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Luftqualität messen und Photosynthese verstehen

Im naturwissenschaftlichen Unterricht spielt das Verständnis von Umweltfaktoren wie der CO2-Konzentration eine zentrale Rolle. Mit dem neuen Cobra SMARTsense Code von PHYWE lassen sich diese Messungen nicht nur präzise durchführen, sondern auch automatisieren. In diesem Artikel geht es um ein CO2-Ampel-Experiment, das den Schülerinnen und Schülern ein intuitives Verständnis für CO2 in der Luft vermittelt und gleichzeitig die Grundlagen der Photosynthese beleuchtet. Darüber hinaus können die Schülerinnen und Schüler noch ein Gewächshaus aufbauen und die wichtigsten Wachstumsparameter von Pflanzen in einem Gewächshaus optimieren.

1. Einleitung: Die CO2-Ampel

Die CO2-Ampel ist eine einfache und anschauliche Anwendung des SMARTsense Code. Sie misst den CO2-Gehalt in der Luft und zeigt die Werte visuell an. Ist der CO2-Wert in einem normalen Bereich, erscheint ein Smiley. Bei erhöhten Werten wird ein trauriger Frownie angezeigt. Diese Rückmeldung ist besonders nützlich, um Schülerinnen und Schülern die Bedeutung der Luftqualität näherzubringen.

Die Messwerte werden über Bluetooth an ein mobiles Endgerät gesendet, wo sie in der measureAPP angezeigt und ausgewertet werden. Mithilfe der visuellen Programmiersprache Blockly können einfache Befehle erstellt werden, die das Verhalten der CO2-Ampel steuern.

2. Aufbau des Experiments

Für das CO2-Ampel-Experiment wird der SMARTsense CO2-Sensor in unserem kleinen Gewächshaus mit Basilikum Pflanze platziert, um die CO2-Konzentration zu messen. Diese Daten werden über Bluetooth an die measureAPP gesendet.

Material:

  • SMARTsense CO2-Sensor
  • SMARTsense Code
  • Mobile Endgerät mit measureAPP
  • Display (integriert im SMARTsense Code)

Durchführung:

  1. Schließen Sie den CO2-Sensor an das SMARTsense-System an und verbinden Sie ihn per Bluetooth mit der measureAPP.
  2. In der Blockly-Umgebung der measureAPP können einfache Bedingungen definiert werden: Bei CO2-Werten unter 800 ppm wird ein Smiley angezeigt, bei höheren Werten ein Frownie.
  3. Mit diesen Visualisierungen können Schülerinnen und Schüler die Luftqualität in Echtzeit beobachten und die Auswirkungen von Faktoren wie Atmung oder Luftzirkulation auf die CO2-Konzentration besser verstehen.

3. CO2 und Photosynthese

Um das CO2-Ampel-Experiment vollständig zu begreifen, ist es wichtig, die Rolle von CO2 in der Natur zu verstehen, insbesondere im Prozess der Photosynthese.

Photosynthese: Ein Lebensprozess

Die Photosynthese ist der Prozess, durch den Pflanzen Sonnenlicht nutzen, um Kohlendioxid (CO₂) und Wasser in Zucker und Sauerstoff umzuwandeln.

Dieser Prozess ist entscheidend für das Pflanzenwachstum und den Sauerstoffkreislauf. Pflanzen entziehen der Atmosphäre CO2 und geben Sauerstoff ab, der von Tieren und Menschen eingeatmet wird.

4. Wichtige Prozesse in einem Gewächshaus

In einem Gewächshaus spielen noch andere Faktoren eine Rolle: ohne Wasser können der Pflanze keine Nährstoffe über die Wurzel zugeführt werden, denn ein wichtiger Treiber des Pflanzenwachstums ist die Transpiration über die Blätter, womit Nährstoffe aus dem Boden in die Pflanze geleitet werden. Ist aber die Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus zu hoch, findet keine Transpiration mehr statt und damit kein Pflanzenwachstum. Der Status der beiden für ein Gewächshaus typischen Pflanzenwachstumsfaktoren Luft- und Bodenfeuchtigkeit können mit den beiden SMARTsense-Sensoren Humidity bzw. Soil Moisture gemessen und mit dem SMARTsense Code kontrolliert werden. Mit der Schalterfunktion des SMARTsense Code werden nämlich bei zu hoher Luftfeuchtigkeit ein Lüfter zugeschaltet, der die überschüssige Luftfeuchtigkeit aus dem Gewächshaus bläst. Und bei zu trockenem Boden wird mit einer Wasserpumpe der Boden, in der die Pflanze wächst, bewässert.

5. Fazit: Lernen durch Praxis

Das CO2-Ampel-Experiment mit dem Cobra SMARTsense Code ist eine einfache Möglichkeit, den naturwissenschaftlichen Unterricht zu bereichern. Durch das Messen und Visualisieren der CO2-Konzentration lernen die Schüler technische Fähigkeiten wie das Programmieren in Blockly, während sie gleichzeitig biologische Prozesse wie die Photosynthese und den Kohlenstoffkreislauf und die Regelungsvorgänge in einem Gewächshaus verstehen.

Das intuitive Zusammenspiel von Sensoren, mobilen Endgeräten und Programmierung macht den Unterricht interaktiver und fördert ein tieferes Verständnis der Umwelt und ihrer Zusammenhänge.

Weitere Informationen zum SMARTsense Code
Weitere Informationen zum Versuch „CO2-Ampel mit Cobra SMARTsense Code“