5. – 13. Schuljahr

Christoph Hoyer und Raimund Girwidz

Digitale Medien Werkzeuge beim Experimentieren

Schlüsselexperimente und digitale Medien

Dieser Artikel beschreibt, wie die Entwicklung experimenteller Kompetenzen durch das Einbeziehen digitaler Medien unterstützt werden kann. Dabei behalten Experimente ihre Schlüsselrolle; sie werden aber mithilfe von digitalen Medien weiter aufbereitet, um ihre Lernwirksamkeit zu steigern. Es geht darum, die Experimente zu ergänzen und nicht zu ersetzen.
Experimentelle und mediale Kompetenzen
Experimentelle Kompetenzen umfassen ein ganzes Spektrum an Fähigkeiten und Fertigkeiten. Diese werden in speziellen Situationen relevant. Die nachfolgende Auswahl orientiert sich an der Gliederung experimenteller Teilkompetenzen nach Nawrath (vgl. [1] – [2]). Stärker als dort (s. z.B. [2], S. 9) werden jedoch bei der folgenden Einteilung acht Teilkompetenzen für die Durchführung eines Experimentes berücksichtigt. Denn besonders hierbei eröffnen sich durch den Einsatz digitaler Medien neue Möglichkeiten.
Allerdings ist es vor allem im Anfangsunterricht nicht wünschenswert, anhand eines Experiments alle acht, unten aufgeführten, Teilkompetenzen gleichzeitig zu adressieren. Vielmehr sollte entsprechend dem „Single Concept Principle nach und nach (auch in unterschiedlichen Kontexten) der Fokus auf einzelne Kompetenzen gerichtet werden, um eine Überforderung der Lernenden zu vermeiden. In diesem Sinne werden exemplarisch jeweils Beispiele diskutiert, die in besonderem Maße die für die jeweilige Teilkompetenz relevanten, experimentellen Arbeitsschritte widerspiegeln.
1.Problemstellungen erkennen und Inhalte einordnen
Das Erkennen von Problemen, das sinnvolle Einordnen in bestehendes Wissen und das Herstellen von Anwendungsbezügen gehören zur Vorbereitung experimentellen Arbeitens im Unterricht.
Medieneinsatz
Digitale Medien können hier z.B. über eine geführte Internetrecherche, eine interaktive digitale Mind Map, ein elektronisches Quiz oder auch ein Computerspiel zu einem Experiment hinführen.
Eine angeleitete, zeitlich kurz gehaltene Internetrecherche kann so beispielsweise einen zielgerichteten Einsatz des World Wide Web zeigen.
2.Ziele spezifizieren und Hypothesen formulieren
Eine gezielte Wahl der zu untersuchenden, einzelnen Variablen und das Formulieren von Hypothesen zu relevanten Einflussgrößen gehört sinnvollerweise zu den Vorüberlegungen für ein Experiment.
Medieneinsatz
Anregungen und konkrete Ideen können z.B. digitale Tondokumente mit geschichtlichen Anbindungen oder eine interaktive Concept Map geben.
Es lassen sich aber auch in den Medien präsente Fragen aufgreifen, z.B. weshalb die Zeitmessung über Uhren, die über das Stromnetz getaktet sind, von einer Messung mithilfe von Quarzuhren erheblich abweichen kann. Die Erklärungsansätze auf verschiedenen Webseiten können als zu überprüfende Hypothesen formuliert werden. Dies regt auch zu einem kritischen Umgang mit Medien an.
3.Experimentelle Aufbauten konzipieren und konstruieren
Beim Konzipieren und Konstruieren von Experimenten kann man von digitalen Medien profitieren und dies zudem mit einer gängigen Praxis in der Forschung vergleichen.
Einsatz von Simulationen
Durch den Einsatz von Simulationen kann exemplarisch deutlich werden, wie Experimente durch Vorarbeiten in virtuellen Settings konzeptionell verfeinert werden können. Dies ist heute in der Forschung bei größeren Experimenten unerlässlich geworden.
Für den Unterricht gibt es empfehlenswerte Simulationsprogramme wie z.B. Yenka (ehemals Crocodile Physics). Mit diesem Programm können elektrische Schaltungen zunächst in einer virtuellen Experimentierumgebung erstellt und geprüft werden (s. Abb. 1 ). Das Medium stellt so eine Übungsmöglichkeit bereit, in der ohne Angst vor einer Beschädigung der Bauteile verschiedenste Schaltungskonstellationen durchprobiert werden können. Beispiel D stellt mit Tinkercad noch eine weitere Anwendung ausführlich vor, mit...

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