Phys X - Physikalische Phänomene im Unterricht erleben und erlernen

Die Anwendung

Phys X wird im Physikunterricht zur Einführung in ein neues Thema der gymnasialen Oberstufe genutzt. Dafür ist angedacht, in den Schulen einen neuen Fachraum einzurichten. Dieser ist mit einem Klassensatz an Tischen mit integriertem Touch-Display ausgestattet.

Wie im normalen Unterricht sitzt jeder oder jede SchülerIn mit einem oder einer SitznachbarIn an einem Tisch. Die SchülerInnen verändern mit Hilfe eines physischen Schiebereglers jeweils eine physikalische Größe, beispielsweise die Spannung oder Gewichtskraft. Beide Größen wirken sich auf eine resultierende Größe aus, die sich in einer zugrunde liegenden Formel aus den beiden anderen Größen ergibt. Die SchülerInnen wissen zu Beginn nicht, um welche Größen es sich handelt und müssen dies durch Explorieren und Beobachten herausfinden. Das können sie in einer Simulation, die auf dem digitalen Tisch dargestellt wird. Sie zeigt ein zum Thema passendes physikalisches Modell, Phänomen oder Versuch.

Dabei sollen die SchülerInnen sich mit dem oder der SitznachbarIn austauschen. Ziel ist es, eigene, passende Begriffe zu finden, die die Größen anhand der Beobachtungen möglichst gut beschreiben.

Dies alles erfolgt mit Hilfe mehrerer, aufeinander aufbauender Aufgaben. Indem sie diese nacheinander lösen, können sie schließlich selbstständig zum Ergebnis gelangen und ein Verständnis des neuen Themas entwickeln.

Die Lehrkraft kann stets über ein iPad die Antworten der SchülerInnen live verfolgen und diesen bei Bedarf beratend zur Seite stehen.

Vier Phasen

Vorwissen

Bevor die SchülerInnen in den bereits beschriebenen Hauptteil, die Explorations-Phase, starten, frischen sie in der Anwendung das Vorwissen auf, das sie benötigen, um das neue Thema zu verstehen.

Exploration

In der Explorations-Phase steuern die SchülerInnen die Simulation und den zugehörigen Graphen und beobachten die Veränderungen. Dadurch können sie Zusammenhänge zwischen ihren physikalischen Größen, die sie jeweils steuern, erkennen und gemeinsam die dazugehörigen Aufgaben lösen.

Plenum

Nach der Explorations-Phase bespricht die Lehrkraft im Plenum die Aufgaben mit der ganzen Klasse und stellt den SchülerInnen Musterlösungen zur Verfügung. In dieser Phase kann die Lehrkraft über ein iPad die Simulation steuern, welche auf den digitalen Tischen der SchülerInnen sichtbar ist. So kann sie den Jugendlichen die Lösungen der Aufgaben anhand der Darstellungen erklären.

Festigung

Nachdem im Plenum die Aufgaben und somit auch die physikalischen Begriffe aufgelöst wurden, können die SchülerInnen in der Festigungs-Phase das neu erlernte Wissen problemlösend anwenden. Hier steht ihnen das physikalische Modell oder der Versuch aus der Explorations-Phase in einem neuen Kontext zur Verfügung.
Durch definierte Ziele sollen die SchülerInnen hier angeleitet werden, ihr Wissen zu festigen.

Nach dem Unterricht

Die Unterrichtsmaterialien werden den SchülerInnen nach der Stunde in einer zugehörigen Smartphone-Anwendung zur Verfügung gestellt.
So können sie beispielsweise die Simulation noch einmal steuern und auch ihre Antworten sowie die Musterlösungen einsehen. Dies ist vor allem für die Klassenarbeitsvorbereitung hilfreich.

Vorteile der Anwendung

Simulation

Ein wesentlicher Bestandteil dieses Konzeptes ist die Simulation. Simulationen bieten gegenüber realen Versuchen einen entscheidenden Vorteil: Keine äußeren Umwelteinflüsse, die das Experiment unvorhersehbar beeinflussen können. Die Situation kann immer wieder unter gleichbleibenden und kontrollierten Bedingungen abgespielt werden. Dies ist essentiell, um das Vorgehen genau beobachten und daraus Gesetzmäßigkeiten ableiten zu können.

Außerdem können die Simulationen von allen SchülerInnen gleichzeitig bedient werden. Reale Experimente können selten von der ganzen Klasse durchgeführt werden. Sei es, weil der Versuch zu gefährlich ist, nicht genügend Material vorhanden oder der Aufbau zu zeitaufwendig ist.

Paralleldarstellung

Die Paralleldarstellung der Simulation und dem zugehörigen Graphen ermöglicht es, leichter Zusammenhänge zwischen den dargestellten Informationen zu erkennen.

Entdeckendes Lernen

Um die SchülerInnen für Physik zu begeistern und auch das Gelernte langfristig im Gedächtnis zu sichern, ist entdeckendes Lernen ideal. Dies wird durch die Anwendung gegeben und durch die gestellten Aufgaben angeleitet.

Zusammenarbeit

Aus unserem Research wissen wir, dass neue Informationen besser verarbeitet werden, wenn wir uns darüber mit anderen austauschen. Deshalb sieht dieses Konzept es explizit vor, die Antworten zu zweit zu erarbeiten und dadurch einen gemeinsamen Diskurs anzuregen.

Physische Regler

Die physischen Regler, die ebenfalls einen zentralen Bestandteil der Anwendung darstellen, werten die Anwendung auf, indem sie die Werteveränderungen haptisch wahrnehmbar machen. Wird der Wert erhöht, verstärkt sich auch die Vibration des Tangibles.

Quellen: Unterrichts-Illustrationen auf Basis der Assets von macrovector - de.freepik.com