Bewegungsaufnahme mit GPS -
Hausarbeit von Patrick Zeder

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   Inhalt und Relevanz der Arbeit

GPS wird heute im Alltag vieler Menschen genutzt; man denke nur an Navigationsgeräte in vielen Autos, Google Maps auf dem Smartphone und Sporttracker-Apps. Dies spricht dafür, diese Technik, von der jeder bereits gehört hat, auch im Physikunterricht einzusetzen, um die Kluft zwischen Realität und Unterricht zu verringern. Verschiedene Studien haben zudem gezeigt, dass eine Einführung in die Mechanik sinnvollerweise anhand zweidimensionaler Bewegungen erfolgen sollte, um Misskonzepte zu vermeiden, die durch eine Einführung über eindimensionale Bewegungen entstehen. Gerade größere zweidimensionale Alltagsbewegungen lassen sich sehr gut mit GPS mit dem Smartphone erfassen.

Herr Zeder hat in seiner wissenschaftlichen Hausarbeit „Bewegungsaufnahmen mit GPS im Physikunterricht“ Möglichkeiten aufgezeigt, wie das Smartphone als GPS-Empfänger im Mechanikunterricht als Messgerät für Bewegungen eingesetzt werden kann.

Nach der Einleitung wird im 2. Kapitel der fachliche Hintergrund von GPS erläutert, wie die Positionsbestimmung und Navigation vor GPS, die Grundlagen der Koordinatensysteme, das Prinzip der Positionsbestimmung, die Zeitbestimmung, das Signal, der Aufbau der Satellitensysteme und mögliche Fehlerquellen. Im 3. Kapitel werden Gründe für den Einsatz von GPS im Physikunterricht dargelegt und sechs verschiedene Apps zur Aufnahme von GPS-Daten verglichen: phyphox, Komoot, Geo-Tracker, GPX-Tracker, GPS-Tracker, GPS-Tracks. Dann wird gezeigt, wie man die aufgenommenen Daten in Google Earth, einer speziellen Webseite und in extra erzeugten Excel-Vorlagen anzeigen lassen kann. Schließlich werden durchgeführte Experimente vorgestellt und ausgewertet, wobei in der Regel die App Geo-Tracker verwendet wird. Dazu gibt es Vorschläge zur Aufnahme von zweidimensionalen Bahnkurven, Experimente zur gleichförmigen Bewegung und zur beschleunigten Bewegung, z.B. das Losrollen eines Fahrrades am Hang oder das Anfahren und Abbremsen eines Zuges. Schließlich gibt es noch eine Messung einer Kreisbewegung.

   Download als pdf
Die vollständige wissenschaftliche Hausarbeit [Download als pdf, 6,4 MB]
Auswertevorlage blanko für 4 Messreihen
Auswertevorlage blanko für 4 Messreihen aus phyphox
Auswertevorlage für Kreisbewegung mit Beispielwerten
[Excel-Datei, 252 kB]
[Excel-Datei, 172 kB]
[Excel-Datei, 100 kB]
   Ausgewählte Bilder der Arbeit
 

Bahnkurve einer Wanderung in Google Earth
Gelaufene Bahnkurve in Motivform in Google Earth


t-s-Diagramm bei Sprint, Joggen und Gehen in Excel (aufgenommen mit GPS-Tracker) Berabrollendes Fahrrad: Bahnkurve in Google Earth
und t-v-Diagramm in Excel (Daten von GPS-Tracker)
t-v-Diagramm des Anfahrens (orange) und Abbremsen (blau) eines Zuges in Excel Bahnkurve einer gelaufenen Kreisbwegung mit Geschwindigkeits- und Beschleunigungspfeilen
  

| Prof. Dr. Thomas Wilhelm, Institut für Didaktik der Physik, Universität Frankfurt, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt am Main |/SPAN>