In dieser Arbeit werden Einsatzmöglichkeiten des Android-Smartphones Samsung Galaxy S4 als Experimentiermittel im Physikunterricht untersucht. Diese Arbeit setzt vor diesem Hintergrund folgende Schwerpunkte: Durchführung und Auswertung typischer Experimente mit den internen Sensoren des Samsung Galaxy S4; Durchführung neuer, in dieser oder ähnlicher Form noch nicht publizierter, Versuche; Evaluation und Vergleich von verschiedenen, in bisherigen Publikationen häufig erwähnten, Apps zur Datenerfassung; Vergleich der Messergebnisse von Smartphone und anderen Messmitteln oder der Theorie bei Berücksichtigung der Messfehler.
Aufgrund des begrenzten Umfangs dieser Arbeit wurden von den verschiedenen Sensoren des Samsung Galaxy S4 ausschließlich der Beschleunigungs- sowie Magnetfeldsensor untersucht.
Im Laufe der letzten sieben Jahre haben sich die Fachzeitschriften im Bereich Physikdidaktik (z. B. The Physics Teacher, Naturwissenschaft im Unterricht Physik, Praxis der Naturwissenschaften ─ Physik in der Schule, Computer + Unterricht) bereits mit dem Thema „Smartphone im Physikunterricht“ beschäftigt und dabei eine Vielzahl möglicher Experimente publiziert. Eine entsprechende umfangreiche Zusammenstellung, sortiert nach dem jeweils benutzen Sensor, findet sich im Anhang dieser Arbeit
Inhaltsverzeichnis
- 1 Smartphone im Physikunterricht
- 2 Sensoren in Android-Smartphones
- 2.1 Beschleunigungssensor
- 2.2 Magnetfeldsensor
- 3 Messwerterfassung für Android-Endgeräte
- 3.1 Datenerfassung für multiple Sensoren
- 3.2 Datenerfassung Beschleunigung
- 3.3 Datenerfassung Magnetfeldstärke
- 3.4 Remote Control
- 3.5 Samsung Galaxy S4
- 4 Experimente: Beschleunigung
- 4.1 Versuch A1: Federpendel
- 4.2 Versuch A2: Lagebestimmung Sensor
- 4.3 Versuch A3: Zentripetalbeschleunigung
- 4.4 Versuch A4: Richtung der Beschleunigung
- 4.5 Versuch A5: Luftkissenbahn (Schwingung)
- 5 Experimente: Magnetfeld
- 5.1 Lagebestimmung Magnetfeldsensor
- 5.2 Versuch B1: Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
- 5.3 Versuch B2: Magnetfeld innerhalb einer stromdurchflossenen Spule
- 5.4 Versuch B3: Magnetfeld eines langen stromdurchflossenen Leiters
- 5.5 Versuch B4: Zeitlich veränderliche Magnetfelder
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Masterarbeit untersucht die Möglichkeiten, Smartphones, speziell das Samsung Galaxy S4, im Physikunterricht als Messgeräte einzusetzen. Ziel ist es, die Funktionalität der integrierten Sensoren zu evaluieren und deren Anwendung in verschiedenen Experimenten zu demonstrieren. Die Arbeit zeigt die praktische Umsetzung und Auswertung von Experimenten zur Beschleunigung und zum Magnetfeld.
- Einsatz von Smartphones im Physikunterricht
- Nutzung der Sensoren des Samsung Galaxy S4 für Messungen
- Durchführung und Auswertung von physikalischen Experimenten mit dem Smartphone
- Bewertung der Genauigkeit und der Eignung der Smartphone-Messungen
- Didaktische Implikationen des Smartphone-Einsatzes im Unterricht
Zusammenfassung der Kapitel
1 Smartphone im Physikunterricht: Dieses Kapitel führt in die Thematik ein und beleuchtet den potentiellen Nutzen von Smartphones als Messinstrumente im Physikunterricht. Es werden die Vorteile und Herausforderungen dieser Methode diskutiert, und der Fokus auf das Samsung Galaxy S4 als Fallstudie wird begründet. Die Kapitel legt den Grundstein für die experimentelle Arbeit, indem es den Kontext und die Relevanz der gewählten Methodik erläutert. Der didaktische Aspekt des Smartphone-Einsatzes wird angedeutet und die Möglichkeiten der Kostenersparnis und der erhöhten Schülermotivation hervorgehoben.
2 Sensoren in Android-Smartphones: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die im Samsung Galaxy S4 verwendeten Sensoren, insbesondere den Beschleunigungssensor und den Magnetfeldsensor. Es werden die Funktionsweisen der Sensoren erklärt, ihre Messprinzipien erläutert, und die technischen Spezifikationen relevant für die späteren Experimente dargestellt. Die Genauigkeit und die Grenzen der Sensoren werden kritisch beleuchtet, um die spätere Interpretation der Messergebnisse zu fundieren. Die Beschreibung bildet die Grundlage für das Verständnis der im Folgenden durchgeführten Experimente.
3 Messwerterfassung für Android-Endgeräte: In diesem Kapitel wird die Methode der Datenerfassung mit dem Smartphone detailliert beschrieben. Es werden die Software-Tools und -Prozesse zur Erfassung von Daten aus mehreren Sensoren gleichzeitig präsentiert. Die Kapitel beleuchtet die spezifische Datenerfassung für Beschleunigung und Magnetfeldstärke, inklusive der Herausforderungen bei der Datenverarbeitung und -aufbereitung. Die Beschreibung der Remote-Control-Funktionalität und die spezifischen Eigenschaften des Samsung Galaxy S4 im Kontext der Datenerfassung bilden einen essentiellen Bestandteil zur Reproduzierbarkeit der Experimente.
4 Experimente: Beschleunigung: Dieses Kapitel präsentiert eine Serie von Experimenten, die den Beschleunigungssensor des Smartphones nutzen. Jedes Experiment (Federpendel, Lagebestimmung, Zentripetalbeschleunigung, Richtung der Beschleunigung, Luftkissenbahn) wird detailliert beschrieben, von der Versuchsanordnung über die Durchführung bis hin zur Auswertung der Ergebnisse. Für jedes Experiment werden die erhaltenen Daten interpretiert und mit theoretischen Erwartungen verglichen. Die Kapitel zeigt die Vielseitigkeit des Beschleunigungssensors und seine Eignung für unterschiedliche physikalische Phänomene.
5 Experimente: Magnetfeld: Analog zum vorherigen Kapitel werden hier Experimente zur Messung von Magnetfeldern mit dem Magnetfeldsensor des Smartphones durchgeführt und analysiert. Die Experimente umfassen die Messung des Magnetfelds einer stromdurchflossenen Spule (innen und außen), eines langen stromdurchflossenen Leiters und zeitlich veränderlicher Magnetfelder. Die gewonnenen Daten werden ausgewertet und mit den theoretischen Erwartungen verglichen. Dieses Kapitel demonstriert die Anwendung des Magnetfeldsensors in verschiedenen experimentellen Kontexten.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zu "Smartphone im Physikunterricht"
Was ist der Hauptfokus dieser Masterarbeit?
Die Masterarbeit untersucht den Einsatz von Smartphones, speziell des Samsung Galaxy S4, als Messgeräte im Physikunterricht. Es wird die Funktionalität der integrierten Sensoren evaluiert und deren Anwendung in verschiedenen Experimenten zur Beschleunigung und zum Magnetfeld demonstriert.
Welche Sensoren werden in der Arbeit verwendet?
Die Arbeit konzentriert sich auf den Beschleunigungssensor und den Magnetfeldsensor des Samsung Galaxy S4. Die Funktionsweise, Messprinzipien und technischen Spezifikationen dieser Sensoren werden detailliert beschrieben.
Welche Experimente werden mit dem Beschleunigungssensor durchgeführt?
Es werden mehrere Experimente durchgeführt, darunter die Untersuchung eines Federpendels, die Lagebestimmung mittels Sensor, die Messung der Zentripetalbeschleunigung, die Bestimmung der Beschleunigungsrichtung und die Analyse von Schwingungen auf einer Luftkissenbahn.
Welche Experimente werden mit dem Magnetfeldsensor durchgeführt?
Die Experimente mit dem Magnetfeldsensor umfassen die Messung des Magnetfelds einer stromdurchflossenen Spule (sowohl innen als auch außen), die Messung des Magnetfelds eines langen stromdurchflossenen Leiters und die Untersuchung zeitlich veränderlicher Magnetfelder.
Wie werden die Messdaten erfasst?
Das Kapitel 3 beschreibt detailliert die Methode der Datenerfassung mit dem Smartphone, einschließlich der verwendeten Software-Tools und -Prozesse zur Erfassung von Daten aus mehreren Sensoren gleichzeitig. Die spezifische Datenerfassung für Beschleunigung und Magnetfeldstärke wird erläutert.
Welche Software wird verwendet?
Die Arbeit benennt zwar das Samsung Galaxy S4 und Android, spezifiziert aber keine bestimmte Software. Die Details zur Datenerfassung sind im Kapitel 3 beschrieben.
Welche Kapitel enthält die Arbeit?
Die Arbeit ist in sechs Kapitel gegliedert: 1. Smartphone im Physikunterricht; 2. Sensoren in Android-Smartphones; 3. Messwerterfassung für Android-Endgeräte; 4. Experimente: Beschleunigung; 5. Experimente: Magnetfeld; 6. Zusammenfassung und Ausblick.
Welche Ziele werden mit der Arbeit verfolgt?
Die Arbeit zielt darauf ab, die Eignung von Smartphones als Messgeräte im Physikunterricht zu evaluieren, die Genauigkeit der Messungen zu bewerten und die didaktischen Implikationen des Smartphone-Einsatzes zu beleuchten. Ein weiterer Fokus liegt auf der praktischen Umsetzung und Auswertung von physikalischen Experimenten.
Welche Vorteile bietet der Einsatz von Smartphones im Physikunterricht?
Die Arbeit hebt Vorteile wie Kostenersparnis und erhöhte Schülermotivation hervor. Weitere Vorteile werden im Kapitel 1 diskutiert.
Wie werden die Ergebnisse der Experimente ausgewertet?
Die erhaltenen Daten werden für jedes Experiment interpretiert und mit den theoretischen Erwartungen verglichen. Die Auswertungsmethodik ist in den jeweiligen Kapiteln (4 und 5) beschrieben.
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- Martin Lamker (Author), 2016, Das Smartphone im Physikunterricht. Experimentiermöglichkeiten mit dem Samsung Galaxy S4, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/459449
