9. – 11. Schuljahr

Patrick Bronner

Funktionale Zusammenhänge erleben

Mathematische und physikalische Kompetenzen mit Sensoren und Apps fördern

Das Verständnis von funktionalen Zusammenhängen gehört in allen MINT-Fächern zum grundlegenden Basiswissen. Eine von vielen Methoden, um Kompetenzen im Umgang mit funktionalen Zusammenhängen zu fördern, ist das körperliche Erleben solcher Zusammenhänge mithilfe von Fahrzeugen, Ultraschallsensoren oder GPS-Daten.
Produkte und Apps von Lehrmittelherstellern
Smart-Carts der Firma Pasco oder Sensor-Carts der Firma Vernier enthalten zahlreiche Sensoren (Kraft, Weg, Winkelgeschwindigkeit, Beschleunigung) und lassen sich im Themenbereich Mechanik vielseitig einsetzen. Die zugehörigen Apps sind kostenfrei, für die Android und iOS verfügbar, enthalten keine Werbeeinblendungen oder In-App-Käufe und speichern die Daten nicht in einer Cloud, sondern zunächst nur lokal. Die Apps sind somit für den Unterricht in Schulen mit einem BYOD- oder 1:1-Tablet-Konzept geeignet. 1)
Bewegungsprofile mit Wettbewerbs-Motivation
In der App „MatchGraph! (Pasco) sind vorgefertigte Weg-Zeit- oder Geschwindigkeits-Zeit-Diagramme auf unterschiedlichem Niveau verfügbar. Über ein Smart-Cart oder einen Ultraschallsensor (Pasco) 2) wird die Fahrt bzw. Laufstrecke von Personen live aufgezeichnet und direkt in das gewählte Diagramm projiziert (s. Abb. 1 ). Um eine Wettbewerbssituation innerhalb der Klasse zu fördern (Gamification), wird auf dem Bildschirm die momentane Erfolgsrate in Prozent live angegeben.
Alternativ können die Smart-Carts oder Ultraschallsensoren auch ohne Wettbewerbsmodus mit der App „SPARKvue (Pasco) oder „Graphical-Analysis (Vernier) gekoppelt werden. Zur Förderung des Verständnisses von funktionalen Zusammenhängen werden dabei Vorlagen in drei Niveaustufen angeboten (s. Abb. 2 ). In Tablet-Klassen gehen die Arbeitsaufträge an Partnergruppen, die mit der App „TeamShake schnell, gerecht und zufällig gebildet werden.
Die Ergebnissicherung erfolgt in Form einer Vergleichstabelle, die in der App „GoodNotes bearbeitet wird. Jede Zeile dieser Tabelle soll das vorgegebene s(t)- oder v(t)-Diagramm, eine Beschreibung der zugehörigen Bewegung und das Bild der aufgenommenen Messung enthalten (s. Abb. 3 ).
Interpretation und Aufnahme von GPS-Daten
Eine weitere Möglichkeit zur Förderung des Verständnisses von funktionalen Zusammenhängen sind Bewegungsprofile mithilfe von GPS-Daten.
Eine einfache und datenschutzkonforme Möglichkeit zur Aufzeichnung von Alltagsbewegungen (Geschwindigkeit und Höhe) mit dem Smartphone bietet die App „SPARKvue (Pasco). Als Einstieg in das Thema wird ein Bewegungsprofil des Lehrers vom letzten Wochenende gezeigt (s. Abb. 4 ). Als Hilfestellung zur Interpretation stehen verschiedene Bilder aus dem Freizeitbereich zur Verfügung. Anhand der aufgenommenen GPS-Daten und der Bilder wird die passende Freizeittätigkeit und mögliche Orte diskutiert.
Als Hausaufgabe über eine Woche sollen die Schülerinnen und Schüler mit dem eigenen Smartphone und der App „SPARKvue vier verschiedene Bewegungsprofile aus ihrem Alltag aufzeichnen. Ziel ist die Gestaltung eines Puzzles mit Bewegungsprofilen und zugehörigen Bildern.
GPS-Urlaubs-Puzzle
In kommerziellen Geo-Tracker-Apps sind zahlreiche weitere Darstellungen zur Visualisierung von GPS-Daten verfügbar. Aufgrund des Datenschutzes dürfen diese Tracking-Apps allerdings für schulische Zwecke nicht auf Schülergeräten installiert werden.
Während eines Marokko-Urlaubs des Lehrers wurden bei neun verschiedenen Reisearten (Spaziergang, Dromedar, Auto, Bus, Flugzeug ) GPS-Daten über wenige Minuten aufgezeichnet (s. Abb. 5 ). Aus diesen Daten entstand ein binnendifferenzierendes GPS-Puzzle (Karten zum Ausschneiden auf Papier oder digital als Bilder) für den MINT-Unterricht der Klassen 5 – 10.
Zur Lösung der Aufgabe werden die Schülerinnen und Schüler zuerst mit der App „TeamShake in Dreiergruppen aufgeteilt. Anfangs kann sich jede...

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