Didaktik der Physik Frühjahrstagung - virtuell 2021 - PhyDid
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Didaktik der Physik
Frühjahrstagung – virtuell 2021
Digitale Kompetenzen beim Experimentieren fördern:
Ortsfaktorbestimmung mit verschiedenen Sensoren im Physikunterricht
Thomas Frank*, Lars-Jochen Thoms+
*Otto-von-Taube-Gymnasium Gauting, +Ludwig-Maximilians-Universität München
thomas.frank@ovtg.gauting.de, l.thoms@lmu.de
Kurzfassung
Die KMK-Strategie zur Bildung in der digitalen Welt verlangt von allen Lehrkräften, die digitalen
Kompetenzen ihrer Schülerinnen und Schülern im Fachunterricht zu fördern. Als ein mögliches
Beispiel für die Förderung digitaler Kompetenzen im Physikunterricht wurde eine projektorientier-
te Unterrichtseinheit zur Bestimmung des Ortsfaktors durch Messungen der Schwingungsdauer
unterschiedlicher Fadenpendel mit verschiedenen Sensoren und Messmethoden entwickelt. Neben
fachspezifischen Kompetenzen werden auch allgemeinere digitale Kompetenzen geschult, indem
die Lernenden durch die gemeinsame Arbeit in Forscherteams zur digital gestützten Kommunika-
tion und Kollaboration motiviert und angeleitet werden. Ihr Vorgehen und ihre Messungen doku-
mentieren die Schülerinnen und Schüler digital, präsentieren ihre Ergebnisse im Anschluss und
verteidigen ihr Vorgehen spielerisch im Rahmen eines Wissenschaftskongresses. In diesem Bei-
trag werden das Projekt und damit verbundene Möglichkeiten des fachlich orientierten Erwerbs
digitaler Kompetenzen im Unterricht vorgestellt.
1. Einleitung „Daher ist in der fachspezifischen Lehrerbildung für
Mit der Veröffentlichung der Strategie der Kultus- alle Lehrämter die Entwicklung entsprechender
ministerkonferenz für eine „Bildung in der digitalen Kompetenzen verbindlich festzulegen“ (KMK, 2016,
Welt“ (KMK, 2016) haben sich die Rahmenbedin- S. 25).
gungen des Einsatzes digitaler Medien im Unterricht Dies ist eine zentrale Aufgabe der Universitäten und
grundlegend geändert. Die Medienerziehung und Studienseminare bei der Ausbildung zukünftiger
Medienbildung der Schülerinnen und Schüler sind Lehrerinnen und Lehrer. Praktizierende Lehrkräfte
nun wesentliche Bestandteile des Bildungs- und können ebenfalls dazu verpflichtet sein, sich über
Erziehungsauftrags der Schule (KMK, 2016, S. 10): länderspezifische Fortbildungsangebote diese Kom-
„Der Bildungs- und Erziehungsauftrag der Schule petenzen anzueignen und in ständiger Selbstreflexi-
besteht im Kern darin, Schülerinnen und Schüler on immer wieder zu vertiefen. Für den jeweiligen
angemessen auf das Leben in der derzeitigen und Fachunterricht heißt dies, dass dort digitale Medien
künftigen Gesellschaft vorzubereiten und sie zu einer reflektiert und in fachdidaktische Konzepte einge-
aktiven und verantwortlichen Teilhabe am kulturel- bunden genutzt werden sollen.
len, gesellschaftlichen, politischen, beruflichen und Daher müssen in einem modernen Unterricht der
wirtschaftlichen Leben zu befähigen.“ Schülerschaft neben fachspezifischen Kompetenzen
Entsprechend formuliert die KMK auch, was Schu- auch allgemeine digitale Kompetenzen vermittelt
len und Universitäten leisten müssen, um diesem werden. Dabei ist das Nebeneinander oder besser
Bildungsauftrag gerecht zu werden (KMK, 2016, S. Ineinander von Fachmethodik und digitaler Arbeits-
25): „Konkret heißt dies, dass Lehrkräfte digitale weise zu betonen. Dies ist eine große und spannende
Medien in ihrem jeweiligen Fachunterricht professi- Herausforderung und zugleich zentrales Element der
onell und didaktisch sinnvoll nutzen sowie gemäß Unterrichtsentwicklung.
dem Bildungs- und Erziehungsauftrag inhaltlich In diesem Beitrag wird eine projektorientierte Unter-
reflektieren können.“ richtssequenz über vier Unterrichtsstunden präsen-
Dieser Erziehungsauftrag soll im schulischen Kon- tiert, in der anhand der Ortsfaktorbestimmung mit
text also nicht in einem eigens dafür eingerichteten einem Fadenpendel unter dem Einsatz verschiedener
Fach, sondern direkt im jeweiligen Fachunterricht digitaler Messmethoden diese Forderungen beispiel-
umgesetzt werden. Damit dies gelingen kann müssen haft umgesetzt werden. Dabei werden neben den
alle Lehrkräfte „selbst über allgemeine Medienkom- zugrundeliegenden (digitalen) Fachkompetenzen
petenz verfügen und in ihren fachlichen Zuständig- auch allgemeine digitale Basiskompetenzen vermit-
keiten zugleich ‚Medienexperten‘ werden“ (KMK, telt.
2016, S. 24f).
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Frank, Thoms
2. Methoden damit verbundene Bedeutung eigener Messungen
Es wurde eine digital-kompetenz-orientierte Unter- herauszustellen.
richtseinheit zur Messwerterfassung mit Fokus auf Die zweite Projektaufgabe hat mehrere methodisch-
die in der KMK-Strategie formulierten digitalen didaktische Ziele. Erstens sollen die Lernenden ihre
Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler (KMK, Präsentations- und Kommunikations-/Kollabora-
2016) entwickelt. Dabei wurden ergänzend auch tions-Kompetenzen ausbauen – insbesondere auch
fachspezifische digitale Kompetenzen adressiert. Da im digitalen Bereich. Zweitens soll der gamifizierte
die KMK-Strategie keine konkreten physikbezoge- Wettbewerb, gerade die eigene Messmethode als die
nen digitalen Kompetenzen formuliert, wurde auf beste herauszustellen (unabhängig von einer objekti-
die Kompetenzdefinitionen im Orientierungsrahmen ven Betrachtung der Qualität der Ergebnisse!), die
für die digitalen Kompetenzen für das Lehramt in Schülerinnen und Schüler zu einer vertieften Ausei-
den Naturwissenschaften (DiKoLAN, Arbeitsgruppe nandersetzung mit der Thematik motivieren – auch
Digitale Basiskompetenzen, 2020; vgl. Abb. 1) zu- bei geringerem eigenen Fachinteresse. Drittens las-
rückgegriffen. Dieser Orientierungsrahmen be- sen sich über die Projektphasen hinweg verschiede-
schreibt zwar die Basiskompetenzen, die von allen nen Gruppenmittgliedern unterschiedliche Aufgaben
angehenden Lehrkräften mit naturwissenschaftlichen zuweisen, so dass eine aktive Beteiligung aller Schü-
Unterrichtsfächern zum Ende der universitären lerinnen und Schüler in der Gruppenarbeitsphase
Lehrkräftebildung erworben sein sollten und richtet forciert wird.
sich nicht an Schülerinnen und Schüler. Dennoch
bietet er insbesondere im Kompetenzbereich Mess- 3. Ergebnisse
wert- und Datenerfassung eine gut geeignete Über- Die entwickelte Unterrichtssequenz ist auf vier Un-
sicht fachspezifischer digitaler Kompetenzen, die terrichtsstunden ausgelegt und bietet sich am Ende
auch Schülerinnen und Schülern im Physikunterricht der Sekundarstufe 1 an. Im Folgenden wird zunächst
erwerben sollten. Insbesondere, weil diese Kompe- die Unterrichtssequenz kurz beschrieben. Eine aus-
tenzbereiche typische naturwissenschaftliche Ar- führliche Darstellung findet sich bei Thoms et al.
beitsweisen abbilden (Thyssen et. al., 2020). (2020). Anschließend werden erste Erfahrungen aus
In dieser projektorientierten Sequenz werden die der probeweisen Durchführung des Projektes mit
Schülerinnen und Schüler in vier Gruppen eingeteilt, Schülerinnen und Schülern zweier zehnter Klassen
wobei jede mit einer eigenen digitalen Messmethode des Otto-von-Taube-Gymnasiums Gauting berichtet.
prinzipiell den gleichen Versuch durchführt. Fach- 3.1. Unterrichtseinheit
lich beheimatet ist diese bei der Bestimmung des Wie in der Einleitung beschrieben, sollen innerhalb
Ortsfaktors mit Hilfe eines Fadenpendels. Dieses der Sequenz sowohl digitale Kompetenzen als auch
Thema eignet sich besonders gut für eine vertiefte fachmethodische Kompetenzen der Schülerinnen
Auseinandersetzung mit Vor- und Nachteilen ver- und Schüler gefördert werden. Bei den digitalen
schiedener Messmethoden, weil sich die Schwin-
Kompetenzen stehen vor allem drei Kompetenzbe-
gungsdauer nicht direkt messen lässt, sondern indi-
reiche im Vordergrund (vgl. KMK, 2016):
rekt durch Messung anderer physikalischer Größen
und nachfolgender Berechnungen bestimmt werden • Kommunizieren und Kooperieren
muss. Beispielsweise kann die Position des schwin- • Produzieren und Präsentieren
genden Pendelkörpers beobachtet werden und Null- • Problemlösen und Handeln
durchgänge mit einer Stoppuhr, einer Lichtschranke
Die physikalischen Arbeitsweisen (vgl. Duit et al.,
oder einem Ultraschall-Abstandssensor registriert
2004) – vor allem Beobachten und Messen, Erkun-
werden. Mithilfe eines am Aufhängepunkt befestig-
den und Experimentieren, Diskutieren und Interpre-
ten Drehgebers kann aber auch der Winkel zwischen
tieren – werden durch digitale Medien und Umset-
dem ausgelenkten Faden und der Nulllage des Fa-
zung digitaler Verfahren unterstützt (vgl. Thyssen et
dens gemessen und im zeitlichen Verlauf der
al., 2020).
Schwingung aufgezeichnet werden.
3.2. Arbeitsgruppen
Jede Gruppe soll dabei zwei Projektaufgaben erfül-
len: Zu Beginn werden die Schülerinnen und Schüler in
vier Gruppen eingeteilt.
a) den Ortsfaktor g möglichst exakt bestimmen,
3.2.1. Klassische analoge Bestimmung
b) ihre eigene Messmethode auf einer gespielten
„Science-Konferenz“ als die beste der behandel- Eine erste Gruppe wertet Pendelversuche hinsicht-
ten Methoden darstellen. lich ihrer Schwingungsdauer klassische analog aus.
So wird diese mit Hilfe einer oder mehrerer Stopp-
Die erste Projektaufgabe soll eine intensive Ausei-
uhren gemessen. Bei dieser Gruppe lässt sich der
nandersetzung mit dem eigenen Vorgehen und eine
Versuch durch verschiedene Methoden einfach op-
Optimierung der durchgeführten Messmethoden
timieren (etwa durch Messen über mehrere Schwin-
fördern. Der Begriff Ortsfaktor wird hier gegenüber
gungen) und der Effekt verschiedener Modifikatio-
dem Begriff Erdbeschleunigung bevorzugt, um die
nen schnell überprüfen. Hierdurch erfahren die
Ortsabhängigkeit der Erdbeschleunigung und die
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Digitale Kompetenzen beim Experimentieren fördern
Abb.1: Orientierungsrahmen für die digitalen Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften
(DiKoLAN; Arbeitsgruppe Digitale Basiskompetenzen, 2020; https://dikolan.de).
Schülerinnen und Schüler, dass sich experimentell stimmte werden. Wird dieser unterhalb des Pendel-
gefundene Messwerte sowohl durch Verbesserungen körpers in Ruhelage positioniert, wird während der
am Versuchsaufbau als auch durch Optimierungen Schwingung bei jedem Nulldurchgang ein scharfer
im Messprozess verbessern lassen. Nach Rutten et Ausschlag aufgezeichnet. Aus den zeitlichen Ab-
al. (2012) können Simulationen gewinnbringend zur ständen der Ausschläge kann dann die Periodendau-
Vorbereitung der Durchführung eines Realexperi- er bestimmt werden (Abb.3). Bei der Bestimmung
ments eingesetzt werden. Entsprechend arbeitet der Periodendauer mit einer Lichtschranke wird
diese Gruppe zunächst mit einer Simulation (Abb.2; nicht die Position der Pendelmasse, sondern für jede
Olson et al., 2021). Dies ermöglicht den Erwerb halbe Periode direkt die zugehörige Schwingungs-
digitaler Kompetenzen ohne den Einsatz digitaler dauer ausgegeben. In einem Zeit-Periodendauer-
Messwerterfassung. Diagramm wird so die Anharmonizität der Faden-
3.2.2. Mobile Sensoren pendelschwingung sehr gut deutlich und muss folg-
lich zwingend diskutiert werden (Abb.4).
Eine zweite Gruppe verwendet verschiedene mobile
Sensoren zur direkten und indirekten Bestimmung 3.2.3. Videoanalyse
der Schwingungsdauer (Lichtschranke, Drehbewe- Die dritte Gruppe analysiert selbstgedrehte Videos
gungssensor, Ultraschall-Abstandssensor). Die zur von Schwingungen verschiedener Fadenpendel mit
Verfügung stehenden smarten Sensoren können über Hilfe von Laptops und einer geeigneten Software.
Bluetooth mit einem Tablet verbunden werden. So Die Wahl der beiden Probegruppen fiel auf die
können die Daten direkt mit dem Tablet aufgenom- Software Tracker (Abb.5), da ihnen diese bereits aus
men, weiterverarbeitet und für die Präsentation auf- dem Vorunterricht vertraut war. Alternativ könnte
bereitet werden. Zur Einführung in die Nutzung der man z. B. PHYWE measure dynamics verwenden.
Sensoren werden den Schülerinnen und Schülern Eine weitere spannende Erweiterung bietet die Vi-
zuvor aufgenommene Videos der Experimente zur deoanalyse mit mobilen Endgeräten. Hierbei könn-
Verfügung gestellt (Thoms, 2020). Diese „Stummen
ten auch die Vor- und Nachteile verschiedener Apps
Videos“ könnten sich ebenfalls zur Vorbereitung auf
(z. B. Viana, Vernier Video Pysics oder Vid-
die Durchführung und insbesondere die Präsentation
Analysis) in einer erweiterten Fragestellung disku-
der verschiedenen Experimente eignen (vgl.
tiert werden.
Schweinberger et al., 2019). Weil diese Gruppe
verschiedene Messmethoden verwendet, muss sie 3.2.4. Smartphone
sich intensiv mit den Vor- und Nachteilen sowie den Zur Analyse der Schwingung eines Fadenpendels
Besonderheiten der einzelnen Verfahren auseinan- eignen sich auch die internen Sensoren mobiler
dersetzen. Zum Beispiel kann die Periodendauer Endgeräte. Daher nutzt die vierte Gruppe den ver-
indirekt mit einem Ultraschall-Abstandssensor be- bauten Beschleunigungssensor eines Smartphones.
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Frank, Thoms
Abb.2: Screenshot der von der Gruppe „Klassische analoge Bestimmung“ zur Vorbereitung genutzten Simulati-
on (Olson et al., 2021).
Abb.3: Bestimmung der Periodendauer eines Fadenpendels mithilfe eines Ultra-Schall-Abstandssensors. Bei
jedem Nulldurchgang des Pendelkörpers wird ein Ausschlag registriert.
Diese eignen sich aufgrund ihrer Abmessungen 3.3. Unterrichtsverlauf
besser als Tablets. Aufgrund der Übereinstimmung Der Ablauf der gesamten Einheit ist in drei Phasen
des Schwingungskörpers mit dem Messgerät, ist es unterteilt, welche im Folgenden dargestellt werden
dieser Gruppe nicht ohne erheblichen Aufwand sollen:
möglich die angehängte Pendelmasse zu variieren.
3.3.1. Phase 1: Orientierung
In dieser Phase werden die Gruppen durch die Lehr-
kraft eingeteilt, der Zeitrahmen festgesetzt und die
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Digitale Kompetenzen beim Experimentieren fördern
Abb.4: Vergleichende Anzeige der mit einer Lichtschranke am Nulldurchgang des Pendels bestimmten Perio-
dendauer und der Winkelposition des Drehgebers am Drehpunkt des Fadenpendels.
Abb.5: Screenshot des Opens-Source-Videoanalyse-Programms Tracker (vgl. Brown, 2009).
17Frank, Thoms
Arbeitsaufträge durch die Schülerinnen und Schüler werden. In dieser fünfminütigen Präsentation stellt
gesichtet. Um sicherzugehen, dass alle Schülerinnen das Präsentationsmanagement nicht nur die erhobe-
und Schüler gleichermaßen involviert und für das nen Messwerte und das verwendete Verfahren dem
Gelingen des Projekts verantwortlich sind, werden Plenum vor, sondern versucht auch die Anwesenden
den einzelnen Mitgliedern einer Gruppe konkrete von der Überlegenheit der eigenen Methode zu
Managementrollen und damit Verantwortungsberei- überzeugen (unabhängig von einer objektiven Be-
che zugewiesen. So ist z. B. das Qualitätsmanage- trachtung der Qualität der Ergebnisse!). Im An-
ment dafür verantwortlich, dass die Ergebnisse phy- schluss findet eine fünfminütige Fragerunde an den
sikalisch sinnvoll und korrekt dargestellt und inter- Repräsentanten der Gruppe durch die Kongressteil-
pretiert werden, während das Präsentationsmanage- nehmer statt. Abschließend wählen die Schülerinnen
ment primär für die Präsentation der Ergebnisse in und Schüler das Team, welches „ihre Methode“ am
Phase drei verantwortlich ist. Bei der zweiten Phase überzeugendsten präsentieren konnte.
(Erarbeitung) müssen die Schülerinnen und Schüler 3.4. Beobachtungen
sich unabhängig von ihrer Rolle alle gleichermaßen
Diese Sequenz wurde bisher zweimal durchgeführt.
einbringen. Zur Festigung der digitalen Kompeten-
Es stellte sich heraus, dass die Schülerinnen und
zen im Bereich Kommunizieren und Kooperieren
Schüler das ihnen zugewiesene Messverfahren zu
wird die Kommunikation über eine digitale Lern-
„ihrer Methode“ machten. Dadurch konnte ein sehr
plattform (z. B. moodle) und die gemeinsame Arbeit
hoher Grad erkennbarer Motivation bei den Schüle-
innerhalb dieser Plattform ermöglicht und gefordert.
rinnen und Schüler beobachtet werden (unabhängig
Hierüber werden sowohl die Dateien der einzelnen
von ihrem sonstigen Leistungsstand in Physik). Aus
Gruppen ausgetauscht als auch über Foren (asyn-
Fachlehrersicht war ein großer Wissens- und Inte-
chron) und Chats (synchron) innerhalb des Teams
ressenausaufbau zu beobachten, wobei manche
oder mit der Lehrkraft kommuniziert. Der große
Schülerinnen und Schüler gar „Experten“ in „ihrer
Vorteil bei der Verwendung einer Lernplattform ist,
Methode“ wurden und in weiteren Versuchen im
dass die Lehrkraft auch einen ständigen Einblick in
anschließenden Unterricht dieses Wissen gut an- und
den Arbeitsprozess und den Fortschritt der Schüle-
einbringen konnten. Alle Gruppen kamen nach sehr
rinnen und Schüler hat und dadurch besser beratend
kurzer Zeit in den Bereich der Optimierung, da erste
und motivierend zur Seite stehen kann. Auch die
Messwerte schnell erhoben werden konnten. Dabei
Möglichkeiten der Kommunikation außerhalb des
kam es in der Vorbereitung auf die Konferenz auch
Klassenzimmers über den gleichen gesicherten Ka-
immer wieder zu weiterführende Fragen (z. B. zu
nal ist positiv hervorzuheben.
einer beobachteten Anharmonizität der Schwin-
3.3.2. Phase 2: Erarbeitung gung), welche zu einem tieferen Verständnis physi-
Diese Phase stellt mit mindestens zwei Unterrichts- kalischer Arbeitsweisen beitrugen. Besonders span-
stunden den zeitlich größten Teil dieses Unter- nend war die Diskussion in Phase drei, bei der mit
richtsprojekts dar. In dieser Zeit sind alle Mitglieder viel Elan, Angriffslust und Überzeugung debattiert
einer Gruppe unabhängig von ihrer Managementrol- wurde. So konnten dabei schnell und sicher die Vor-
le involviert. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten und Nachteile der einzelnen Methoden identifiziert
in ihrem individuellen Tempo an ihrer gruppeneige- werden. Zum Beispiel war es für die Smartphone
nen Messung und verbessern diese weiter. In diesem Gruppe ein Leichtes, akzeptable Messwerte zu erzie-
Prozess unterstützt die Lehrkraft die Lernenden, len, allerdings erforderte es großes Fachwissen über
stattfindende Lernprozesse zu hinterfragen und das die verbauten und genutzten Sensoren, um in der
selbstregulierte Lernen der Gruppenmitglieder zu anschließenden Diskussion über das Zustandekom-
men der Messwerte bestehen zu können. Aus mess-
optimieren (reflektive Hilfestellungen; vgl. Zhang &
technischer Sicht lässt sich zudem feststellen, dass
Quintana 2012). Im Verlauf auftretende, oder von
alle Gruppen eine kleinere Abweichung vom erwar-
der Lehrkraft gestellte und weiterführende Fragen
teten Literaturwert als 10% erzielen konnten.
(Enrichment; vgl. Fund, 2007) sollen den Lernpro-
zess vertiefen. Auch die zu erstellende professionel- 4. Diskussion und Ausblick
le, kohärente und kreativ gestaltete fünfminütige In diesem Beitrag wird ein Beispiel beschrieben, wie
Präsentation der Messwerte nach vorgegebenen digitale Kompetenzen in einem engen physikali-
Regeln für die folgende dritte Phase (Präsentation) schen Kontext und mit starkem Fachbezug im Unter-
soll in diesem Zeitraum erstellt werden. Dabei ist richt gefördert werden können. Die hier beschriebe-
insbesondere auch eine schlüssige Diskussion der ne Unterrichtssequenz soll als ein möglicher Vor-
Messunsicherheiten durchzuführen. schlag und als Anregung für eine Integration der von
3.3.3. Phase 3: Präsentation der KMK (2016) geforderten Medienbildung im
Den Abschluss der Sequenz bildet eine als „Science- Physikunterricht dienen.
Konferenz“ angelegte Präsentation. Dadurch soll das In den durchgeführten Unterrichtsstunden haben sich
wissenschaftliche Vorgehen und ein Eindruck von die Schülerinnen und Schüler sehr motiviert und
fachwissenschaftlicher Kommunikation vermittelt interessiert gezeigt und sich entsprechend aktiv am
18Digitale Kompetenzen beim Experimentieren fördern
Unterricht beteiligt. Durch die Zuweisung verschie- Die Videografie von Pendel- oder Fallbewegungen
dener Rollen in der Projektarbeit haben sich auch kann auch als Anlass für einen Vergleich verschie-
sonst weniger aktive und fachlich eher unsichere dener Videoanalyse-Apps dienen. Beispielsweise
Schülerinnen und Schüler in der Gruppe engagieren kann eruiert werden, wie gut eine automatisierte
können. Auch die Kommunikation und Kollaborati- Bewegungserkennung funktionieren kann und wel-
on über die genutzte Lernplattform lies sich gut che Bedingungen hierfür vorliegen.
umsetzen und wurde vielfältig genutzt. Auch im Schließlich ergeben sich auch interessante Möglich-
Bereich der Präsentationskompetenzen lässt sich keiten, die Messwerterfassung mit einer Modellie-
aufgrund der beobachtbaren Fähigkeitssteigerung rung zu kombinieren. Mit manchen Videoanalyse-
ein möglicher Kompetenzzuwachs erwarten. Insge- Programmen lassen sich Bewegungen modellieren
samt muss allerdings berücksichtigt werden, dass und die aufgenommenen Bewegungen mit den mo-
dieser Beitrag keinerlei empirischen Anspruch er- dellierten vergleichen (z. B. Brown, 2008).
hebt und lediglich die Fallbeschreibung einer einzel-
nen Lehrkraft widerspiegelt und Anregungen aus der 5. Literatur
Praxis für die Praxis liefern soll. Arbeitsgruppe Digitale Basiskompetenzen: Becker,
Dennoch wurde die beschriebene Unterrichtsidee S., Bruckermann, T., Finger, A., Huwer, J.,
bereits in der Lehrkräftebildung eingesetzt. Dies Kremser, E., Meier, M., Thoms, L.-J., Thyssen,
betrifft sowohl Experimentierseminare für Studie- C. & Kotzebue, L. von. (2020). Orientierungs-
rende als auch Lehrkräftefortbildungen mit einem rahmen Digitale Kompetenzen Lehramtsstudie-
Fokus auf der Integration digitaler Medienbildung in render der Naturwissenschaften – DiKoLAN. In
den Physikunterricht. Hierbei wurde die Auswahl S. Becker, J. Messinger-Koppelt & C. Thyssen
(Hg.), Digitale Basiskompetenzen: Orientie-
möglicher Methoden zur Bestimmung des Ortsfak-
rungshilfe und Praxisbeispiele für die universi-
tors der Erdbeschleunigung noch erweitert. Folgende
täre Lehramtsausbildung in den Naturwissen-
Alternativen zu den vier in der Unterrichtssequenz
schaften (S. 14–43). Joachim Herz Stiftung.
beschriebenen Messwerterfassungen wurden eben- https://www.joachim-herz-
falls gezeigt und von Studierenden bzw. Teilnehme- stif-
rinnen und Teilnehmern der Fortbildungen durchge- tung.de/fileadmin/Redaktion/JHS_Digitale_Bas
führt: iskompetenzen_web_srgb.pdf
Der CASSY-Versuch zur Bestimmung der Erdbe- Brown, D. (2008). Video modeling: combining
schleunigung mit einer Fallleiter dient als Beispiel dynamic model simulations with traditional
einer computergestützten Messwerterfassung, bei video analysis. In American Association of
der Messwerte nicht nur direkt mit einem PC aufge- Physics Teachers (AAPT) Summer Meeting.
nommen, sondern auch gleich ausgewertet und gra- Duit, R., Gropengießer, H. & Stäudel, L. (Hg.).
fisch repräsentiert werden. Dies liefert einerseits (2004). Naturwissenschaftliches Arbeiten: Un-
zwar direkt die Erdbeschleunigung, nimmt den Ler- terricht und Material 5-10 [Sonderheft]. Erhard
nenden aber gleichzeitig auch viele wichtige Schritte Friedrich Verlag.
der kognitiven Elaboration des Sachverhalts. Fund, Z. (2007). The effects of scaffolded computer-
ized science problem-solving on achievement
Ein Klassiker ist die Ermittlung der Erdbeschleuni- outcomes: a comparative study of support pro-
gung durch das Fallenlassen einer Kugel. Wenn die grams. Journal of Computer Assisted Learning,
Fallstrecke dabei kurzgehalten werden muss, wird 23(5), 410–424. https://doi.org/10.1111/j.1365-
auch hier die Fallzeit mithilfe eines Digitalzählers 2729.2007.00226.x
bestimmt, der beim Loslassen elektronisch startet KMK (2016). Strategie der Kultusministerkonferenz
und beim Auftreffen der Kugel in einem Auffang- „Bildung in der digitalen Welt“ (2016 &
topf wieder gestoppt wird. Die Messgenauigkeit des i.d.F.v. 07.12.2017).
Ergebnisses wird hier neben der zeitlichen Auflö- https://www.kmk.org/fileadmin/pdf/PresseUnd
sung des Digitalzählers von der Dauer der Fallzeit Aktuel-
bestimmt, welche wiederum von der Länge der Fall- les/2018/Digitalstrategie_2017_mit_Weiterbild
strecke abhängt. ung.pdf
Olson, J., Rouinfar, A., Dubson, M., Loeblein, T.,
Eine höhere Messfrequenz lässt sich einfach durch
Paul, A. & Perkins, K. (2021). Pendel (Version
Aufnahme von akustischen Signalen mit einem
1.0.15) [HTML5 Simulation]. University of
mobilen Endgerät oder auch einem Mikrofon an
Colorado Boulder.
einem Computer erreichen. Hierbei müssen sowohl https://phet.colorado.edu/de/simulation/pendulu
der Beginn des Falls als auch das Auftreffen des m-lab
Fallkörpers ein Geräusch erzeugen, welches gut Rutten, N., van Joolingen, W. R. & van der Veen, J.
separiert von Hintergrundgeräuschen und Rauschen T. (2012). The learning effects of computer
im zeitlichen Verlauf des Schalldrucks dargestellt simulations in science education. Computers &
werden kann.
19Frank, Thoms
Education 58(1), 136–153.
https://doi.org/10.1016/j.compedu.2011.07.017
Schweinberger, M., Watzka, B. & Girwidz, R.
(2019). Üben mit „stummen“ Experimentiervi-
deos. Naturwissenschaften im Unterricht Phy-
sik 30(173), 28–31.
Thoms, L.-J. (2020). Bestimmung der Erdbeschleu-
nigung mit mobilen Sensoren. Ludwig-
Maximilians-Universität München.
https://www.didaktik.physik.uni-
muen-
chen.de/materialien/neue_medien/erdbeschleun
igung/index.html#mobil
Thoms, L.‑J., Finger, A., Thyssen, C., & Frank, T.
(2020). Digitale Kompetenzen beim Experi-
mentieren fördern: Schülerexperimente zur
Messung der Periodendauer eines Fadenpendels
und zur Bestimmung des Ortsfaktors. Natur-
wissenschaften im Unterricht Physik, 31(179),
23–27.
Thyssen, C., Thoms, L.-J., Kremser, E., Finger, A.,
Huwer, J. & Becker, S. (2020). Digitale Basis-
kompetenzen in der Lehrerbildung unter beson-
derer Berücksichtigung der Naturwissenschaf-
ten. In M. Beißwenger, B. Bulizek, I. Gryl & F.
Schacht (Hg.), Digitale Innovationen und Kom-
petenzen in der Lehramtsausbildung (S. 77–
98). Universitätsverlag Rhein-Ruhr.
https://doi.org/10.17185/duepublico/73330
Zhang, M. & Quintana, C. (2012). Scaffolding strat-
egies for supporting middle school students’
online inquiry processes. Computers & Educa-
tion, 58(1), 181–196.
https://doi.org/10.1016/j.compedu.2011.07.016
20Sie können auch lesen
