Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit Notebook und Tablet PC mit LabVIEW

Transkript

1 Fächerverbindender Unterricht durch das Programmieren mit Notebook und Tablet PC mit LabVIEW Robert Scharner (M. Ed.) Jirka Müller (M. Ed.) Dr. Oliver Henneberg Prof. Dr. Andreas Borowski Universität Potsdam Einführung in die Fachdidaktik der Physik Bildungsstandards / Schülervorstellungen Bad Honnef, Andreas Borowski Didaktik der Physik Universität Potsdam 1

2 Ablauf Woher wir kommen» Vorlesungsbetrieb, Ideen, Anregungen 2

3 Ablauf Woher wir kommen Motivation» Vielfältige Einsatzmöglichkeiten Computergestützte Experimente Benutzung von LabVIEW Demonstrations- und Schülerexperimente 3

4 Ablauf Woher wir kommen Motivation Einführung in LabVIEW» Bedienung & Programmierkonzepte» Sammeln erster Erfahrung mit LabVIEW» Erfahrungsaustausch 4

5 Ablauf Woher wir kommen Motivation Einführung in LabVIEW Kaffeepause 5

6 Ablauf Woher wir kommen Motivation Einführung in LabVIEW Kaffeepause Programmierung von Messsoftware» Ausprobieren & Anpassen fertiger Software» Erstellen eigener Software» Erfahrungsaustausch 6

7 Computergestützte Experimente state of the art in Forschung & Wirtschaft 7

8 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 8

9 Computergestützte Experimente state of the art in Forschung & Wirtschaft Gründe dafür Gründe dagegen» Oft zu teuer» Häufig nicht benutzerfreundliche Software» Einarbeitungszeit meist zu hoch 9

10 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) 10

11 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 11

12 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 Programmerzeugung als Anwendung von Physik (Datenaufbereitung) (Sander, 2000, S. 129 ff.)» Motivations- & Leistungssteigerung durch Kreativität (Romeike, 2008, S. 33 ff ff).» Bei Tablet PC Nutzung moodle Blog als Protokollersatz (Müller et al., eingereicht) 12

13 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 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 13

14 Fächerverbindender Unterricht Informatik lehrt keine Sprache, sondern nur Konzepte und Paradigmen der Informationsverarbeitungstechnik 1)» Fächerverbindender Unterricht mit Informatik» Graphisches Programmieren mit dem Prinzip des Datenflusses als ein Programmierparadigma 1) Hubwieser, 2004; KMK Beschluss, 2004; Lauterburg,

15 Einführung in LabVIEW Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuerund 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 15

16 Einführung in LabVIEW Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuerund 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 16

17 Einführung in LabVIEW Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuerund Regelprogrammen Grafische Programmiersprache G Drag & Drop Datenflusskonzept» Quellen und Senken für Daten 17

18 Einführung in LabVIEW Programmierumgebung zur Erstellung von Mess-, Steuerund 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 18

19 Programmieren in LabVIEW Hands On: Einführung 19

20 Programmieren in LabVIEW Feedbackrunde 20

21 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: Stand: Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (2004): Einheitliche Prüfungsanforderungen Informatik, i. d. F In: 1989_12_01-EPA_Informatik.pdf, Stand:

22 Kaffeepause 22

23 Historischer Abriss 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 23

24 Stoß zweier Wagen Demo Exp. 24

25 Stoß zweier Wagen Demo Exp. 25

26 Stoß zweier Wagen Demo Exp. 26

27 Stoß zweier Wagen Demo Exp. 27

28 Stoß zweier Wagen Demo Exp. 28

29 Stoß eines Wagens mit der Wand - SE 29

30 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 30

31 Arbeitsvorschläge finden Sie auf dem Desktop. 31

32 Programmieren in LabVIEW Hands On: Messsoftware 32

33 Programmieren in LabVIEW Weitere Infos 33

34 Programmieren in LabVIEW Feedbackrunde Robert Scharner (M. Ed.) Jirka Müller (M. Ed.) Dr. Oliver Henneberg Prof. Dr. Andreas Borowski Mit Unterstützung von National Instruments Christian Menzel 34