ICT voor bèta-onderwijs

Presentatie over: "ICT voor bèta-onderwijs"— Transcript van de presentatie:

1 ICT voor bèta-onderwijs
Module I, Niveau I Introductie computermeten CMA - Amsterdam

2 Definitie van Computermeten
De term ‘Computermeten’ wordt gebruikt om het proces van verzamelen en vastleggen van meetgegevens van sensoren. Tot het computermeetproces behoort ook hardware: sensoren en interface. De sensor wordt aangesloten op een interface of datalogger. Deze zet het spanningsignaal van de sensor om naar digitale code, die ofwel direct naar de computer wordt verzonden (gewoonlijk via een USB-poort), of in de datalogger wordt opgeslagen om later naar de computer overgezet te worden. Sensoren nemen de plaats in van conventionele meetinstrumenten zoals thermometers, voltmeters, pH-meters. CMA - Amsterdam

3 Schematische weergave
Sensor Interface PC Sensor zet een grootheid om in een spanning (digitale sensoren zetten de spanning zelf om in digitale waarden). Interface voorziet de sensor van voeding, zorgt vaak voor de omzetting van de analoge ingangssignalen in digitale waarden, en geeft deze informatie door aan de PC. PC rekent spanning terug naar waarde van de grootheid (op basis van ijktabel) en slaat meetresultaten op. Gegevens worden weergegeven en is naar keuze bewerking en analyse mogelijk. CMA - Amsterdam

4 Voorbeelden van Computermetingen
CMA - Amsterdam

5 Biologie: Een ECG opnemen
De ECG sensor wordt gebruikt om een ECG op te nemen om de elektrische activiteit van het hart te bestuderen. De spiervezels van het hart produceren kleine elektrische spanningen die kunnen worden gemeten via elektrodes op de huid van de polsen. CMA - Amsterdam

6 Biologie: De hartslag meten
De hartslagsensor wordt gebruikt om de hartslag te meten en in een grafiek te tonen. Met de hartslagsensor kan de bloedtoevoer in een oorlel (of pink) worden gevolgd. Elke keer dat de hartspier zich samentrekt wordt er bloed in de aderen gepompt. Hierdoor stijgt de bloeddruk en neemt de bloedtoevoer in het oor (pink) toe. De sensor schijnt licht op de oorlel en meet hoeveel licht wordt doorgelaten. CMA - Amsterdam

7 Biologie: Fotosynthese
Het proces van fotosynthese onderzoeken. De CO2-sensor wordt gebruikt om de productie van CO2 gas door groene spinaziebladeren te volgen, in het donker en in verschillende verlichtingsom- standigheden. CMA - Amsterdam

8 Biologie: Fotosynthese
Het volgen van de fotosynthese over een langere tijdsperiode (72 uur) Bij dit experiment kunnen veel verschillende sensoren zoals voor O2 (gas), CO2 (gas), licht, temperatuur en vocht worden gebruikt. CMA - Amsterdam

9 Biologie: Ademhaling bij meelwormen
Het proces van ademhaling bij meelwormen volgen De CO2-sensor wordt gebruikt om de veranderende CO2-niveaus in een gesloten reactievat met levende meelwormen te meten. CMA - Amsterdam

10 Sensoren voor Biologie
Voorbeelden van sensoren voor biologie: CO2 sensor Geleidbaarheidsensor Zuurstofsensor (vloeistof) ECG-sensor Hartslagsensor Lichtsensor Zuurstofsensor (gas) pH-sensor Vochtsensor Spirometer Bloeddruksensor Temperatuursensor Draaihoeksensor (voor volumes) CMA - Amsterdam

11 Scheikunde: Endothermische reacties
Meten en tonen van de temperatuur tijdens endotherme en exotherme reacties Tijdens de spontane reactie tussen kristalsoda (Na2CO3.10 H2O) en citroenzuur (C6H8O7.H2O) vindt een flinke temperatuurdaling plaats. CMA - Amsterdam

12 Scheikunde: Vlamtemperaturen
Een thermokoppel is een eenvoudige temperatuursensor voor het meten van temperaturen in een groot bereik (van -200C tot 1400C) die kan worden gebruikt voor het bestuderen van de temperatuur in vlammen. Op deze manier kunnen temperatuurverschillen tussen verschillende plaatsen van de vlam gemakkelijk gedemonstreerd worden. CMA - Amsterdam

13 Scheikunde: Zuur-basetitraties
De pH-sensor kan worden gebruikt om de pH-waarde tijdens zuur- basetitraties te meten. Als zuur wordt toegevoegd aan de base, verandert de pH geleidelijk, totdat de oplossing dicht bij het equivalen- tiepunt komt. Bij dit punt treedt een snelle verandering van pH op. Het toevoegen van de titrant kan automatisch worden gedaan via de stappenmotorburet die wordt aangestuurd door een programmaatje. Zo kan de hoeveelheid toegevoegde titrant worden gemeten. CMA - Amsterdam

14 Scheikunde: Reactiesnelheid
Waarnemen van de reactiesnelheid door de verandering van concentratie te meten met een colorimeter. CMA - Amsterdam

15 Scheikunde: Energie van voedsel
Bepalen van de hoeveelheid energie van één aardappelchip door meten van de warmte die vrijkomt tijdens de verbranding ervan. De meting gebeurt met een temperatuursensor die in goed thermisch contact geplaatst is met een calorimeter. De hoeveelheid warmte kan worden berekend via vergelijking met een ijkmeting die gedaan is met een standaard elektrische lamp in plaats van de brandende chip.. CMA - Amsterdam

16 Sensoren voor Scheikunde
Voorbeelden van sensoren voor Scheikunde: Colorimeter Geleidbaarheidsensor pH-sensor Druksensor (voor gasdruk) Temperatuursensoren Troebelheidsensor Spanningsensor Ion-selectieve sensoren ORP-sensor (oxidatie-reductiepotentiaal) Draaihoeksensor (voor meten van gasvolume) CMA - Amsterdam

17 Natuurkunde: Faseveranderingen
Waarnemen van het proces van faseverandering (van vloeistof naar vaste stof) bij de afkoeling van stearinezuur Meten met de temperatuursensor CMA - Amsterdam

18 Natuurkunde: Elektromagnetische inductie
Meten van de geïnduceerde spanning door een vallende magneet door een spoel over de uiteinden ervan Onderzoeken hoe de geïnduceerde spanning wordt beïnvloed door het omdraaien van de magneet of door magneten van verschillende sterkte. Alhoewel de proef binnen een halve seconde voorbij is, kan de geïnduceerde spanning worden gemeten via triggering. CMA - Amsterdam

19 Natuurkunde: Verdamping van vloeistoffen
Waarnemen van het proces van afkoelen door verdamping van verschillende vloeistoffen (water, alcohol, ether) Meten gebeurt met een temperatuursensor CMA - Amsterdam

20 Natuurkunde: Aanzetten van een lampje
Stroomsensor, spanningssensor, lichtsensor (triggering, zelf grafieken maken, nieuwe grootheid berekenen) CMA - Amsterdam

21 Natuurkunde: Zwevingen bij geluid
Onderzoeken van de vorm van geluidsgolven en van zwevingen. Zeer korte (tussen 50 en 500 ms) en zeer snelle ( Hz) metingen met de geluidsensor. CMA - Amsterdam

22 Natuurkunde: Meten van de geluidsnelheid
De geluidsnelheid bepalen met gebruik van de echomethode. De geluidsensor detecteert het begingeluid en de echo die gereflecteerd wordt van het andere uiteinde. De reistijd van de heen-en-weergaande golf kan worden afgelezen uit de grafiek. Uit de bekende afstand en de reistijd wordt de geluidsnelheid berekend. CMA - Amsterdam

23 Natuurkunde: Wet van Boyle
Onderzoeken van de relatie tussen volume en luchtdruk in de spuit (wet van Boyle). De luchtdruk wordt gemeten met de druksensor en de bijbehorende waarde van het luchtvolume wordt afgelezen van de spuit en ingetypt via het toetsenbord. CMA - Amsterdam

24 Natuurkunde: Toestel van Atwood
Bepalen van g door gebruik van het gatenwiel als een toestel van Atwood. Twee massa’s worden opgehangen over de katrol aan een draad. De spaken van het wiel blokkeren de lichtsensor, die pulsen genereren als het wiel draait. De pulsen worden geteld en geijkt in een afstand in meters. Er wordt gebruikgemaakt van pulsgestuurde meting: bij iedere puls op de telleringang door de lichtsluis wordt een meting gedaan. CMA - Amsterdam

25 Sensoren voor Natuurkunde
Voorbeelden van sensoren voor Natuurkunde: Versnellingsensor Draaihoeksensor Ladingsensor Stroomsensoren Krachtsensor Lichtsensor Magnetisch-veldsensor Bewegingsdetector Lichtsluis met gatenwiel Druksensoren Stralingsensor Geluidsensor Temperatuursensor Spanningsensor CMA - Amsterdam

26 Meerwaarde van computermeten
Om de meerwaarde van computermeten te kunnen inzien is het belangrijk om verschillende unieke kenmerken ervan te herkennen die niet beschikbaar zijn bij conventionele meetmethoden. CMA - Amsterdam

27 Deze kenmerken bieden mogelijkheden tot om het leerproces van leerlingen te verbeteren, wanneer de docent zich hiervan bewust is en de leeractiviteit zodanig toepast of ontwerpt dat deze mogelijkheden optimaal benut worden.   CMA - Amsterdam

28 Computermeten: Unieke kenmerken
De computer wordt een meetinstrument De computer, voorzien van een interface en een groot scala aan sensoren wordt een universeel meetinstrument dat voor een veelheid aan verschillende experimenten kan worden gebruikt. Al deze ‘instrumenten’ gebruiken dezelfde software-omgeving. Dit maakt het voor gebruikers eenvoudiger computermeten op een veelheid van gebieden toe te passen. CMA - Amsterdam

29 Computermeten: Unieke kenmerken
Het meetproces verloopt automatisch (Jonge) leerlingen met weinig meetvaardigheden kunnen ook al met meten bezig zijn; Het spaart tijd die kan worden besteed aan het doen van waarnemingen aan het verschijnsel en aandacht te geven aan de grafiek Er kunnen veel meer meetgegevens verzameld worden dan handmatig mogelijk is. CMA - Amsterdam

30 Computermeten: Unieke kenmerken
‘Overal’ meten en langdurig meten met een datalogger kunnen gegevens worden verzameld en opgeslagen, onafhankelijk van de computer Dit maakt meting mogelijk in een groot aantal omgevingen, ook buitenshuis. En het maakt langdurig verzamelen van gegevens mogelijk, langer dan de normale tijdsduur van lessen in de school. Via videometen zelfs op de maan! CMA - Amsterdam

31 Computermeten: Unieke kenmerken
De tijdschalen waarop gemeten kan worden De snelheid waarmee gegevens gemeten worden (meetfrequentie) is in te stellen op tijdschalen (heel snel en kortdurend, of traag en langdurig) die niet mogelijk zijn voor handmatig verzamelen van gegevens. Het verzamelen van gegevens met heel snelle of heel langzame bemonstering maakt het mogelijk te meten in nieuwe contexten. Dit verbreedt en verdiept de wijze waarop leerlingen verschijnselen kunnen onderzoeken. CMA - Amsterdam

32 Computermeten: Unieke kenmerken
‘Real-time’ rapporteren – gegevens worden gepresenteerd tijdens het meetproces Dit maakt verzamelen van meetgegevens een interactief proces waarbij rechtstreekse waarnemingen van het verschijnsel ogenblikkelijk kunnen worden vergeleken met de grafiek. Met de juiste vragen bevordert dit het nadenken over het verschijnsel en stimuleert dit leerlingen om nieuwe dingen te onderzoeken. CMA - Amsterdam

33 Computermeten: Unieke kenmerken
Grote meetnauwkeurigheid en nauwgezette wijze van vastleggen Deze is superieur aan handmatige methodes. Ook is het gemakkelijk om veel punten te meten. CMA - Amsterdam

34 Computermeten: Unieke kenmerken
Geen afleesfouten Dit leidt tot informatie van een betere kwaliteit die de helderheid van de relaties tussen variabelen kan verbeteren. CMA - Amsterdam

35 Koppeling met eigen ervaringen
Formuleer voor jezelf welke aspecten van computermeten voor jou (in jouw lessen, voor je eigen leerproces) de meerwaarde ervan bepalen. In hoeverre maak je al gebruik van deze kennis in je lessen? CMA - Amsterdam