A world of smartphone experiments with the app phyphox

SMARTPHONES AS MEASUREMENT DEVICES The concept of the app phyphox is based on the simple idea that smartphones and tablets come with a plethora of sensors, which can be used for data acquisition in science education. Phyphox was developed at the RWTH Aachen University for this purpose and presents itself as an open source tool with many options to customise data sources, data analysis and data presentation, while not overwhelming students with these options while they use their own devices to discover the world. Experimentation with device sensors There are many situations in which these readily available measurement devices can enhance science education. These range from classical educational experiments that can be reproduced with household items (radial acceleration in a salad spinner), over casually discovering the world around us (determine the speed of an elevator with the pressure sensor) to projects on technical applications (build a Pitot tube based on this pressure sensor). DIY-Sensors with Arduino and MicroPython Beyond these typical experiments, phyphox can be used in modern microcontroller-based projects. Smartphone sensors can easily be combined with cheap external sensors using an Arduino or MicroPython library for phyphox. This allows us to combine the visualisation capabilities of the phone with the wide choice of sensors of DIY electronics and is accessible even to programming beginners. Collaborative experiments for large audiences While these examples are suitable on the scale of typical school classes, the connectivity of smartphones allows us to scale experimental data acquisition to large audiences. Automated data collection and analysis allow for entire lecture halls to participate in live experiments during a lecture and even worldwide experiments to determine Earth’s axial tilt have been demonstrated. FURTHER READING Sebastian Staacks, Simon Hütz, Heidrun Heinke, Christoph Stampfer. (2018). Advanced tools for smartphone-based experiments: phyphox. Physics Education, 53(4), 045009. https://doi.org/10.1088/1361-6552/aac05e Sebastian Staacks, Dominik Dorsel, Simon Hütz, Frank Stallmach, Tobias Splith, Heidrun Heinke, Christoph Stampfer. (2022). Collaborative smartphone experiments for large audiences with phyphox. European Journal of Physics, 43(5), 055702. https://doi.org/10.1088/1361-6404/ac783

Advanced tools for smartphone-based experiments: phyphox

The sensors in modern smartphones are a promising and cost-effective tool for experimentation in physics education, but many experiments face practical problems. Often the phone is inaccessible during the experiment and the data usually needs to be analyzed subsequently on a computer. We address both problems by introducing a new app, called "phyphox", which is specifically designed for utilizing experiments in physics teaching. The app is free and designed to offer the same set of features on Android and iOS

Gelingensbedingungen von Innovationen in der Hochschullehre am Beispiel des Einsatzes der App phyphox

Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten von Physik-Vorlesungen und –Übungen insbesondere um aktive experimentelle Tätigkeiten der Studie-renden jenseits klassischer physikalischer Praktika. Der bisherige Einsatz von phyphox in diversen Haupt- und Nebenfachvorlesungen in verschiedenen Szenarien hat jedoch gezeigt, dass die Akzep-tanz sowohl auf der Seite der Studierenden als auch auf der Seite der Dozierenden sehr unterschied-lich ist. Deshalb können am Beispiel des phyphox-Einsatzes exemplarisch wesentliche Gelingens-bedingungen für Innovationen in der Hochschullehre genauer untersucht werden. Dabei wird auf der einen Seite erhoben, welche Gründe die Studierenden für die Bearbeitung oder die Nicht-Bear-beitung von phyphox-basierten experimentellen Aufgaben angeben. Auf der anderen Seite werden am Beispiel von phyphox die Beweggründe der Dozierenden für die Einbringung von Innovationen in ihre Lehrveranstaltung oder entsprechende Hemmnisse abgeleitet. Im Beitrag werden neben Er-fahrungen mit dem phyphox-Einsatz auch das Forschungsdesign und Daten aus ersten Erhebungen vorgestellt

Kleiner Aufwand, großer Nutzen? - Experimentiersets zur Unterstützung experimenteller Übungsaufgaben mit Smartphones

Mit der an der RWTH Aachen entwickelten App phyphox werden die Gestaltungsmöglichkeiten für Vorlesungen und Übungen in der Experimentalphysik um aktive experimentelle Tätigkeiten auf Seiten der Studierenden auch jenseits der Praktika erweitert. Eine der Möglichkeiten ist der Einsatz von experimentellen Übungsaufgaben. In mehreren Experimentalphysikveranstaltungen zeigte sich jedoch, dass die Akzeptanz solcher Übungsaufgaben auf Seiten der Studierenden gering ausfiel, sofern die Bearbeitung der Aufgaben nicht verpflichtend war. Eine Befragung von Studierenden des Maschinenbaus (N=537) ergab, dass die Mehrheit dieser Studierenden freiwillige (experimentelle) Übungsaufgaben generell aus Zeitgründen nicht bearbeitet. Zudem gab ein großer Teil der Studierenden an, nicht das nötige Material zur Bearbeitung der Übungsaufgabe zur Verfügung gehabt zu haben. Im Gegensatz zum erwähnten Zeitproblem kann dem durch das Bereitstellen von einfachen Zusatzmaterialien für die Bearbeitung der experimentellen Übungsaufgaben entgegengewirkt werden. Aus diesem Grund wurden in einem ersten Schritt vier Experimentiersets entwickelt, die im Wintersemester 2018/19 in drei Experimentalphysikvorlesungen an die Studierenden verteilt werden. Diese Experimentiersets sind auch für Schulen geeignet. Im Beitrag werden die Experimentiersets und die ersten Erfahrungen mit ihrem Einsatz vorgestellt

Gelingensbedingungen von Innovationen in der Hochschullehre am Beispiel des Einsatzes der App phyphox

Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten von Physik-Vorlesungen und –Übungen insbesondere um aktive experimentelle Tätigkeiten der Studie-renden jenseits klassischer physikalischer Praktika. Der bisherige Einsatz von phyphox in diversen Haupt- und Nebenfachvorlesungen in verschiedenen Szenarien hat jedoch gezeigt, dass die Akzep-tanz sowohl auf der Seite der Studierenden als auch auf der Seite der Dozierenden sehr unterschied-lich ist. Deshalb können am Beispiel des phyphox-Einsatzes exemplarisch wesentliche Gelingens-bedingungen für Innovationen in der Hochschullehre genauer untersucht werden. Dabei wird auf der einen Seite erhoben, welche Gründe die Studierenden für die Bearbeitung oder die Nicht-Bear-beitung von phyphox-basierten experimentellen Aufgaben angeben. Auf der anderen Seite werden am Beispiel von phyphox die Beweggründe der Dozierenden für die Einbringung von Innovationen in ihre Lehrveranstaltung oder entsprechende Hemmnisse abgeleitet. Im Beitrag werden neben Er-fahrungen mit dem phyphox-Einsatz auch das Forschungsdesign und Daten aus ersten Erhebungen vorgestellt

phyphox als Visualisierungstool für Sensordaten aus Arduino-gestützten Messmodulen

Messapparaturen auf Arduino-Basis bieten viele Vorteile bei der Entwicklung von Messmodulen für verschiedenste Experimente. Neben dem günstigen Preis eröffnet die Vielfalt an verfügbaren Sensoren unzählige Einsatzmöglichkeiten. Für einen ersten Einstieg in den Umgang mit Mikrocontrollern existieren bereits unzählige Tutorials & Workshops. Die Darstellung der gewonnenen Messdaten wird allerdings oft nur am Rande und unzureichend behandelt. In diesem Vortrag wird gezeigt, wie mit einem Bluetooth-fähigen Arduino aufgenommene Messdaten mit nur 4 Zeilen Code mit Hilfe der App phyphox dargestellt werden können. phyphox ist eine weitverbreitete App für Smartphone-basierte Experimente mit einer Vielzahl an Darstellungs- und Analysemöglichkeiten, die für die Visualisierung der Messdaten genutzt werden können. Um eine einfache Datenübertragung von Arduino-gesteuerten Sensoren zu ermöglichen, wurde eine Arduino-Bibliothek entwickelt, deren Einsatz beispielhaft demonstriert wird

Erweiterung eines Praktikumsversuchs durch phyphox mit externen Sensoren

Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox ermöglicht den Zugriff sowohl auf interne Smartphone-Sensoren als auch auf externe Sensoren über eine Bluetooth Low Energy Schnittstelle. Diese Möglichkeit wird genutzt, um einen Demonstrationsversuch aus dem Physikpraktikum für Medizinstudierende so zu erweitern, dass die Studierenden an der Messwertaufnahme direkt beteiligt sind. In dem genannten Versuch untersuchen die Studierenden die Temperaturabhängigkeit des Sättigungsdampfdrucks. Mithilfe eines Arduino Nano 33 BLE wurde ein Messmodul entwickelt, mit dem ein wasserfester Temperatursensor sowie ein Drucksensor für den Bereich von 10‑1000 hPa ausgelesen werden können.Durch diese Erweiterung können mehrere Studierende die Messdaten live auf ihrem Smartphone beobachten. Zusätzlich ermöglicht phyphox das direkte Visualisieren der Siedepunktkurve. Für eine weitere Auswertung können die Messdaten auch in Excel exportiert werden. Durch die direkte Einbindung der Studierenden wird ein gesteigertes Interesse am Praktikumsversuch erwartet, was durch den Einsatz von Fragebögen sowie die Auswertung von Smartpen-Aufnahmen aus dem Versuchsablauf untersucht wurde

Smartphone-Experimente mit externen Sensoren

Smartphones sind heutzutage weit verbreitet und eignen sich aufgrund der vielen verbauten Sensoren auch als Messgeräte für physikalische Experimente. Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox ermöglicht ein einfaches Auslesen dieser verbauten Sensoren sowie die Weiterverarbeitung und Darstellung der Messdaten. Die gängigsten verbauten Sensoren, wie zum Beispiel Beschleunigungssensoren oder ein Gyroskop, eignen sich besonders gut für Experimente aus der Mechanik, von denen viele bereits in der App implementiert sind. Um neue Experimente zum Beispiel aus der Thermodynamik durchführen zu können sind aber neue Sensortypen wie zum Beispiel ein Temperatursensor nötig. Deshalb unterstützt phyphox mit dem nächsten Update die Einbindung von externen Sensoren über die Schnittstelle Bluetooth Low Energy. Dadurch können externe Sensoren auf verschiedene Weise in phyphox eingebunden werden: als fertige Sensormodule verschiedener Hersteller (wie z.B. die Sensorbox SensorTag von Texas Instruments), als Sensoren in Alltagsgegenständen (wie z.B. einer Computermaus) oder als selbstentwickeltes Sensormodul. Bei letzterem kommen neben den Sensoren Mikrocontroller wie der Arduino zum Einsatz

Smartphone-Experimente mit externen Sensoren

Smartphones sind heutzutage weit verbreitet und eignen sich aufgrund der vielen verbauten Sensoren auch als Messgeräte für physikalische Experimente. Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox ermöglicht ein einfaches Auslesen dieser verbauten Sensoren sowie die Weiterverarbeitung und Darstellung der Messdaten. Die gängigsten verbauten Sensoren, wie zum Beispiel Beschleunigungssensoren oder ein Gyroskop, eignen sich besonders gut für Experimente aus der Mechanik, von denen viele bereits in der App implementiert sind. Um neue Experimente zum Beispiel aus der Thermodynamik durchführen zu können sind aber neue Sensortypen wie zum Beispiel ein Temperatursensor nötig. Deshalb unterstützt phyphox mit dem nächsten Update die Einbindung von externen Sensoren über die Schnittstelle Bluetooth Low Energy. Dadurch können externe Sensoren auf verschiedene Weise in phyphox eingebunden werden: als fertige Sensormodule verschiedener Hersteller (wie z.B. die Sensorbox SensorTag von Texas Instruments), als Sensoren in Alltagsgegenständen (wie z.B. einer Computermaus) oder als selbstentwickeltes Sensormodul. Bei letzterem kommen neben den Sensoren Mikrocontroller wie der Arduino zum Einsatz