Die senseBox im MINT-Unterricht

Ein vielseitig anwendbares Toolkit verschiedener Messinstrumente

Die senseBox ist eine Messbox mit unterschiedlichen Sensoren, mit der auf unkomplizierte Weise Klimadaten erhoben werden können. Sie ist für den Einsatz an Schulen und anderen Bildungseinrichtungen sehr gut geeignet. Technisch gesehen handelt es sich um einen Microcontroller, also eine Art Mini-Computer, auf dem verschiedene Programme ausgeführt werden können. Die senseBox kann mittels ihrer Sensoren Daten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Beleuchtungsstärke, UV-Intensität und Feinstaub erfassen. Die Werte der Sensoren können ausgelesen, angezeigt, gespeichert und/oder online gestellt werden.

Bevor mit der senseBox gearbeitet werden kann, muss dieses Messwerkzeug selbst zusammengebaut werden. Je nach Art der Messungen, die man durchführen möchte, werden hierfür unterschiedliche Konfigurationen vorgenommen. Die im Folgenden dargestellten Bestandteile sind für eine wetterfeste, autarke und mobile Einsatzmöglichkeit der senseBox empfehlenswert.

Equipment

• 1x SenseBox:edu (https://sensebox.de/de/products-edu.html)
• 1x Gehäuse (externe Firma)
• 1x Strahlenschutz
• 1x Feinstaubset (PM10 & PM2.5)
• 1x CO₂ Sensor
• 1x Boden- &Temperatursensor (SMT50)
• 3x senseBox Kabel JST-JST 500mm
• 2x M20 Kabelverschraubung
• 1x Anker PowerCore Selekt 10000mAh (externe Firma)
• 1x großes, eingelassenes Holzbrett (17×12 cm) (z.B. aus dem Baumarkt)
• 1x kleines, eingelassenes Holzbrett (12×31 cm)
• Schrauben (4,0×16; 3,0×25; 2,5×13)
• Muttern (M3 + M4)
• Werkzeug (Säge, Akku-Bohrer etc.)

Sobald die Box nach eigenen Bedürfnissen zusammengebaut ist, können daran angepasste Sketche (Programme) auf Grundlage der frei zur Verfügung gestellten grafischen Programmieroberfläche, Blockly (https://blockly.sensebox.de/ardublockly/?board=sensebox-mcu), erstellt werden. Die Sketche unterscheiden sich beispielsweise dahingehend, welche Messwerte auf dem Display angezeigt oder in welcher Abfolge Daten gespeichert werden sollen.

Mithilfe von Blockly können Programmier-Neulinge per Drag&Drop einfach erste eigene Programme erstellen. Zudem sind weitere komplexe Projekte umsetzbar, indem Programme nach dem Baukastenprinzip durch die Programmierblöcke zusammengesetzt werden. Um sich ein Bild von der Software zu machen, empfiehlt sich ein Blick auf folgende Seite: https://sensebox.de/de/blockly.html

Ist diese Etappe geschafft, kann das Gerät nun in Einsatz genommen werden. Die Box kann je nach Forschungsinteresse an dem jeweils passenden Ort platziert werden. Ob im Haus, im eigenen Garten oder im Gelände, ist dabei egal. Die Box kann mit dem WIFI, einem LAN-Kabel oder einem externen Akku verbunden werden, um die Daten verschiedener Größen erheben zu können. Die gemessenen Daten können online auf opensensemap.org oder auf einer SD-Karte gespeichert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, sich die Daten auf dem Display der senseBox anzeigen zu lassen.

Bisherige Erfahrungen

Die senseBox kam bereits in zahlreichen Schulklassen in Kooperation mit dem Lehrestuhl für Didaktik der Geographie zum Einsatz. Sie bietet den Schüler*innen die Möglichkeit, Erfahrungen in der selbstständigen Erhebung und Auswertung von klimabezogenen Daten zu sammeln. Mit der senseBox können niedrigschwellig lokale Klimaparameter erhoben werden und beispielsweise mit längeren bereits vorhandenen Messdatensätzen korreliert werden. Durch die Vielzahl der Sensoren kann verschiedenen Forschungsfragen beispielsweise im Kontext des lokalen Klimawandels nachgegangen werden.

Schüler*innen können so als „Citizien-Scientist“ einen Beitrag zur Klimaforschung leisten. In der Universität wurde die senseBox bereits im Kontext von geographischen bzw. geographiedidaktischen Seminaren und Exkursionen verwendet. Darüber hinaus wurde sie bereits in Lehrerfortbildungen als schülerfreundliches Unterrichtsmedium vorgestellt.

Dem Einsatz der Box sind keinerlei Grenzen gesetzt. In der Fachdidaktik-Werkstatt des Geographiegebäudes der Universität Augsburg dient die senseBox beispielsweise aktuell zur Messung der CO₂-Konzentration, um die Luftqualität im Rahmen von COVID-19 überwachen zu können und gegebenenfalls die Lüftungsnotwendigkeit rasch zu erkennen.

Empfehlungen

Für weitere Informationen zur senseBox lohnt sich ein Blick auf die Webseite: https://sensebox.de/. Hier sind neben einer Vielzahl an Lehr- und Lernmaterialien unter anderem auch Produkte der senseBox-Familie sowie weiterführende Literatur aufzufinden. Das senseBox-Buch zum Bausatz stellt spannende Projekte rund um Themen wie beispielsweise „senseBox als Musikinstrument“, „IoT-Wetterstation und Alarmanlage“ vor und ist im Onlineshop auf der Webseite zu erwerben.

Fazit

Die senseBox zeichnet sich durch eine große Einsatzbreite aus. Sie eignet sich für verschiedene Fachbereiche. In der Schule kann die Box in den Fächern Geographie, Chemie, Biologie, Physik und Informatik als vielseitiges Unterrichtsmedium dienen, um beispielsweise Klimadaten zu erheben oder den Ablauf und die Verarbeitung von Messungen konkret erfahrbar zu machen. Darüber hinaus findet sie neben den Schulkontext auch im universitären und privaten Bereich Verwendungsmöglichkeiten. In ihren Anschaffungskosten verhältnismäßig günstig (Link zum senseBox-Shop: https://sensebox.kaufen/), stellt die senseBox ein vielseitiges Messgerät dar, das hinsichtlich seiner Anwendbarkeit leicht bedienbar ist.

Zum Abschluss ist nur noch eins zu sagen: Es ist empfehlenswert sich selbst mit der senseBox auseinanderzusetzen und erste Erfahrungen zu sammeln.

Von: Johannes Schulz und Elena Schapfl – Lehrstuhl für Didaktik der Geographie der Universität Augsburg