Ph 15/56 T_Online-Ergänzung

Transkript

1 Ph 15/56 T_Online-Ergänzung

2 Planspiel Wissenschaft:»Klangwelten«Ein Konzept für Scientific Inquiry im Wahlpflichtunterricht JÜRGEN M. KÜSTER WILFRIED WENTORF ILKA PARCHMANN Online-Ergänzung MNU 68/6 ( ) Seiten 1 8, ISSN , Verlag Klaus Seeberger, Neuss 1

3 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// JÜRGEN M. KÜSTER WILFRIED WENTORF ILKA PARCHMANN Schallausbreitung im Kontext Lärm: Die Ausbreitung des Schalls als Welle mit einer bestimmten Geschwindigkeit ist Fachinhalt im Modul B. Vorgeschlagen wird hier zunächst die Direkte Instruktion der Schüler/innen durch die Lehrkraft mittels Demonstrationsexperimenten, Simulationen und Übungen. Im zweiten Teil des Moduls geht es um Schallpegelmessung und Schalldämmung. Diese beiden Themen eignen sich erneut zu forschenden Tätigkeiten der Schüler/innen. Hierfür wird ihnen zunächst wieder eine inhaltsbezogene Methode an die Hand gegeben. Mittels einer Freeware-App für Smartphones (z. B. blogspot.de/; ) lässt sich der Schallpegel in Dezibel (db) verfolgen. Damit lassen sich kleine Forschungsaufträge realisieren, wie z. B. Lärmuntersuchungen im Straßenverkehr oder in der Schule (BERGE, 2000a, BERGE, 2000b). In einfachen Versuchen können Materialien zur Schalldämmung auf ihre Wirksamkeit hin untersucht werden. Die Schüler/innen können Entwicklungsaufträge für geeignete Versuchsdesigns oder das Finden zweckmäßiger Materialien bekommen und werden so in weitere Methoden des Scientific Inquiry eingeführt. Bezüge zu aktueller Forschung sind im Bereich der Seismologie und der Lärmforschung gegeben (siehe Experiment 2). Ultraschall im Kontext Sehen mit Schall: Das letzte Inhaltsmodul behandelt den Ultraschall (US) und seine vielfältigen Anwendungen. Um den hochfrequenten Ultraschall wahrzunehmen, benötigt der Mensch, anders als manche Tiere, Messgeräte. Diese machen den nicht hörbaren Schall für uns sichtbar, daher der Titel des Kontextes:»Sehen mit Schall«. Zur Erzeugung und Messung von Ultraschall werden einfache Sender/Sensoren aus dem Elektronikfachhandel genutzt. Mittels des Mikrocontrollers Arduino ( ) kann ein US-Sensor gesteuert und seine Messwerte über den Mikrocontroller und seine Software ausgewertet werden. Diese Methode ist für Schüler/innen sehr zugänglich und liefert eine Vielzahl von Möglichkeiten, Messwerte zu erfassen und angeschlossene Bauteile zu steuern und zu regeln. Hier ergibt sich ein weites Feld forschender Tätigkeiten der Schüler/innen. Die Abstandsmessung kann als Methode auf ihre Genauigkeit hin untersucht werden, der Einsatz als Sonar und in der Sonografie kann modellhaft dargestellt werden, verschiedene Einsatzmöglichkeiten eines US-Sensors z. B. in Analogie zur Lichtschranke können entwickelt werden (siehe Experiment 5). Weitere Vorschläge für Experimente siehe KÜSTER (2014). Schallwahrnehmung im Kontext Sound-Design: Die Wahrnehmung des Schalls durch das Ohr und die Verarbeitung des Sinneseindrucks sind Inhalte des Moduls C. Unterschiede in der Tierwelt können thematisiert werden. Die Wahrnehmung des Menschen ist zudem individuell verschieden, insbesondere auch abhängig vom Alter. Hörgeräteakustiker bieten hierzu Untersuchungen an; dabei werden Audiogramme angefertigt, die die nach Frequenzen differenzierte Wahrnehmung darstellen. Solche Untersuchungen lassen sich auch mit Freeware-Programmen aus dem Internet durchführen (z. B ). Mittels dieser inhaltsbezogenen Methode können nun wieder Untersuchungen gemacht werden. Messungen an einer größeren Anzahl Personen lassen statistische Auswertungen zu, mittels derer Hypothesen über die Hörfähigkeit überprüft werden können (siehe Experiment 3). Die besondere Art der psychoakustischen Verarbeitung beim Menschen von Tönen verschiedener Frequenzen und Lautstärken in»nachbarschaft«zu anderen Tönen macht sich das MP3- Verfahren zur Komprimierung digitaler Tondateien zunutze. Solche Verfahren des Sound-Designs lassen sich mit dem Programm audacity ( ) und noch feiner mit sonic visualiser ( ) darstellen und analysieren. Mit den Freeware-Programmen lassen sich Audiodateien vergleichend untersuchen: verschiedene Datei-Formate, verschiedene Musik. Auch die Produktion und Analyse synthetischer»musik«ist denkbar. Hieraus leitet sich auch der Kontext,»Sound-Design«, ab. Bezüge zu aktueller Forschung sind insbesondere in der angewandten industriellen Forschung gegeben (siehe Experiment 4). 2

4 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// J ÜRGEN M. K ÜSTER W ILFRIED W ENTORF I LKA P ARCHMANN &! $. /&.!' &> +% Aufgabe: ",,! $$) $ &1 +,!" & & +. &/& 4/1 +,!" & & ". &94< <"& +!/$ 9"%.+ - &1 +#!+9"& + '!&/& < Versuchsaufbau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ersuchsdurchführung:, % +.)!'& %". % "#+' '& "& "!./&, /.=,)+! +, / "&,! $$ %) & &. +$ < ",, & /! ) $ %,,)$.4 %!+ + $ < "$ & ".. $2 +.< )" $ & '&? I HCC 4@ /& %",, & $ "& 1 +,!" & &,. & & 1'% /.,)+! +?,,+ "! $ &. +&/& 9 <DC>DCC %@<, % +.)!'& "& "& &!/!# +.'& / "&,! $$= %) & &. +$ /& # & +.'& %". "& +.+ &,) + &. & #/&? < E@<, "#+' '&,'$$ FC % 1'% /.,)+! + &. +&., "&< ",, & $"% +.'&< Aufgaben: +,. $$ "& " + %%%". &,,2 +. & /, /+! 0!+/& E< /+. "$ & %,, & & /! ) $<.(+. + %,, & /! ) $ ",,/& /&. +E8 /+. "$ " %%/& /+! &!/!# +.'&7 +$ 9 2" / "&,, + %%/& ++ "! &# &&,.< & '+%" + "! 0 + " +" /.,! $$ /& (+) +,! $$ /& & && "!+ &. +,!" < <E; +,/!, &'+ &/& 4/+! $$ %) /& Forschungsaufträge: +. " + &",, /,/& /+. "$," < &.2" #$ +,/!,," &, 0+ ",,/& + "+#, %# ". 1'&! $$ %) & & /&! $$ %% & &. +" $" & "1 +,!" & & /.,. +# &/& + */ &4 &< +0, +!+ &/& ". D1'&E 3

5 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// JÜRGEN M. KÜSTER WILFRIED WENTORF ILKA PARCHMANN 4

6 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// JÜRGEN M. KÜSTER WILFRIED WENTORF ILKA PARCHMANN Aufgabe: Versuchsaufbau: Versuchsdurchführung: Aufgaben Forschungsaufträge: 5

7 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// J ÜRGEN M. K ÜSTER W ILFRIED W ENTORF I LKA P ARCHMANN (" &0 1( 0") (D )1(.#!( Aufgabe: (0 -.1 " # (0 -. "# #' )-' 0 E L< 3 F 3)( 1.#% 0 # ( 1( +-2 < ) ' (.# "*- (% ((> Durchführung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ufgaben: >K=! &C #0C #!- '' >L 1.4 "&C (2. "- # # (0 -. "# #( ( + %0-)C!- '' (> (0 -.1 " 71 #(7 &( - # "! ( 1 -<#( ' 1 # #0 ( - 0 &&.+- #70> # #( ( #! ( ( *- #( -1 %'*!&# ".0! ( 1 4# -: + # " - #( 1.#% 0 # #(' & &. A>4 3@< 74 #' & &.A>'+L@<1( 74 - #( '#0JKO% #0B. 1( #( '#0 LKI % #0B.> -!& # " $ 070 # >M= -!& # " #( - LC 0 #'#0 #( -4 3C LC 0 # ( 74 # - 1 &#0 0 ( '#0-4 3C 0 #E$ 4 #&..0 - )F 0 #> Forschungsaufträge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

8 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// J ÜRGEN M. K ÜSTER W ILFRIED W ENTORF I LKA P ARCHMANN $ "+,$ + % $= $# + "" Aufgabe: + # %" $ $ (),! $$ ) ( $2 ' ( "+( ) ""%(+,$ # ++ ") %$ (; %"%+$ " + / ( $7 ) $ ( ( $ (+ ( < $ ( - ( $ +(!,$ # ))+ $+ ($,$?: 8@7 Schaltung und Programmierung: "+( ) "") $)%(,$ (, $% / ( $, # +! ( ++,,+7 ( ( (< $ / ( OGIP4 ( %< $ OGHP, # (, $% $ ) "%)) $7,* ( #) $ $% K < ' $$,$,$ (,$? ) (, $%, ) +! ( ++,$.%$ %(+, $ "+( ) "") $)%(2,- (+( $7 (! + : %$ (8?)7,7@ / ( & $ +,$ (% ( ## (,$ - ('(- +7 (!(%!%$+(%"" ( / ( - ( # %+ %%! $ ) "%)) $,$ ) (% ( ## " $7,(, $ # ( ))/ (+ / ( (), ) $$ # (% ( ## ( + (: %%")8,$ $) " * $ ( $-',$!+: ( " %$ +%(8 $!"!+7 (!(%!%$+(%"" ( )' (+ +2+ ))/ (+ $ $+ (. "" $4 #! + $ (+ /,( $4 ) (,) ) "+ +/ (? +! (2 $@7 Versuchsaufbau und Durchführung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

9 PLANSPIEL WISSENSCHAFT:»KLANGWELTEN«// JÜRGEN M. KÜSTER WILFRIED WENTORF ILKA PARCHMANN Auswertung: Aufgaben: Forschungsauftrag: 8