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Erfahrungsbericht: Sensor – CASSY 2 der Firma Leybold Didaktik

Ein Messgerät für umfangreiche Experimente“ – damit wirbt der deutsche Hersteller Leybold auf der Homepage www.ld-didactic.de für das digitale Messwertsystem Sensor-CASSY 2 und spricht von einem intuitiv zu bedienenden und auf höchste Messanforderungen zugeschnittenen Gerät. Inwieweit diese Herstellerangaben der Praxis entsprechen und wie die eigene Handhabung mit dem obigen Messgerät verlief, soll im nachfolgenden Text erläutert werden.

 

Grundlagen:

Das Messwertsystem setzt sich aus dem Sensor-CASSY 2 (Art.-Nr. 524 013) zusammen, welches über ein Netzteil mit Strom versorgt wird und mit Hilfe eines USB-Kabels mit einem Laptop bzw. PC verbunden werden kann. Die dazu nötige Software „CASSY Lab 2“ kann kostenlos als Demoversion auf der Firmen-Homepage heruntergeladen werden, wohingegen die Vollversion kostenpflichtig mittels Freischaltcode erworben werden muss.  Dieser Aufbau bildet die Grundlage zum Experimentieren und konnte (Dank Vorinstallation des Programms auf dem verwendeten Laptop) innerhalb weniger Minuten realisiert werden (vgl. Abb. 1).

Abb. 1: Grundaufbau des Messwertsystems Sensor – CASSY 2

Das Sensor – CASSY 2 bietet in seinem Aufbau die Möglichkeit,  Messdaten von 2 Sensoren zeitgleich aufzunehmen, welche über die Steckplätze (INPUT A und B) einfach auf das Gerät aufzustecken sind (vgl. Abb.2). Die dazu nötigen Sensoren werden von Leybold in mehr als 50 Ausführungen für über 100 Messgrößen angeboten und sind, Dank baugleichem Steckprinzip, alle mit dem Sensor – CASSY 2 kompatibel. Desweiteren besitzt das Gerät eine integrierte Messmöglichkeit  von Stromstärke (3A) und Spannung (250V) (vgl. Abb.2) und ermöglicht damit auch ohne zusätzlich erworbene Sensoren Messwertaufnahmen, zum Beispiel im Bereich der Elektrizitätslehre.

Abb. 2: Sensor – CASSY 2 mit Steckplätzen für Sensoren (INPUT A und B)

und der Messmöglichkeit von Stromstärke und Spannung

 

Erprobung am Experiment:

Um die Funktionsweise des Messwertsystems zu testen, wurde nach einer einfachen Experimentieranleitung für den Einsatz des Sensor – CASSYs  gesucht. Eine große Hilfe stellten dabei die von Leybold in der PC-Software zur Verfügung gestellten Versuchsanleitungen dar. Innerhalb der Themenbereiche Mechanik, Thermodynamik, Kinematik, Elektrizitätslehre und vielem mehr findet man eine Vielzahl von Experimenten mit dem Sensor – CASSY 2, welche neben einer detaillierten Skizze auch Sicherheitshinweise, eine Versuchsbeschreibung, benötigte Geräte (inkl. Artikelnummern), Erklärungen zu Aufbau und Durchführung und didaktische Hinweise liefern (vgl. Abb. 3).

Abb. 3: Beispiel einer Versuchbeschreibung („Schwingungen eines Federpendels“)

von Leybold Didaktik für den beispielhaften Einsatz des Sensor – CASSY 2

Wir entschieden uns für ein Experiment zum Federpendel. Sehr positiv fiel bei genauerer Betrachtung der Versuchsanleitung die Rubrik „Alternative“ auf, da der laut Anleitung erforderliche Laser-Bewegungssensor (Art. Nr. 524 073)  nicht in unserer Physiksammlung vorlag und Leybold im gleichen Atemzug alternative Sensoren und somit veränderte Versuchsanleitungen in seiner Beschreibung angibt.

Das Experiment wurde somit in veränderter Form aufgebaut und umfasste neben dem Sensor – CASSY 2 einen sensiblen Kraft –Sensor S (Art.Nr. 524 060, +/- 1N) der mittels Stativmaterial am Tisch befestigt wurde und an welchen eine Feder und ein Schlitzgewicht von 20g gehangen wurden. Eine grafische Darstellung des Experimentaufbaus inklusive des verwendeten Sensors findet sich in Abb. 4.

Abb. 4: Originalaufnahme des Versuchsaufbaus zum Experiment

„Schwingungen eines Federpendels“ inklusive verwendetem

CASSY – Sensor „Kraftsensor S 524 060“

Insgesamt kann der vorgestellte Versuchsaufbau als einfach umsetzbar beschrieben werden, wobei je nach Komplexität des Experiments und der verbundenen Datenaufnahme zweifellos differenziert werden muss.  (Beispielsweise wurde im Sinne des Demonstrationspraktikums 2017 der Kreisprozess eines Stirlingmotors mit Hilfe von Sensor – CASSY 2 von mir aufgenommen, dessen Versuchsaufbau mehrere Stunden umfasste.)

Wurde das Experiment vollständig aufgebaut und der verwendete Sensor an das CASSY gesteckt, öffnet sich automatisch ein Bedienfeld des Software-Programms und gibt Auskunft über die derzeit angeschlossenen Sensoren (vgl. Abb. 5). In diesem Fall wurde ein Kraftsensor F_A1 am INPUT A vom System erkannt und die Messung konnte damit beginnen.

Abb. 5: Benutzeroberfläche des CASSY Lab 2 während eines Messvorgangs

 

Messvorgang:

Darauf aufbauend soll im Nchfolgenden die Benutzeroberfläche des CASSY Lab 2 während des Messvorgangs beschrieben werden:

Über einen „Ist-Wert“-Anzeiger am oberen linken Bildschirmrand wid der derzeit gemessene Wert des Sensors inklusive betrachtetem Messbereich angegeben (vgl. Abb. 5). Am rechten Bildschirmrand findet man eine Vielzahl von Einstellungsmöglichkeiten zum Messvorgang. Beispielsweise kann der Messbereich, der Messzeitraum und die Intervallangabe verändert werden. Auch die Unterscheidung in automatische oder manuelle Messaufnahme wird gegeben, sowie eine Eichung der derzeitigen Nulllage (Startwert). Insgesamt erscheint dieser Teil der Messwerterfassung sehr intuitiv und es konnten innerhalb weniger Minuten die gewünschten Einstellungen zur Messung vorgenommen werden. In diesem Fall nicht betrachtet wurde jedoch die Möglichkeit, weitere physikalische Größen mittels Verwendung der aufgenommenen Daten von CASSY automatisch berechnen zu lassen, weshalb diesbezüglich keine Aussagen über Nutzerfreundlichkeit und Zeitaufwand getroffen werden können.

Startet man daran anschließend den Messvorgang, erfolgt eine grafische Darstellung der aufgenommenen Messwerte innerhalb des zentral vorliegenden Diagramms von CASSY Lab 2. Eine tabellarische Zusammenfassung der konkreten Messwerte erfolgt zeitgleich am linken Rand des Programms. Damit wird der Verlauf der Messung unmittelbar für den bzw. die Experimentierende_n visuell sichtbar, was eine Auswertung der aufgenommenen Messdaten in kürzester Zeit ermöglicht und somit sehr positiv auf den Experimentiervorgang wirkt.  (Das Vorhandensein eventueller Fehler bzw. Probleme beim Experiment kann im Allgemeinen auf einen  Blick erkannt werden und somit deutliche Zeitersparnisse mit sich führen, sowie Tendenzen leichter ablesbar machen.)

Innerhalb unseres Experiments konnte die nachfolgende Grafik bezüglich der Schwingung eines Federpendels aufgenommen werden (vgl. Abb. 6):

Abb. 6: Grafische Darstellung der aufgenommenen Messwerte

mittels Sensor – CASSY 2 im Versuch „Schwingungen

eines Federpendels“

Dabei ist gut zu erkennen, dass die ausgegebenen Diagramme eine automatische Achsenbeschriftung und Skalierung besitzen und somit praktisch sofort zur Auswertung verwendet werden können. Möchte man zudem Zugriff auf die reinen erfassten Messwerte haben, können diese in Form des Tabellenkalkulationsprogrammes Excel leicht exportiert und verwendet werden.  Laut Herstellerangabe ist es ebenso möglich automatische Fehlerrechnungen und Anstiege von Cassy Lab berechnen und ausgeben zu lassen. Damit bietet dieses System eine sehr ausführliche Möglichkeit zur Auswertung von Messdaten.

 

Einsatz im Schulunterricht:

Zusammenfassend betrachtet  bietet sich Sensor – CASSY 2 in Bezug auf den Schulunterricht vorrangig für aufwendige Demonstrationsexperimente der Lehrperson an, bei denen im Idealfall mehrere Sensoren verwendet werden und damit eine Vielzahl von physikalischen Zusammenhängen aufgenommen und visualisiert werden können. Durch die Verbindung zum Laptop bzw. PC können den Schülerinnen und Schülern die aufgenommenen Daten leicht mittels eines Beamers oder SMARTBoards im Unterricht sichtbar gemacht werden. Zum Einsatz von Sensor – CASSY bei Schülerexperimenten muss die Lerngruppe deutlich von einer ganzen Klasse reduziert werden, beispielsweise in einem Leistungskurs.

Vorteil der Verwendung des Sensor – CASSY im Schulunterricht ist die automatische Grafikerstellung in Kombination mit der „Live-Anzeige“ des soeben gemessenen Wertes. Dies macht das digitale Messen für Schülerinnen und Schüler realer und greifbarer. Der Fokus verschiebt sich von der reinen Datenaufnahme und Erstellung von Messwerttabellen hin zur Betrachtung des eigentlichen Messvorganges.

Mittels Export der Messwerte können die Schülerinnen und Schüler auch zu späteren Zeiten der Unterrichtssequenz auf  die erhobenen Daten zugreifen oder Auswertungen als Hausaufgabenleistung nach dem Unterricht erstellen. Auch die Diskussion von Messfehlern und Unsicherheiten können im Rahmen von CASSY zuverlässig diskutiert und in den Unterricht aufgenommen werden.

 

Fazit:

Abschließend betrachtet würde ich die Investition mindestens eines Sensor – CASSY 2 in die Physiksammlung der Schulen als lohnenswert bezeichnen, da zu einer Vielzahl von Themenbereichen der Physik, Biologie und Chemie Experimente zur Verfügung stehen und digitales Messen auf einem hohen Leistungsniveau und auf lange Zeit nachhaltig den Schülerinnen und Schülern nahe gebracht werden kann. Dafür spricht auch die erwartungsgemäß „lange Lebenszeit“ des Sensor – CASSY aufgrund seiner sehr robusten Bauweise. Einer Veralterung der Technik wird dabei entgegengewirkt, indem auch zukünftige neue Sensoren stets mit dem vorgestellten System kompatibel bleiben sollen.

Nachteil der Beschaffung eines Sensor – CASSY 2 ist jedoch der hohe Einkaufspreis, welcher bei ca. 1 250 € (ohne Sensoren) liegt und es somit verständlich macht, dass ein Großteil der Schulen diese finanziellen  Mittel nicht aufbringen kann.

12. Dezember 2017 | Veröffentlicht von Laura-Jane Habermann
Veröffentlicht unter Lehrmittelhersteller

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