Dank spezieller Apps ist es heutzutage möglich, Smartphones und Tablet-PCs als Strahlendetektoren zu benutzen, wobei die integrierten Kamerasensoren als Halbleiterdetektoren umfunktioniert werden. Als Medien des Alltags stellen solche Geräte für Schülerinnen und Schüler Experimentiermaterialien mit potenziell hoher Authentizität dar. Diese Arbeit befasst sich deshalb nach aktuellem Kenntnisstand als erste ihrer Art weltweit schwerpunktmäßig mit der Konzeption von Versuchen zum Themenbereich Radioaktivität im Physikunterricht und Untersuchungen zur diesbezüglichen Praktikabilität von Smartphones und Tablet-PCs. Dabei ist mit Praktikabilität die Fähigkeit dieser Geräte gemeint, Experimente sowohl durchführen als auch dabei realistische und auswertbare Ergebnisse liefern zu können.
Es soll damit ein konzeptioneller Grundstein für empirische Untersuchungen zur Lern- und Motivationswirksamkeit der genannten Medien gelegt werden. Die Geräte sollen einerseits mithilfe der App RadioactivityCounter betrieben werden, welche die Benutzung der integrierten Kamerasensoren als Halbleiterdetektoren ermöglicht. Andererseits soll alternativ dazu ein externer Halbleitersensor, der Pocket Geiger, eingesetzt werden, welcher an solche Mobilgeräte angeschlossen und mithilfe der gleichnamigen App betrieben werden kann. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei also auf Experimenten, die zur Untersuchung bestimmter Größen und Gesetzmäßigkeiten im Themenfeld Radioaktivität eingesetzt werden können. Die Praktikabilität für den Einsatz bei solchen Experimenten im Physikunterricht soll anhand der Ergebnisqualität und des Vergleichs der Resultate mit denen von konventionellen Strahlendetektoren für eine kleine Anzahl ausgewählter mobiler Endgeräte eingeschätzt werden. Die Versuchsanordnungen der dabei entwickelten Experimente sind jeweils aus Komponenten konstruiert, welche normalerweise in jeder Physiksammlung zu finden sind.
Die zur Einbettung in den Unterricht nötigen methodischen und fachdidaktischen Überlegungen sowie die Untersuchung möglicher positiver Effekte beim Einsatz der Geräte als Experimentiermittel würden jedoch den Umfang dieser Arbeit übersteigen und sollen hier deshalb nicht thematisiert werden. Vielmehr soll mit den hier vorgestellten Ergebnissen Stoff für ggf. weitere Untersuchungen geliefert werden, welche auf der Praktikabilität der Geräte und der grundlegenden Durchführbarkeit der vorgestellten Experimente aufbauen können.
Inhaltsverzeichnis
- Inhaltsverzeichnis
- Ehrenwörtliche Erklärung
- Danksagung
- Einleitung
- Fachdidaktischer Rahmen
- Fachwissenschaftliche Grundlagen
- Radioaktive Umwandlung
- a-Zerfall
- ß-Umwandlung
- y-Übergang
- Zerfalls- und Abstandsgesetz
- Wechselwirkung in Materie
- y-Strahlung
- ß-Strahlung
- Nachweisprinzipien
- Gaszählrohre
- Halbleiterdetektoren
- Kamerasensoren
- Statistische Grundlagen
- Totzeit
- Totzeitmodelle
- Methoden zur Totzeitbestimmung
- Radioaktive Umwandlung
- Messinstrumente und Applikationen
- RadioactivityCounter auf dem Samsung Galaxy Tab 2 7.0 und dem Samsung Galaxy S 111
- Bedienelemente der Applikation
- Anleitung zur Durchführung eines Messvorganges
- RadioactivityCounter auf dem iPod Touch 4G
- Bedienelemente der Applikation
- Anleitung zur Durchführung eines Messvorganges
- Pocket Geiger pro unter Apple iOS
- Hardware und Applikation
- Anleitung zur Durchführung eines Messvorganges
- Sensor-CASSY mit Zubehör
- Gamma-Scout
- Leybold-Heraeus Halbleiterdetektor mit Zubehör
- Berthold LB 123
- Kriterien zur Beurteilung und Auswahl mobiler Endgeräte als Strahlendetektoren in der Unterrichtspraxis
- RadioactivityCounter auf dem Samsung Galaxy Tab 2 7.0 und dem Samsung Galaxy S 111
- Untersuchung der Rahmenbedingungen
- Untersuchung der Sensitivitäten
- Verwendete Präparate
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fazit und Fehlerbetrachtung
- Kalibrierung der Applikationen
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fazit und Fehlerbetrachtung
- Totzeitbestimmung
- Zwei-Quellen-Methode
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Methode der zerfallenden Quelle
- Fazit und Fehlerbetrachtung
- Zwei-Quellen-Methode
- Untersuchung der Sensitivitäten
- Untersuchungen zur Praktikabilität im Physikunterricht
- Dosisleistungsmessungen
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fehlerdiskussion
- Fazit und Tipps
- Das Abstandsgesetz
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung für ß-Strahlung
- Auswertung für y-Strahlung
- Auswertung für Uhr mit radioaktivem Ziffemblatt
- Fehlerdiskussion
- Fazit und Tipps
- Das Schwächungs- bzw. Absorptionsgesetz
- Schwächung von y-Strahlung
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fazit und Fehlerbetrachtung
- Absorption von ß-Strahlung
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fehlerdiskussion
- Fazit und Tipps
- Schwächung von y-Strahlung
- Ablenkung von ß-Strahlen
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fehlerdiskussion
- Fazit und Tipps
- Das Zerfallsgesetz
- Schüttelpräparat
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Elutions-lsotopengenerator
- Versuchsaufbau und -durchführung
- Auswertung
- Fehlerdiskussion
- Fazit und Tipps
- Schüttelpräparat
- Zusammenfassung und Ausblick
- Literatur- und Quellenverzeichnis
- Anhang
- Tabellarische Auflistung der Messwerte
- Sensitivitätsvergleich und Dosisleistungsmessungen
- Gerätekalibrierung
- Totzeitbestimmung
- Abstandsgesetz
- Schwächungs- und Absorptionsgesetz
- Ablenkung
- Zerfallsgesetz
- Datenträger
- Tabellarische Auflistung der Messwerte
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Masterarbeit befasst sich mit der Konzeption von Experimenten zum Themenbereich Radioaktivität im Physikunterricht und untersucht die Praktikabilität von Smartphones und Tablet-PCs als Strahlendetektoren. Dabei wird die Fähigkeit dieser Geräte bewertet, Experimente durchzuführen und realistische, auswertbare Ergebnisse zu liefern. Die Arbeit legt somit einen konzeptionellen Grundstein für empirische Untersuchungen zur Lern- und Motivationswirksamkeit der genannten Medien.
- Einsatz von Smartphones und Tablet-PCs als Strahlendetektoren im Physikunterricht
- Untersuchung der Praktikabilität der Geräte anhand von Experimenten zur Radioaktivität
- Vergleich der Ergebnisse mit konventionellen Strahlendetektoren
- Entwicklung von Versuchsanordnungen mit alltäglichen Komponenten
- Erarbeitung von Kriterien zur Beurteilung der Praktikabilität der Geräte
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 3 behandelt die fachwissenschaftlichen Grundlagen zur Entstehung und Untersuchung ionisierender Strahlung, einschließlich der wichtigsten Wechselwirkungsarten von ß- und y-Strahlung mit Materie. Kapitel 4 stellt die im Fokus der Arbeit stehenden Geräte und Apps vor, darunter RadioactivityCounter, Pocket Geiger pro und konventionelle Referenzgeräte wie Sensor-CASSY, Gamma-Scout und Berthold LB 123 UMO. Es werden außerdem Kriterien zur Beurteilung der Praktikabilität der mobilen Endgeräte für den Physikunterricht vorgestellt.
Kapitel 5 untersucht die Rahmenbedingungen der Geräte und Apps, darunter die Sensitivität der Geräte für verschiedene Strahlenpräparate, die Kalibrierung der Apps zur Dosisleistungsmessung und die gerätespezifischen Totzeiten. Kapitel 6 stellt Experimente mit speziell entwickelten Versuchsanordnungen vor, die mit konventionellen und den zu untersuchenden Geräten durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Experimente werden miteinander verglichen und die Praktikabilität der mobilen Endgeräte anhand der Kriterien eingeschätzt.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Radioaktivität, ionisierende Strahlung, Smartphones, Tablet-PCs, Strahlendetektoren, Physikunterricht, Praktikabilität, Dosisleistungsmessung, Abstandsgesetz, Schwächungsgesetz, Absorptionsgesetz, Ablenkung von ß-Strahlen, Zerfallsgesetz, Halbwertszeit, Sensitivität, Totzeit, Kalibrierung, und die verschiedenen Detektortypen wie Gaszählrohre und Halbleiterdetektoren.
- Dosisleistungsmessungen
- Arbeit zitieren
- Ma. Ed. Jan Frübis (Autor:in), 2013, iRadioactivity. Untersuchung ionisierender Strahlung mit Smartphone & Tablet-PC aus fachlicher und fachdidaktischer Sicht, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/267316
