Ist die Luft zu schlecht zum Lernen? Nichtdispersive IR-CO2-Gassensoren im Physikunterricht

Abstract

Mit dem Einsatz von Sensoren im Physikunterricht können Lernende Erfahrungen mit physikalischen Gesetzmäßigkeiten und Prinzipien in konkreten Anwendungen sammeln. Grundsätzlich können den Sensoren dabei zwei Funktionen zukommen. Erstens, können sie als Messgerät eingesetzt werden. In dieser Funktion ermöglichen sie auch das Einbringen von authentischen Problemstel­lungen und Modellierungs­aufgaben in den Unter­richt. Zweitens, können sie der Lerngegen­stand im Unterricht sein. Im Vordergrund stehen dann der Aufbau und das Funktionsprinzip des Sensors.

Der Fokus dieses Beitrags ist auf den Einsatz von NDIR-CO₂-Gassensoren (NDIR = Nichtdispersive Infrarotsensoren) im Physikunterricht der Sekundarstufe I gerichtet. Dazu wird ein kontextorientiertes Unterrichtskonzept vorgestellt, das beide Funktionen berücksichtigt. Dem Unterrichtskon­zept liegen Aspekte des situierten Lernens, vor allem des anchored instruction Ansatzes, und des Lernens mit Texten und Bildern zu Grunde.

Als Messgerät wird der Sensor zum Thema „Luftqualität von Innenräumen“ eingesetzt. In dieser Funktion verhilft er zur Entwicklung eines Modells, das den Anstieg der CO₂-Konzentration in einer Schulstunde vorhersagt. Außerdem werden einige weitere Einsatzmöglichkeiten des Sensors als Messgerät in anderen Kontexten vorgestellt und auf entsprechende Literatur verwiesen.

Der Einsatz des Sensors als Lerngegenstand schließt sowohl Betrachtungen zu den wesentlichen Bau­teilen des Sensors, wie beispielsweise IR-Detektoren als auch die Erarbeitung des Funktionsprin­zips ein. Dabei kann auf grundlegende physikalische Sachverhalte eingegangen werden (angefangen von elektromagnetischen Spektren bis hin zum Lambert-Beerschen Gesetz).