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Vorteile und Einsatz von Computersimulationen im Unterricht

Welche Vorteile bieten Computer-Experimente im Unterricht? Vor- und Nachteile des CPU

  • Interaktive Auseinandersetzung mit physikalischen Inhalten (entdeckender Unterricht)
  • Der Zusammenhang verschiedener physikalischer Größen kann durch die einfache Veränderung einzelner Parameter in der Simulation beobachtet werden.
  • Direkte Veranschaulichung physikalischer Gesetzmäßigkeiten durch Simulationen, Animationen und Diagramme
  • Reproduzierbarkeit ermöglicht Üben
  • Simulationen ersetzen Experimente, die schwer zugänglich, zu aufwändig, zu teuer oder zu gefährlich sind
  • Simulationen ersetzen Experimente, wenn das System nicht beobachtet werden kann oder zu komplex ist
  • Sowohl das Computerexperiment als auch dessen Auswertung können am Computer durchgeführt werden.
  • Verstärkte Motivation durch spielerischen Zugang zu den Wissensbereichen am Computer
  • Förderung fächerübergreifenden Lernens
  • Vernetzung der Kenntnisse aus Physik, Mathematik und Informatik für die Auswertung und Interpretation der Ergebnisse aus Experiment und Simulation
  • Jeder Schüler hat ggf. die Möglichkeit, das Computerexperiment im Computer-Saal selbst durchzuführen.
  • Stärkung von Handlungskompetenzen.
  • Partner- oder Gruppenarbeit führen die Schüler aus der Rolle reiner Wissenskonsumenten heraus und fördern die Fähigkeiten im eigenverantwortlichen, kooperativen Lernen.

 

Welche Fertigkeiten und Kompetenzen werden durch Computersimulationen geschult?

  • Beobachten und Interpretieren von experimentellen Abläufen
  • Richtiges Ablesen und Interpretieren von Diagrammen
  • Interpretation von Messergebnissen und Messungenauigkeiten
  • Beurteilung von Messfehlern
  • Das Ablesen von Messwerten aus den Diagrammen der Computersimulation ist, wie bei einem realen Experiment, mit Fehlern behaftet und muss vom Schüler entsprechend bewertet werden.
  • Erkennen funktionaler Abhängigkeiten physikalischer Größen durch einfache Variation von Parametern
  • Erklären, Formulieren und Mathematisieren dieser Zusammenhänge
  • Förderung der Medienkompetenz bei der Recherche nach physikalischen Themen und Problemlösungen im Internet

 

Durch den Einsatz von Computerexperimenten werden, wie bei realen Experimenten auch, neben kognitiven auch Handlungskompetenzen gefördert und gestärkt.

Welche Software unterstützt pyhsikalische Simulationen?

  • Applets aus dem Internet (s. Links)
  • Yenka Physik
  • Interactive Physics
  • Albert (outdated)
     

Wie kann man den Computer im Physikunterricht einsetzen? 

Wegen des höheren erforderlichen Abstraktionsniveaus von Computerexperimenten, welches nicht von allen Schülern vorausgesetzt werden kann bzw. erreicht wird,  ist es empfehlenswert, vorher auch das reale Experiment durchzuführen, falls dies möglich ist.  Dies veranschaulicht zuerst den realen Vorgang, der später durch physikalische Modellbildung und Simulation abstrahiert wird. Die Simulation soll das Realexperiment ergänzen und nicht ersetzen.

Da die didaktische Qualität der Simulationen alleine i. A. nicht ausreicht um konkrete Lernziele zu erreichen, ist es von großer Bedeutung, dass  Arbeitsblätter vorbereitet werden, die dann z.B. in Form einer Partnerarbeit von den Schülern bearbeitet und ausgewertet werden können. Sie haben die Funktion eines Leitfadens für die Bedienung des Programms und legen die Reihenfolge der Erarbeitung konkreter Lehrinhalte fest.
 
Mit Hilfe dieser Arbeitsblätter können die Schüler die Ergebnisse ihrer Experimente am Computer in Form von Tabellen, Diagrammen und Formeln etc. dokumentieren und anschließend auswerten und interpretieren. Sie können vom Lehrer zur Überprüfung der Mitarbeit und des Lernerfolges herangezogen werden. Die Bearbeitung der Arbeitsblätter für die Computersimulation stellt i. d. R. nur einen Teilbereich bei der Erarbeitung der geplanten Lehrinhalte dar und sollte in eine Gesamtplanung eines kompetenzorientierten Unterrichts sinnvoll eingebettet sein.

Nach der Durführung des Computerexperiments sollte den Schülern die Möglichkeit geboten werden, ihre Messergebnisse und Interpretationen mit den richtigen Ergebnissen zu vergleichen und Abweichungen davon ggf. mit dem (der)  LehrerIn zu diskutieren.
Eine abschließende Zusammenfassung durch den Lehrer der durch die Lehrzielformulierung festgelegten Inhalte ist empfehlenswert.