Arbeitsplatz ohne Zeitaufwand für ein Kompilieren

» Parallele Prozessausführung

Programmieren in LabVIEW

Hands – On:

Einführung

Feedbackrunde

Weiterführende Literatur

Hubwieser, P. (2004): Didaktik der Informatik. Grundlagen, Konzepte, Beispiele, Berlin , S. 67 ff.

Lauterburg, U. (1998): LabVIEW eine graphische Programmiersprache geeignet für den Unterricht.

In: www.lauterburg.ch/UrsLPublications/LVProgrammierSprache.pdf,

Stand: 30.03.2014

Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (2004): Einheitliche Prüfungsanforderungen Informatik, i. d. F. 05.02.2004.

In:www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/1989/

1989_12_01-EPA_Informatik.pdf, Stand: 30.03.2014

Kaffeepause

Experimente für den Vorlesungsbetrieb Experimentalphysik » Ansatz: Modernisierung von veralteten Systemen wie Comex

» Ideen:

• Vermeidung langwieriger Aufbau- und Einstellungsphasen

• Nutzung preiswerter Hardware für spätere Mitnahme in Schulen

» Feststellung: Theoretisch abgeleitete Praxisvorteile (die zu testen wären)

» Situation: von 2 studentischen Hilfskräften zu Hobbyprojekt

Historischer Abriss

Stoß zweier Wagen – Demo Exp.

Stoß eines Wagens mit der Wand - SE

Experiment (Ordnername) Anzahl

Beschleunigte Bewegung (Freier Fall) 3

(Polydigit_queue_Aufnahme)

Beschleunigte Bewegung (Atwoodsche Fallmaschine) 2

(Fallturm_live_Fortbildung_queue_Aufnahme)

Fadenpendel (Pendel_Soundkarte_queue) 3

Kenngrößen des Stromkreises (myDAQ) 20

Klangfarbe der Sprache (Fourrier) 99

Arbeitsvorschläge …

… finden Sie auf dem Desktop.

Hands – On:

Messsoftware

Weitere Infos http://www.uni-potsdam.de/physik/photonik/henneberg/lehrerfortbildung.html

Feedbackrunde

Robert Scharner (M. Ed.)

Jirka Müller (M. Ed.)

Dr. Oliver Henneberg

Prof. Dr. Andreas Borowski

Mit Unterstützung von National Instruments

Christian Menzel

http://www.uni-potsdam.de/physik/photonik/henneberg/lehrerfortbildung.html

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