Rundumblick - Coole Experimente mit Sensoren
Schülerinnen und Schüler aus den Jahrgangsstufen 8, 9 und 10 haben sich in dem Kurs, der von Herrn Helldobler angeboten wurde, mit der Anwendung von Sensoren bei chemischen Experimenten und in der Robotik beschäftigt. Als Bonus erfolgte an den letzten beiden Kurstagen zusätzlich eine Praxis-Einführung in das Thema 3D-Druck.
Das erste Kurswochenende
Am ersten Kurstag erhielten die teilnehmenden Schülerinnen und Schüler nach einer kurzen Einheit zum Aufbau von Sensoren eine Einführung in die Programmiersprache Scratch. Durch die grafische Anordnung vorgegebener Programmblöcke fällt der Einstieg in die logischen Abläufe des Programmierens nicht schwer. Scratch wurde eigens für diesen Zweck für Kinder und Jugendliche entwickelt.
Zunächst wurden einfache Dinge wie die Erstellung von Variablen und Schleifen eingeübt und mithilfe der gewonnenen Kenntnisse ein kleines Spiel programmiert, bei dem die Scratch-Katze (die berühmte Spielfigur von Scratch) Mäuse fängt.
Am zweiten Kurstag wurden die Kenntnisse zur Programmierung der an unserer Schule vorhandenen Roboter-Sets angewendet. Die Geräte wurden von der Initiative Regionalmanagement Region Ingolstadt e.V. (IRMA) gefördert. In einem Lernzirkel konnten sich die Schülerinnen und Schüler aussuchen, welches Roboter-Projekt sie bearbeiten wollen.
Unter anderem wurden folgende Projekte zur Robotik von den Schülerinnen und Schülern bearbeitet:
- Einfaches Erkundungsfahrzeug:
Das Fahrzeug wird so programmiert, dass es mit der Computertastatur gesteuert werden kann. Der vorhandene Farbsensor wird verwendet, um Hindernisse automatisch zu vermeiden.
Abb. 1: Das Erkundungsfahrzeug (Foto: M. Helldobler)
- Lenkstange:
Bei diesem Projekt wird der Neigungswinkelsensor der Steuerungseinheit des Robotersets verwendet, um eine Spielfigur in Scratch zu steuern. Tom Dreyer und Alexander Schmid haben hierzu einen kleinen Fahrsimulator programmiert, bei dem sie mit einem Fahrzeug das Ziel erreichen müssen. Dabei wird verschiedenen Hindernissen ausgewichen und eine möglichst schnelle Route gesucht.
- Flipper:
Der Bau eines Flipper-Automaten stellte die Teilnehmerinnen und Teilnehmer vor ein Problem, weil kein Ball passender Größe zur Verfügung stand. Dieser wurde mithilfe des vorhandenen 3D-Druckers ausgedruckt. Die wurde zum Anlass genommen, am zweiten Kurswochenende tiefer in das Thema 3D-Druck einzusteigen.
Abb. 2: Laura Habermeier, Simon de Sousa Pinto und Jojo Liu beim Bau und der Programmierung des Flippers
Weiterhin wurden ab dem zweiten Kurstag unter anderem folgenden chemischen Experimente mithilfe der an der Schule vorhandenen Messgeräte und Sensoren durchgeführt:
- Untersuchung von Fluoreszenzfarbstoffen mithilfe eines Spektrometers:
Das Fluoreszenzspektrometer enthält unter anderem ein CCD-Array, in dem Fotodioden (optische Sensoren) in einer Matrix angeordnet sind. Anhand der Messwerte kann mithilfe weniger Messungen im Experiment ermittelt werden, welcher der vorhandenen Textmarker den bekannten Fluoreszenzfarbstoff Pyranin enthält.
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Abb. 3 Untersuchung eines Fluoreszenzfarbstoffes im Spektrometer (links) und das dazugehörige Fluoreszenzspektrum (rechts)
- Experiment zum Taschenwärmer:
In Taschenwärmern wird die Substanz Natriumacetat-Trihydrat verwendet. Dieses Salz wird in dem Experiment durch Zugabe von Wasser und anschließende Erwärmung in einen flüssigen Zustand überführt, der nur metastabil ist. Durch Reibung wird diese übersättigte Lösung zum Kristallisieren gebracht, wodurch wieder Wärme frei wird. Die Temperaturänderungen werden in dem Versuch mithilfe eines Temperatursensors verfolgt.
Abb. 4 Laura Habermeier und Elisabeth Schnitger beim Experiment zum Taschenwärmer
Das zweite Kurswochenende
Am dritten und vierten Kurstag wurden die Experimente vom ersten Kurswochenende noch Mal aufgebaut und die Schülerinnen und Schüler konnten an den bisher von ihnen noch nicht genutzten Stationen programmieren und experimentieren.
Weiterhin wurde auf einen der vorhandenen Roboterbausteine eine neue Firmware aufgespielt, sodass dieser mit der textuellen Programmiersprache Python unter Pybricks programmiert werden konnte. Besonders Tom Dreyer und Paula Lindel haben die Gelegenheit genutzt, um in Python zu coden.
Abb. 5 Tom Dreyer beim Programmieren eines Roboters mit Abstandssensor in Pybricks zusammen mit Jojo Liu
Außerdem erfolgte am zweiten Kurswochenende für alle anwesenden Schülerinnen und Schüler eine Einführung in das Thema 3D-Druck. Zum räumlichen Zeichnen von Gegenständen wurde Tinkercad als einfaches CAD-Programm verwendet. Die Schülerinnen und Schüler durften ihre eigenen Figuren designen. Anschließend wurden die erstellten Dateien mithilfe des Programms Cura so aufbereitet, dass Figuren an den beiden vorhandenen 3D-Druckern ausdruckt werden konnten. Diesen Vorgang bezeichnet man in der Fachsprache als Slicen, weil hierbei das 3D-Modell in einzelne Schichten bzw. Scheiben zerteilt wird, die dann der Reihe nach am 3D-Drucker aufgetragen werden (engl. slice = Scheibe bzw. to slice = in Scheiben schneiden).
Abb. 6 – Laura Habermeier beim Drucken eines selbst erstellten Schriftzugs
Abb. 7 – Elisabeth Schnitger beim Drucken eines selbst gezeichneten Würfels
Abb. 8 Laura Habermeier und Paula Lindel mit einer kleinen selbstgedruckten Blumenvase
Text und Fotos: Markus Helldobler
