Material

Kurzanleitung

Wichtige Sicherheitsanweisungen

Umfang

Sollten Sie ein Streubrett-Set ausgeliehen haben, sollten folgende Teile enthalten sein:

Inbetriebnahme

Beginnen Sie zunächst mit der Inbetriebnahme des Servers, welcher das WLAN bereitstellt. Bitte achten Sie darauf, zunächst das Mikro-USB-Kabel an den Raspberry Pi anzuschließen und erst dann den Stromstecker einzustecken und nicht umgekehrt. Dies gilt im übrigen auch für alle anderen Raspberry Pi’s. Stellen Sie nun das Streubrett oder die Streubretter auf einen ebenen Untergrund. Verbinden Sie einen Raspberry Pi mit einem 8-pol. DIN-Kabel mit dem Streubrett. Sollten Sie mehrere Streubretter ausgeliehen und damit auch gleich viele Streubretter erhalten haben, spielt es keine Rolle, welcher Raspberry Pi mit welchem Streubrett verbunden wird. Der Einfachheit halber empfiehlt es sich aber, die gleiche Nummerierung für Streubrett und Raspberry Pi zu verwenden. Anschließend kann der Raspberry Pi mit dem Netzteil an eine Stromversorgung angeschlossen werden. Anschließend können externe Geräte, zB. Laptops oder Tablets, mit dem WLAN des Servers verbunden werden. Der Raspberry Pi stellt hierfür ein WLAN mit dem Namen (SSID) “streubretter” bereit. Verbinden Sie ihr Endgerät nun mit dem bereitgestellten WLAN, ein Passwort ist hierfür nicht notwendig. Wurde eine Verbindung erfolgreich hergestellt, können Sie in die Adresszeile ihres Browsers streubretter.lan eingeben. Beachten Sie, dass der Raspberry Pi lediglich ein lokales Netzwerk zur Verfügung stellt und daher kein Zugang zum Internet möglich ist.

Problembehandlung

Es kann keine Verbindung zu einem Raspberry Pi hergestellt werden: Versuchen Sie einen Neustart des Raspberry Pi oder ein Neuladen der Seite. Löschen Sie auch einen eventuell vorhanden Cache indem Sie Strg+Umschalt+R drücken um die Seite neu zu laden (eventuell unterscheidet sich hier das Vorgehen je nach Browser).

Es kann keine Verbindung zu dem WLAN streubretter hergestellt werden: Überprüfen Sie ihr Passwort auf eventuelle Tippfehler. Sollte das Problem weiterhin bestehen starten Sie den Server neu. Sollte das Problem dadurch nicht behoben werden, wenden Sie sich an ihren Kontakt zur JGU.

Das Equipment wurde entsprechend der Anleitung aufgebaut und es konnte eine Verbindung zu einem Raspberry Pi hergestellt werden. Jedoch verändert sich das Balkendiagramm nicht: Drücken Sie in diesem Fall die Taste F12 oder suchen Sie in ihren Browser nach den Web Developer Tools. In dem Tab ‘Console’ oder ‘Konsole’ sollten weitere Informationen stehen, wie dieser Fehler behoben werden kann.

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Streubretter im Einsatz. Die Steuerung über das Web-Interface sollte mit jedem Endgerät - Laptop, Tablet oder Handy - funktionieren. Mehrere Streukörper, darunter auch ein 1/r-Potential können eingesetzt werden. Ein Raspberry Pi übernimmt die Datenaufnahme.

Hinweise für Moderatoren

Für den Server steht ein WLAN-Adapter bereit, so dass nicht nur das überfüllte 2.4 GHz WLAN-Netz sondern auch das 5 GHz Netz verwendet werden kann. Außerdem kann es sinnvoll sein über das Moderatorportal den WLAN-Kanal zu ändern. Moderatoren können sich hierfür unter streupy.local in die Administratorenansicht für den Server einwählen. Den Nutzername und das Passwort sollte Ihnen hierfür bekannt sein.

Material für Lehrkräfte

Kurzbeschreibung

Die Streubretter wurden speziell für Masterclasses entwickelt, können aber auch im Unterricht als Einstieg in die Themen Streuung und Streuexperimente dienen. Weiter unten sind für den Einsatz der Streubretter auch didaktische und methodische Hinweise zur Verwendung der Streubretter gegeben. Bis zu zwölf Streubretter werden von der JGU für den Einsatz in der Schule verliehen. Hierzu kann die Lehrkraft jederzeit über unser Online-Formular die Ausleihe beantragen, siehe dazu www.schule.physik.uni-mainz.de/ausleihe. Für die Inbetriebnahme ist eine Bedienungsanleitung beigefügt. Das Equipment sollte vor jedem Einsatz auf Funktionsfähigkeit geprüft werden.

Einordnung im Unterricht

Die Streubretter lassen sich auf vielfältige Weise in den Physikunterricht integrieren. Durch Simulationen lässt sich ein \(1/\sin^4(\theta/2)\) - Zusammenhang für das Rutherfordexperiment rekonstruieren oder das Zusammenwirken von Experiment und Simulation kann thematisiert werden. Um die verschiedenen Herangehensweisen in unterschiedlichen Klassenstufen zu thematisieren, wird beispielhaft der Lehrplan für das Fach Physik an rheinland-pfälzischen Gymnasien zur Illustration herangezogen. Besonders enge Anknüpfungspunkte bieten sich hier an die Themenfelder (TF) 5, 7, 12 und Themen aus der Sekundarstufe 2.

Themenfeld 5 befasst sich mit dem Aufbau von Atomen und Atomkernen und führt unter anderem die Begriffe Atomkern und Atomhülle, sowie Proton, Neutron und Elektron ein. Außerdem wird hier erstmalig der Begriff des Feldes, stellvertrendend für die berührungslose Wechselwirkung von Teilchen, eingeführt. Hier kann man die SuS spielerisch mit dem Konzept der Streuung vertraut machen und das Rutherford-Experiment diskutieren.

Streubretter können ebenso als Einstieg in das Themenfeld 7 - Kosmos und Forschung gewählt werden, um den SuS einen tieferen Einblick in die Atom- und Kernphysik oder Teilchenphysik zu geben. Über Streubretter kann ein Bezug zu fixed-target Streuexperimenten hergestellt werden. Die Experimente der A1 Kollaboration in Mainz, insbesondere neue Präzisionsmessungen zum Protonradius, sind hervorragende Beispiel von besonders aktueller Relevanz und mit einer Verknüpfung an die Wissenschaftsregion Mainz. Für Rechercheauträge eignen sich daher auch Besichtigungen am Mainzer Mikrotron (MaMi) der JGU Mainz, oder der Besuch von Teilchenphysik Masterclasses.

Im Themenfeld 12 steht vor allem die Fähigkeit im Vordergrund selbstständig aus Fragestellungen Hypothesen zu entwickeln, Experimente zu planen und physikalische Kenntnisse zur Lösung der Fragestellung nutzen. Mit Streubrettern hat man die Möglichkeit, Experimente und Simulationen durchzuführen und zu vergleichen. Gleichzeitig kann man mit Streubrettern besonders gut fragengeleitet arbeiten. Wann habe ich lange genug gemessen? Warum muss ich mein Experiment auch simulieren? Welche Aspekte der Simulation passen eventuell nicht zur reellen Situation? Kann ich theoretische Vorhersagen für das Experiment treffen? Welche Aspekte des Experiments sollte man in Zukunft verbessen? Wie funktioniert eine Messung in einem realen fixed-target Experiment? Hier gibt es sicherlich noch zahlreiche Fragen zu diskutieren.

In der Sekundarstufe II ist die Elementarteilchenphysik, aufbauend auf den Pflichtthemen Atomphysik I und Kernphysik I, Wahlpflichtthema. Da es hier durchaus wichtig ist offene Fragen der Teilchenphysik zu besprechen oder experimentelle Funde zu diskutieren, könnten Streubretter hier als Einstieg in die Atom- und Kernphysik und die Funktionsweise von Streuexperimenten dienen. Auch fortgeschrittene Themen der theoretischen Physik wie zum Beispiel Feynmandiagramme könnten in einer solchen Einheit besprochen werden.