Computergestützte Experimente im Physikunterricht unter Verwendung der Arduino Entwicklungsumgebeung

„Wofür brauche ich das?“, ist eine wohl bekannte, manchmal vielleicht gefürchtete Frage in der Schule. Die Verbindung von Unterrichtsinhalten zum Alltag wird zurecht gefordert, jedoch leider oft nicht umgesetzt. Noch wünschenswerter wäre die konkrete Anwendung im persönlichen Leben. In dieser Arbeit werden physikalische Effekte im Kontext der modernen elektronischen Geräte betrachtet. Es werden die physikalischen Prinzipien von Sensoren, Aktoren, Displays und weiteren Elementen, die wir tagtäglich verwenden, erörtert und gezeigt, wie man sie ansteuern und in Betrieb nehmen kann - was parallel zur Lektüre auch gemacht werden sollte. Dies geschieht auf Basis des Mikrocontrollers Arduino UNO, den man verhältnismäßig einfach programmieren kann und der die Kommunikation mit den elektronischen Bauteilen übernimmt. In weiterführenden Projekten wird gezeigt, wie man die einzelnen Komponenten einsetzt, um Spannungen oder Kapazitäten zu messen, die Schallgeschwindigkeit und molare Masse der Luft zu bestimmen, Wetterstationen, die vor Unwetter warnen zu bauen oder zu überprüfen, ob sich ein Auto an die vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit hält. Dies soll dazu anregen, eigene Ideen zu verwirklichen, bei denen man ganz nebenbei physikalische Grundlagen anwenden muss, um zu seinem Ziel zu gelangen. Auf diese Weise wird die Physik mit der Lebensrealität der Schüler verknüpft und zugleich erfahrbar, welche Bedeutung sie für unsere moderne Gesellschaft hat. “When will I need this?“, is a common question and sometimes feared by teachers. The connection between educational content and daily life is a justified request, but too often this connection is not made. In this thesis we focus on physical concepts in the context of modern electronic devices and examine deeper the principles ofsensors, actuators, displays and other units, which we encounter in everyday life. Furthermore we will demonstrate how to use them practically - what we strongly suggest in addition to reading. For this reason we work with the microcontroller Arduino UNO, which is programmable and takes over the communication with the devices. In several projects the usage of the different units to measure physical quantities, such as voltage, capacities, the speed of sound and molar mass of air will be shown. The building of weather stations which warn of coming storms and verifying whether a car is following the speed limit will also be considered. All these projects shall motivate students to realize their own ideas, using physical principles successfully. As a consequence, physics becomes connected to the reality of life of students, and at the same time its meaning for our modern society is made accessible.vorgelegt von Florian PfannhoferAbweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der VerfasserinZusammenfassungen in Deutsch und EnglischKarl-Franzens-Universität Graz, Masterarbeit, 2016(VLID)441039