Daten erfassen mit dem LEGO NXT-Baustein

Die Lego-Mindstorm NXT Roboter verfügen über verschiedene Sensoren:
– Taster
– Farbsensor (Helligkeit / Farbe)
– Schallsensor
– Ultraschallsensor (Entfernungsmesser)
Diese Sensoren können bei Messungen verwendet werden. Mit der beiliegenden Software lässt sich sehr einfach ein Datenlogger programmieren. Mit den Sensoren lassen sich verschiedenste Messungen durchführen, z.B. Messung von Reaktionszeiten mit dem Taster, Messung von Helligkeitsverläufen, Messung von Entfernungen (z.B. auch Schwingungen von Objekten usw.)

Ideen für eine Forschungsfrage:
▪ Wie schnell sind die Reaktionszeiten von …?
▪ Wie verändert sich die Helligkeit im Klassenraum im Laufe des Tages / Woche / …?
▪ Welche Lärmspitzen treten in der Aula / … während des Zeitraums … auf?
▪ …

Weiterführende Links:
– Lego Mindstorms NXT (amazon*) >>
– Bücher usw. zu Mindstorms NXT (amazon*) >>

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Seismograph und Radioteleskop bauen und erforschen

Die Zeitschrift “Science in School” bietet immer wieder spannende Artikel, die sich sehr gut als Ausgangsbasis für eine Vorwissenschaftliche Arbeit eignen. Die Zeitschrift ist vollständig online verfügbar und teilweise gibt es die Artikel in mehreren Sprachen.

In der Ausgabe 23 (Sommer 2012) finden sich Bauanleitungen für einen Seismographen und ein Radioteleskop. Diese Bauanleitungen könnten als Basis für das Thema genommen werden und daraus lässt sich eine Forschungsfrage entwickeln.

Beispiele für Forschungsfragen:
– Können in … (Ort) seismische Aktivitäten mit einem selbstgebauten Seismographen detektiert werden?
– Wie kann mit einer Satellitenschüssel die Sonne gesucht werden?
– Welche Satelliten können mit einem selbstgebauten Radioteleskop lokalisiert werden?
– …

Für die Präsentation ist es empfehlenswert, das gebaute Gerät mitzunehmen und wenn es die Zeit erlaubt auch vorzuführen.

Links:
– Science in School (Homepage) >>

– Building a seismograph from scrap (Science in School) >>
– Building a seismograph from scrap (PDF) >>
– Seismograph (Wikipedia) >>
– Seismographen (E. Wielandt, Uni Stuttgart, PDF) >>

– Build your own radio telescope (Science in School) >>
– Build your own radio telescope (PDF) >>
– Radioteleskop (Wikipedia) >>

Cardiograph – Pulsmessung

Behandelt das Thema der Vorwissenschaftlichen Arbeit die Auswirkung einer Größe (z.B. eine Tätigkeit, Sport oder ähnliches) auf den Puls, so kann als Messgerät das Smartphone oder Tablet verwendet werden. Die kostenlose App “Cardiograph” ermöglicht es Profile anzulegen und für die verschiedenen Personen den Puls zu messen.

– Cardiograph (Google play) >>
– Puls (Wikipedia) >>

Süße Chemie

Süße Lebensmittel bieten sich als Thema für eine Forschungsfrage für eine Vorwissenschaftliche Arbeit an. Es können Fruchtgummi (Gummibärli), Schokolade, Brausepulver, Lutscher, Eis hergestellt werden. Die Forschungsfrage könnte, je nach Interesse, in einer Optimierung des Geschmacks / Rezepts liegen.

Ein anderer Ansatz wäre die Analyse von Lebensmittelinhaltsstoffen bzw. auch der Vergleich mit den Inhaltsangaben auf der Verpackung bzw. anderen Lebensmitteln einer Produktgruppe.

Anregungen für eine Forschungsfrage:

Wie kann das Rezept für selbstproduzierte Schokolade nach … optimiert werden?
Schmeckt Eiskonfekt wirklich kühl?
Was schmecken Tester beim Konsum asymmetrischer Lutscher / Gummibären / …?
Wie viel … ist in … (Produkte) enthalten?
Stimmen die Angaben für … auf den Produktverpackungen?

Methoden:

Herstellung
Produktvergleich
Analyse
Feldforschung (Umfragen, Kostproben)

– Versuche zur Lebensmittelchemie und Lebensmitteltechnologie (Uni Bayreuth) >>
– Experimente zu Kohlenhydraten >>
– Schokolade selber machen >>
– Lutscher und Lollies selber machen >>

Wetter und Wetterbeobachtung

Das Wetter ist Forschungsgegenstand in der Wissenschaft und Wirtschaft und eignet sich auch als Thema für eine Vorwissenschaftliche Arbeit. Im Rahmen der VWA kann das reale Wetter mit verschiedenen Wetterprognosen aus Zeitungen, Internet, Apps usw. verglichen werden. Nach dem Vergleich können die Daten ausgewertet werden (z.B. Abweichungen, …) Eine Betreuungsperson könnte je nach Fragestellung z.B. eine Fachkompetenz aus Geographie, Biologie oder Mathematik (wenn die Fragestellung eher in Richtung Statistik oder Algorithmen geht) besitzen. Zur Abfrage der Wettervorhersage eignen sich auch die Apps am Smartphone oder Tablet.

Vorschläge für eine Forschungsfrage:

Wie unterscheidet sich das Wetter in … von der Wetterprognose des Wetterdienstes …?
Wie kann aus den Wetterprognosen des Ortes … und … auf den dazwischen liegenden Ort … gerechnet werden?
Wie genau sind die Prognosen der verschiedenen Wetterdienste im Vergleich?
…

Weiterführende Links:
– Wetter (Wikipedia) >>
– Wettervorhersage (Wikipedia) >>
– Wetterbeobachtung und -vorhersage (Wikipedia) >>

Österreichwetter:
– ZAMG >>
– wetter.at >>
– wetter.com >>

Apps:
– wetter.com (Google play) >>
– wetter.tv (Google play) >>
– wetterheute.at (Google play) >>
– wetter.net (Google play) >>

Kläranlage bauen und Ergebnisse vergleichen

Wie funktioniert eine Kläranlage? Diese Frage ist vom Kindergarten bis zur Reifeprüfung Thema auf verschiedenen Niveaus. Im Rahmen einer Vorwissenschaftlichen Arbeit könnte das Thema Kläranlage behandelt werden, im Modellexperiment können verschiedene Anordnungen erprobt werden und mit Wasser (welches vorher kontrolliert verunreinigt wurde) kann die Reinigungsleistung von der Modellkläranlage getestet werden.

Anregungen für eine Forschungsfrage:

Welche der drei getesteten Kläranlagemodelle arbeitet effektiver?
Wie kann eine Filteranlage auf … optimiert werden?
Wie wirkt sich … auf die Wirkung einer Modellkläranlage aus?

Methoden:

Experiment / Versuch
Analyse (Wasseranalyse)

Links:
– Wasser-Aqualino: Experiment Filteranlage (PDF) >>
– Kinderecke: Die kleine Kläranlage (PDF) >>
– Kidsnet: Bau dir deine Kläranlage selber >>
– Play With Water: Bau einer Mini Abwasser Evapotranspirationsanlage >>
– Play With Water: Wir bauen ein Modell einer Pflanzenkläranlage >>

– Wasseruntersuchung (im Blog) >

Welche Sensoren besitzt mein Smartphone?

Für die Verwendung von Apps im Rahmen einer Messung ist es notwendig zu wissen über welche Sensoren das eigene Gerät verfügt. Die Android Sensor Box gibt einen Überblick über die verfügbaren Sensoren (Gyroscope, Helligkeit, Ausrichtung, Abstand, Temperatur, Beschleunigung, Lautstärke, Magnetfeld und Druck). Ist ein Sensor auf dem eigenen Gerät verfügbar kann dieser ausprobiert bzw. auch schon für Messungen verwendet werden. Zusätzlich können die Daten zum Sensor abgerufen werden. Hersteller, Sensortyp und – für die Vorwissenschaftliche Arbeit von größerem Interesse – der Messbereich und die Auflösung können abgerufen werden.

– Android Sensor Box (Google Play) >>
– Artikel zum Thema Messen mit Apps >

Geodäsie mit dem Smartphone

Die Vermessung von Objekten lässt sich mit Hilfe eines Smartphones und Trigonometrie-Apps realisieren. Mit Hilfe der Sensoren (und der richtigen Rechnung) lassen sich verschiedene Vermessungsaufgaben erledigen bzw. im Rahmen einer Forschungsfrage entwickeln. Mögliche Forschungsfragen könnten sich mit der Genauigkeit von Mess-Apps, dem Vermessen von Körpern, Gebäuden beschäftigen. Auch das Aufzeichnen verschiedener Punkte über GPS und die darauffolgende Berechnung bietet das Potential für eine Vorwissenschaftliche Arbeit.

Sensoren:

Neigungssensor
Magnetfeldsensor (Kompass)
GPS-Empfänger (Position, Höhe)

Apps:

Apps mit eigenen Berechnungen lassen sich sehr einfach mit dem App Inventor erstellen.

Weitere Informationen

Themenpool – Informatik

Peter Micheuz vom Alpen-Adria-Gymnasium betreibt zusammen mit Günther Schwarz, Hubert Egger und Wolfgang Schmid die Webseite ahs-informatik.com. Zum Thema VWA bietet die Seite als Orientierungshilfe sieben Themenvorschläge (WLAN-Sicherheit, Absicherung mobiler Geräte, Objektorientierung in Scratch, Rucksackproblem, Preisgabe von Informationen in Facebook, Informationen mit QR Codes am Smartphone und SQL – eine Sprache mehrere Implementierungen), zu denen auch Vorschläge für eine mögliche Forschungsfrage angeführt werden.

– VWA Themenpool – Informatik >>

Physik in Wald und Flur

Das Buch “Physik in Wald und Flur” von Josef Wittmann behandelt physikalische Aspekte in der Natur mit einem Blick über den Tellerrand. So ist es möglich auch fächerübergreifende Aspekte zu Biologie, Chemie und Geographie zu erkennen. Schülerinnen und Schüler mit einem Interesse für die Natur können hier die Basis für ihr VWA Thema finden. Zum einen besteht die Möglichkeit, aus den Ansätzen eine Forschungsfrage zu entwickeln bzw. könnte man auch eine Hypothese anhand der Themen aufstellen, die im Rahmen der Vorwissenschaftlichen Arbeit überprüft wird.

– Physik in Wald und Flur (* amazon) >>
– Inhaltsverzeichnis (PDF) >>

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