Anhand von drei Experimenten aus der Mechanik, welche die Lernenden selbst an einem sogenannten Breadboard beziehungsweise Entwicklerboard aufbauen, werden die Möglichkeiten einer elektronischen Messung deutlich. Der Einstieg in diese offensichtlich komplexe Thematik ist für die Schülerinnen und Schüler so niedrigschwellig wie möglich gestaltet. Beispielsweise werden keine Vorerfahrungen mit der Programmiersprache C++ benötigt. Der Programmiercode ist bereits vorhanden und kann kopiert und auf die entsprechenden Arduinos aufgespielt werden (Datei: schuelerexperimente-microcontroller-programmcode.ino). Auch die Daten für den 3D-Druck der Halteklammern sind im Material enthalten. Alternativ können diese aber auch aus Holz gebaut werden.
Zum Aufbau der Experimente wurde eine ausführliche Bild-für-Bild Anleitung geschrieben, sodass auch dies ohne Vorkenntnisse im Bereich der Elektronik umgesetzt werden kann. Zur Durchführung des Arbeitsmaterials ist es nicht von Bedeutung, dass Lehrkräfte programmieren lernen, sondern vielmehr, dass die Schülerinnen und Schüler frühzeitig mit Mikroelektronik und Programmierung in Kontakt kommen. Eine frühe Förderung von Schülerinnen und Schülern im Bereich der Mikroelektronik und Programmierung sowie der Verantwortung des Physikunterrichts in dieser Aufgabe ist von hoher Relevanz.
Die gewählten Experimente heben sich durch präzise Zeitmessungen von bekannten Freihandexperimenten ab. Zunächst wird die Pendelfrequenz eines Fadenpendels mittels IR-Abstandsensor bestimmt. Im zweiten Experiment wird die Fallzeit einer Metallkugel auf Stecken von 10 cm bis 80 cm gemessen. Die Messung wird durch die Unterbrechung eines Stromkreises durch die Metallkugel gestartet, welche mit einer Halteklammer an einem sogenannten Fallrohr befestigt wird. Sobald die Kugel an einem IR-Sensor vorbeifällt, welcher mit einer Halteklammer an dem Fallrohr befestigt ist, wird die Messung beendet. Daran anknüpfend wird in dem dritten Experiment die Fallgeschwindigkeit der fallenden Kugel bestimmt. Dafür ist an der Halteklammer ein zweiter IR-Sensor im Abstand von 4 cm befestigt. Hiermit kann die Zeitdifferenz und damit die momentane Fallgeschwindigkeit mit Präzision bestimmt werden. Die Experimente wurden nicht nur gewählt, um den Teilnehmenden die Präzision von elektronischen Messverfahren anschaulich zu zeigen, sondern auch um das Repertoire der Schülerexperimente zum Thema „Beschleunigte Bewegungen“ der zehnten Jahrgangsstufe zu erweitern.
Das Schülerinnen- und Schülermaterial begleitet die Lernenden mit kleinschrittigen Aufgaben durch die verschiedenen Experimente. Auch ein kleines Lexikon der Fachbegriffe ist im Arbeitsmaterial integriert.
