Die Unterrichtsreihe „Sensoren im Alltag“ ist abgestimmt auf das Themenfeld 11 im Lehrplan für den Physikunterricht in der Mittelstufe in Rheinland-Pfalz. Die Materialien sind für den Themeneinstieg und die Erarbeitung der Funktionsweise von Sensorelementen in der ersten Hälfte der lt. Lehrplan zur Verfügung stehenden Stunden konzipiert. Zum Abschluss von Themenfeld 11 bieten sich nach dieser Unterrichtsreihe eine Vertiefung oder eine Behandlung der Signalverarbeitung an.
Die Schüler:innen experimentieren in Eigenregie mit richtigen Sensorelementen. Sie testen in Partnerarbeit aus, wofür die jeweiligen Sensortypen sensibel sind, ordnen ihnen die jeweiligen Namen und Eigenschaften zu, finden die allgemeine Definition für einen Sensor, überlegen, wo Sensoren im Alltag Anwendung finden und stellen eine Verbindung zu den menschlichen Sinnen her.
Die Schüler:innen bekommen in einem kurzen Video einen Überblick über die wichtigsten Vorgänge in der Halbleiterelektronik. Zur Klärung der Funktionsweise der Sensorelemente erhalten sie Arbeitsblätter mit dem nötigen Hintergrundwissen. Zur Sicherung des Inputs kann z. B. ein Gruppengraffiti durchgeführt werden
Die Schüler:innen arbeiten in Kleingruppen mit den bislang kennengelernten Sensorelementen an einem Teilbereich einer Wetterstation. In zwei Stationen soll eine Kalibrierung vorgenommen und eine Kennlinie erstellt werden (dies entspricht bereits dem Prinzip einer Signalwandlung). In anderen Stationen müssen die Messdaten mit Hilfe einer mathematischen Formel berechnet oder vorliegende Kennlinien interpretiert werden. Zur Sicherung der Arbeitsschritte erstellen die Schüler:innen ein Datenblatt, auf dem die wichtigen Daten ihrer Station notiert sind und das als Hilfestellung zur Ausarbeitung einer Kurzpräsentation dient.
Die Schüler:innen, die mit Sensorelementen des gleichen Typs gearbeitet haben, diskutieren zunächst ihre Kurzpräsentationen untereinander, um anschließend eine gemeinsame Kurzpräsentation vor der gesamten Klasse zu halten. Danach werden die Rollen getauscht, und jede Schülergruppe testet anhand des Datenblatts einer anderen Gruppe die Messung mit einem ihr bisher unbekannten Sensorelement.
Die Schüler:innen recherchieren über den Einsatz und die Funktionsweise anderer Sensoren in weiteren Alltagsgeräten. Die Erkenntnisse können im Klassenverband vorgestellt werden.
Versuchsaufbau Messung der Lichtintensität
Versuchsaufbau Messung der Niederschlagsmenge
Versuchsaufbau Messung der Temperatur
Versuchsaufbau Messung der Windgeschwindigkeit