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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
2 Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen
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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
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Ablauf
Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
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Woher wir kommen
Motivation » Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
• Computergestützte Experimente
• Benutzung von LabVIEW
• Demonstrations- und Schülerexperimente
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Ablauf
Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
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Woher wir kommen
Motivation
Einführung in LabVIEW » Bedienung & Programmierkonzepte
» Sammeln erster Erfahrung mit LabVIEW
» Erfahrungsaustausch
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Ablauf
Woher wir kommen
Motivation
Einführung in LabVIEW
Kaffeepause
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Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
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Ablauf
Woher wir kommen
Motivation
Einführung in LabVIEW
Kaffeepause
Programmierung von Messsoftware » Ausprobieren & Anpassen fertiger Software
» Erstellen eigener Software
» Erfahrungsaustausch Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
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7 Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen
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Computergestützte Experimente
„state of the art“ in Forschung & Wirtschaft
Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
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8 Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen
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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
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Computergestützte Experimente
„state of the art“ in Forschung & Wirtschaft
Gründe dafür
Gründe dagegen » Oft zu teuer
» Häufig nicht benutzerfreundliche Software
» Einarbeitungszeit meist zu hoch
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Computergestützte Experimente
„state of the art“ in Forschung & Wirtschaft
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)
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11 Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen
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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
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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)
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13 Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen
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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
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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
Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
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1) Hubwieser, 2004; KMK – Beschluss, 2004; Lauterburg, 1998
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Einführung in LabVIEW
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
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Einführung in LabVIEW
Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuer- und Regelprogrammen
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
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Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuer- und Regelprogrammen
Grafische Programmiersprache „G“
Drag & Drop
Datenflusskonzept » Quellen und Senken für Daten
Einführung in LabVIEW
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Einführung in LabVIEW
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
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Programmieren in LabVIEW
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Hands – On:
Einführung
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Programmieren in LabVIEW
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Feedbackrunde
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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
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Kaffeepause
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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
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Stoß zweier Wagen – Demo Exp.
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Stoß zweier Wagen – Demo Exp.
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Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
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Stoß eines Wagens mit der Wand - SE
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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
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Arbeitsvorschläge …
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Programmieren in LabVIEW
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Messsoftware
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Programmieren in LabVIEW
Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
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Weitere Infos http://www.uni-potsdam.de/physik/photonik/henneberg/lehrerfortbildung.html
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Programmieren in LabVIEW
Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit
Notebook und dem Tablet PC mit LabVIEW
J. Müller, R. Scharner, O. Henneberg, A. Borowski
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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