Einsatz

Informationen zu Aufbau, Auswertung und Vernetzung von LabPi.

Aufbau

Das grundlegende Ziel von LabPi ist es, den Low-Cost-Bereich um eine Vielzahl digitaler Erfassungs- und Auswertungsmethoden zu ergänzen. Anstelle von Insellösungen für jede Messgröße wurde eine offene und adaptierbare Plattform entwickelt, an die je nach Bedarf diverse Sensoren angeschlossen werden können. Die Messstation LabPi bietet hierdurch neue experimentelle Möglichkeiten für die Anwendung an Schulen, Schülerlaboren und Hochschulen bieten und benötigt hierfür keinerlei Programmierarbeit oder vertiefte technische Kenntnisse.

LabPi kombiniert geeignete Minicomputer mit leistungsstarken (Miniatur-) Sensoren. Der modulare Aufbau erlaubt es, zahlreiche Messwerte wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Druck, Temperatur etc. einzeln oder auch in Kombination zu erfassen. Die entwickelte Adapterplatine ermöglicht es, sie so einfach wie USB-Sticks zu verbinden und zu wechseln. Durch die Verwendung von Low-Cost-Bauteilen werden die Gerätkosten zudem soweit gesenkt, dass die Anschaffung mehrerer Stationen – oder sogar eines Klassensatzes – für Schulen und Schülerlabore realistisch wird.

Mit LabPi können bereits zahlreiche Messgrößen im MINT-Unterricht erfasst werden. Weitere Sensoren werden derzeit entwickelt.

Mehr Informationen werden an dieser Stelle bald ergänzt.

Auswertung

Zwei wesentliche Erfolgsfaktoren bestimmen den Erfolg von digitalen Werkzeugen im Unterricht: ein hoher Nutzen sowie eine einfache Bedienbarkeit durch Lehrende und Lernende.

Um beide Faktoren zu gewährleisten, haben wir die gleichnamige Software LabPi unter fachdidaktischer Zielsetzung konzipiert und entwickelt. Mit diesem eigenständigen Programm werden notwendige Prozesse (Erkennen der Sensoren, Einbinden der Treiber etc.) im Hintergrund automatisiert, damit LabPi ohne lange Einarbeitung intuitiv bedient werden kann. Im Vordergrund steht hingegen die grafische Programmoberfläche, mit der Messwerte jedes Sensors auf einfache Weise erfasst, tabellarisch und grafisch dargestellt, ausgewertet, gespeichert und in gängige Formate exportiert werden können. Die Messwerterfassung erfolgt somit durch wenige Mausklicks oder Fingertips.

Die Oberfläche besitzt im Grundsatz einen einheitlichen Aufbau, der für jede Messgröße geringfügig durch spezifische Messoptionen ergänzt wird. Auf den Unterricht bezogen bietet diese Gestaltung den Vorteil, dass die Bedienung der Software und der Umgang mit der Messstation nur einmalig erlernt werden muss und anschließend auf andere Messgrößen übertragen werden kann. Anstelle von wiederholten Einarbeitungsphasen für jedes neue Messgerät verschiebt sich somit der Schwerpunkt auf die Anwendungsphase, wodurch für Experiment und Auswertung mehr effektive Lernzeit zur Verfügung steht. Wenn LabPi ebenfalls in weiteren Fächern (z.B. Biologie, Physik) genutzt wird, verstärken sich die Synergieeffekte noch weiter.

Für die Auswertung werden die ermittelten Messgrößen gleichzeitig tabellarisch und grafisch von LabPi dargestellt. Zusätzlich können Mittelwerte, Ausgleichsgeraden und Steigungen angezeigt werden, je nach Anforderung auch als Funktion. Die Darstellung multipler Repräsentationen führt in Studien zu einem tieferen Verständnis der Lerninhalte; darüber hinaus stärkt der häufige Umgang mit entsprechenden Darstellungen in der Regel auch das Konzeptverständnis. Besteht Interesse an vertieften Auswertungsmöglichkeiten oder sollen die Daten für eine spätere Auswertung gesichert werden, können sie entweder auf dem Gerät gespeichert oder für alle gängigen Tabellenkalkulationsprogramme auf einen USB-Stick oder in die Internetplattform exportiert werden.

Vernetzung

LabPi-Messstationen können über WLAN mit der zugehörigen Cloud-Plattform COMPare vernetzt werden - hierdurch bieten sich innovative Lehr-Lern-Möglichkeiten für den MINT-Unterricht.

Ein konkretes Beispiel ist die gemeinsame Auswertung, Diskussion und Bewertung von Versuchsergebnisse. Klassischerweise werden nach der Laborarbeit die Ergebnisse bzw. Messwerte der Arbeitsgruppen an der Tafel gesammelt oder gezeichnete Diagramme am Platz besprochen, was entweder zu Lasten der Zeit oder Übersicht geht. Mit LabPi kann dies durch die Vernetzung mehrerer Messstationen effizienter gestaltet werden. Ist die Verbindung hergestellt, können Messwerte aller Gruppen über die zugehörige Cloud-Plattform COMPare zusammengeführt werden. Hierdurch wird die Auswertungsphase inhaltlich aufgewertet und zeitlich effizienter gestaltet.

Für die Schülerinnen und Schüler wird eine vergleichende Auswertung aller Gruppenergebnisse möglich. Hierdurch können sie in die Lage versetzt werden, in direktem Austausch mit anderen Gruppen und den Lehrkräften ihre eigenen Versuchsergebnisse kritisch zu hinterfragen, und damit auch selbständig Fehler in der Versuchsdurchführung zu identifizieren. Darüber hinaus können die Ergebnisse nicht nur lokal auf dem Gerät, sondern bei Bedarf ebenfalls in der Cloud langfristig gesichert werden. So können diese Daten später auch für andere Gruppen wieder abgerufen und weiterverwendet werden.

Praxisbeispiel: COMPare

Eine Demonstration der kostenlosen Cloud-Plattform COMPare können Sie hier betrachten: LabPi COMPare