Programmieren und Forschen mit Astro Pi: Datenerfassung mithilfe von Sense-HAT-Sensoren

  • Astronomie / Informatik / Physik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • variabel
  • Arbeitsblatt, Ablaufplan, Didaktik/Methodik
  • 2 Arbeitsmaterialien

In dieser Unterrichtseinheit zur Programmierung des Raspberry Pi lernen die Schülerinnen und Schüler, wie sie Daten mithilfe der Sense-HAT-Sensoren und einfacher Programmierbefehle erfassen, auswerten und anzeigen lassen. Sie programmieren den Astro Pi so, dass er die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung misst.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Ein AstroPi ist ein Mini-Computer, der mit der Unterstützung der UK Space Agency und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Es gibt zwei ganz besondere AstroPi-Computer: Sie heißen Ed und Izzy und wurden extra für einen Flug ins Weltall gebaut. Beide befinden sich nun auf der Internationalen Raumstation ISS und stehen Schülerinnen und Schülern zur Verfügung.

In der vorliegenden Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, den Astro Pi so zu programmieren, dass er mithilfe der Sense-HAT-Sensoren die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung erfasst, auswertet und anzeigt. Sie simulieren das Luftfeuchte-Regelungssystem auf der ISS und erfassen Daten aus ihrer eigenen Umgebung. Darüber hinaus messen sie Beschleunigungswerte, um sich anhand des Astro Pi räumlich zu orientieren und die Richtung der Gravitation zu erfassen.

Die Unterrichtsmaterialien sind Teil der Astro Pi Challenge. Durch den Wettbewerb haben Schülerinnen und Schüler die einmalige Chance, wissenschaftliche Untersuchungen im All durchzuführen, indem ihre selbstgeschriebenen Computerprogramme auf Astro Pis speziellem Raspberry Pi Computer auf der Internationalen Raumstation (ISS) ausgeführt werden.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Altersgruppe: 13 bis 16 Jahre

Schwierigkeitsgrad: mittel

Ort: drinnen (Klassenraum)

Erforderliche Materialien: Astro-Pi-Bausatz; Monitor; USB-Tastatur und USB-Maus

Der Lehrerleitfaden und die zugehörigen Aufgaben, bilden den dritten Teil einer Reihe von drei Lernhilfesets, die vom ESA Education Office, der Bildungsorganisation der ESA, für die erste "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden. Durch das Abarbeiten der Übungen dieser Lektion in der angegebenen Reihenfolge, erlernen die Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Programmierkenntnisse, die sie zur Datenerfassung mit den Sense-HAT-Sensoren benötigen. Es wird vorausgesetzt, dass die SuS die Grundlagen von Raspberry Pi und der Programmierung mit Python kennen.

Weitere Materialien vom ESA Education Office für die European Astro Pi Challenge sind:

Unterrichtsmaterial "Datenerfassung mit dem Astro Pi" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler

  • lernen, wie sie die Sense-HAT-Sensoren über die Python-Programmiersprache steuern können.
  • lernen, wie sie Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte mit den Sense-HAT-Sensoren erfassen können.
  • lernen, wie man Daten darstellt und analysiert.
  • lernen, wie man Daten auf der LED-Matrix anzeigen kann.
  • lernen, wie sie sich mithilfe des Sense-HAT-Beschleunigungssensors räumlich orientieren können.
  • lernen, wie sich mithilfe des Beschleunigungssensors die Richtung der Gravitation ermitteln lässt.
  • lernen, wie man wissenschaftliche Forschung mit Computertools betreiben kann.

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Frei nutzbares Material
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In Kooperation mit

ESERO Germany

Dieses Material wird angeboten von ESERO Germany, dem European Space Education Resource Office in Deutschland. ESERO ist ein gemeinsames Projekt der European Space Agency (ESA) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).