Videoprojekt zur beschleunigten Bewegung

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Ausschnitt vom Internetauftritt des Archenhold-Gymansiums

Inhaltsverzeichnis

Ideen bewegen - Der Wettbewerb zur digitalen Schule

2013 startete die Initiative DIGITALE BILDUNG NEU DENKEN ihr bundesweites Programm zur Förderung der digitalen Bildung an Deutschlands Schulen.

Wie sieht Unterricht von heute und morgen in einer digitalen Gesellschaft aus? Welche methodischen und didaktischen Konzepte werden ihm zugrunde liegen? Was sollte sich organisatorisch ändern? Um Antworten auf diese und weitere Fragen zu erhalten, sind Ideen und Konzepte sowie der Erfahrungsaustausch zwischen Schulpraxis, Wissenschaft und Gesellschaft gefragt.

Die Initiative DIGITALE BILDUNG NEU DENKEN unterstützt engagierte Lehrerinnen und Lehrer, die ihre Schülerinnen und Schüler mit der Teilnahme am Wettbewerb für mehr digitales Lernen inspirieren und begeistern wollen.

Die Initiative DIGITALE BILDUNG NEU DENKEN stellt den ausgewählten Bewerbern für einen Projektzeitraum von bis zu sechs Wochen Tablets sowie weitere IT-Technologien aus der SAMSUNG SCHOOL SOLUTION für die Umsetzung ihrer digitalen Unterrichtsideen leihweise und kostenfrei zur Verfügung. Dazu gibt es vorbereitende Workshops sowie pädagogische und organisatorische Handreichungen.

Mehr Informationen zur Initiative unter https://www.i-dbnd.de/ .

Ich habe an der zweiten Runde des Wettbewerbes mit dem Thema VIDEOPROJEKT ZUR BESCHLEUNIGTEN BEWEGUNG teilgenommen. Das Projekt wurde in der Klasse 9/1 des Archenhold-Gymnasiums Berlin durchgeführt. Die Klasse ist eine Medienklasse, in er jeder Schüler ein eigenes Netbook hat.

Die Beschreibung meines Themas und der Ergebnisse erfolgt auf diesen Seiten.

Konzept, Projekt, Ideen, Ziele

Beschleunigte Bewegungsvorgänge treten in unserer Erfahrungswelt überall auf. Aber sie zu untersuchen, gestaltet sich oft schwierig, weil sie meist in relativ großer Geschwindigkeit ablaufen und somit die Zeiten und Wege für Schüler schwer zu messen sind. Daraus entstand die Idee, beschleunigte Bewegungsvorgänge zu filmen und anschließend via Videoanalyse auszuwerten. Damit die in der Schule vorhandenen experimentellen Möglichkeiten genutzt werden können, haben wir uns in der ‚Erarbeitungsphase’, wie übrigens schon Galileo Galilei, für das Rollen einer Kugel auf einer geneigten Ebene entschieden. Die Auswertung der Kugelexperimente ergibt Weg-Zeit-Diagramme der geradlinig, gleichmäßig beschleunigten Bewegung (ggbB) mit drei Graphen unterschiedlicher Anstiege, welche durch die Schüler interpretiert werden sollten. In der anschließenden ‚Aufbereitungsphase’ sollten über die Anstiege Geschwindigkeit-Zeit-Diagramme erstellt, daraus die Beschleunigung sowie das Weg-Zeit-Gesetz und das Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz der ggbB abgeleitet sowie Übungsaufgaben gelöst werden.
In der abschließenden ‚Anwendungsphase’ sollten alle neuen Erkenntnisse in einen Anwendungsbezug gestellt werden. In allen Phasen sollte das Tablet eingesetzt werden.

Umsetzung der Unterrichtsidee

Experimentelle Erarbeitungsphase:
Schon in der Vorbereitungsphase sind wir nach einigen vergeblichen Versuchen mit Videoprogrammen dazu übergegangen, den geplanten Bewegungsprozess mittels einer Kamera zu fotografieren. Dazu haben wir die kostenlose App ’Fast Burst Camera’ verwendet, die in sehr schneller Folge Fotos macht. Zwar tritt auch hier das Problem auf, dass je schneller die Kugel rollt, die Bilder immer unschärfer werden, aber man kann sie dennoch auswerten. (Das ist bei den vorher gemachten Videos leider nicht gelungen, aber mit besseren Kameras in den Tablets sicher bald möglich.) Da nun noch das Problem der Zeitmessung bestand, haben wir einfach eines der Tablets als Timer verwendet. Dafür gibt es sehr viele Apps, wir haben die kostenlose App ‚Stopwatch’ verwendet. Aus den Bildern haben wir nun den Weg zu bestimmten Zeiten abgelesen. (Die verwendeten geneigten Ebenen hatten eine Längeneinteilung.) Zur Auswertung der Messwerte haben wir uns für das Tabellenkalkulationsprogramm der kostenlosen App AndrOpenOffice entschieden. Sie entspricht am ehesten den Programmen, die die Schüler schon kennen und man kann (wenigstens im Ansatz) bei graphischen Darstellungen Trendlinien hinzufügen. (Als Alternative besteht am Tablet ja die Möglichkeit, die Trendlinie per Hand einzuzeichnen.) Das vollständige Protokoll (einschließlich Foto vom Versuchsaufbau) haben einige Schüler dann im entsprechenden Textverarbeitungsprogramm vom AndrOpenOffice geschrieben, die meisten Schüler haben S-Note verwendet.
‚Aufbereitungsphase’:
In dieser Phase haben die SchülerInnen größtenteils mit S-Note gearbeitet. Die Übungsaufgaben zum Thema wurden überwiegend aus dem uns für den Projektzeitraum von www.digitale-schulbuecher.de zur Verfügung gestellten Physikbuch DORN/BADER – ‚Physik in einem Band’ ausgewählt. Die SchülerInnen haben ausgewählte Abschnitte gelesen, Aufgabenstellungen aus dem digitalen Schulbuch kopiert, in das Übungsdokument eingefügt, am Tablet bearbeitet, verglichen und anschließend ausgedruckt.
‚Anwendungsphase’:
Im dritten Projektteil war die Verfahrensweise identisch mit dem ersten Teil, es wurde jedoch ein realer Bewegungsablauf, das Anfahren mit Fahrrädern, analysiert. Dazu haben wir die Bewegungsvorgänge auf dem Schulhof gefilmt. Als Wegintervalle wurden kleine Hütchen aufgestellt, die Zeitmessung erfolgte wieder über Tablets, die von Schülern gehalten wurden. Anschließend wurden die Messergebnisse von den Schülern anhand der Fotos notiert, Diagramme erstellt, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ermittelt. In allen Phasen des Projektes, in jeder Projektstunde wurde bis auf die experimentellen Gegenstände ausschließlich das Tablet verwendet. Die ausgedruckten Arbeitsergebnisse wurden im Anschluss dem Hefter beigefügt, da wir die Tablets ja wieder abgeben mussten ;) Jede Medienklasse unserer Schule hat ein (nichtöffentliches) Klassenwiki. In dieses wurden die Arbeitsergebnisse ebenfalls übertragen. Insgesamt haben die SchülerInnen 19 Unterrichtsstunden an den Tablets gearbeitet.

Orientierung an den internen und externen Lernzielen

Das Projektthema orientiert sich am Berliner Rahmenplan für die Sekundarstufe 1 – Physik Thema P4 9/10 ‚Schneller werden und bremsen’ im Themenfeld Mechanik.
Hier heißt es u.a.: Die SchülerInnen
- nehmen Messreihen auf, zeichnen Diagramme und interpretieren sie.
- entwickeln verschiedene Beschreibungsmöglichkeiten von Bewegungen.
- kennen den Begriff Beschleunigung sowie das Weg-Zeit-Gesetz und das Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz der gleichmäßig-beschleunigten Bewegung (gbB).
- präsentieren Lösungen zu Anwendungsaufgaben und verwenden sachgerecht physikalische Begriffe und Größen bei der Erklärung.
In den Rahmenplänen wird jedoch in zunehmendem Maße auch der ‚kompetenzorientierte Wissenserwerb’ gefordert. Nach Weinert versteht man unter Kompetenz kurz den willentlich handelnden Umgang mit Wissen. In der Physik spricht man im Speziellen von der naturwissenschaftlichen Handlungskompetenz, die aufgegliedert ist in das Fachwissen, die Erkenntnisgewinnung, die Kommunikation und die Bewertung. Insbesondere bei der Erkenntnisgewinnung kann die Arbeit mit den Tablets besondere Vorteile bieten. Denn die Naturwissenschaften nutzen als grundlegendes wissenschaftsmethodisches Verfahren die Beobachtung und das Experiment. Durch die schnell ablaufenden Prozesse bei der beschleunigten Bewegung kann man die Beobachtungen und Messungen nicht ohne umfangreichere Hilfsmittel durchführen. An dieser Stelle gibt es drei mögliche Vorgehens¬weisen. Man kann Beobachtungsergebnisse vorgeben. Dies steht jedoch im Widerspruch zu den Anforderungen des Rahmenlehrplanes an die Kompetenzentwicklung, denn die SchülerInnen haben dann weder einen handelnden Umgang mit Wissen, noch ist dieser willentlich. (Dies trifft übrigens zum großen Teil auch auf die Verwendung von Computersimulationen auf Lernplattformen zur geradlinig beschleunigten ggbB zu.) Die zweite Möglichkeit besteht in den üblichen Schulexperimenten zu diesem Themengebiet. Dabei werden die o.g. umfangreichen Hilfsmittel, wie z.B. Lichtschranke, Lasermesser oder Rollrad verwendet. Man erhält sehr gute Messergebnisse, aber die Experimente werden wegen ihres komplizierten Aufbaus meist als Demonstrationsexperimente durchgeführt. Die Vorgänge laufen ebenfalls sehr schnell ab und der Lehrer gibt eigentlich abermals fast alles vor. Auch hier bleibt die Schüleraktivität auf der Strecke.
Eine dritte Vorgehensweise ist das Experiment durch die Schüler mithilfe von Videoanalysen oder Tablets. Sie erfüllt alle oben genannten Anforderungen des Lehrplans an die Kompetenzentwicklung.

Didaktisch-methodischer Ansatz

Das Tablet wird in diesem Projekt als Messwerterfassungssystem, zur Messwertanalyse sowie zur Dokumentation eingesetzt. Nach einer kurzen Einführung in das Thema erfolgte eine individuelle Planung, Durchführung und Auswertung der Experimente durch die SchülerInnen, wodurch eigenverantwortliches und selbständiges Arbeiten im Sinne der Kompetenzentwicklung gefördert wurde. Die Schüler haben in Gruppen von 3 bis 4 Schülern gearbeitet. Jeweils ein Schüler hat mit seinem Tablet die Zeitmessung übernommen, ein zweiter Schüler hat das Experiment gefilmt, die anderen haben den eigentlichen Versuch durchgeführt. Anschließend wurden die Fotos einer ersten Analyse unterzogen, das Experiment wiederholt oder die Fotos an alle SchülerInnen der Gruppe verteilt. Diese Phase war durch ein hohes Maß an individueller Planung und Kommunikation gekennzeichnet. Die Auswertung erfolgte durch jeden Schüler auf seinem Tablet, wobei auch hier viel Kommunikation zwischen den Schülern stattgefunden hat, sowohl inhaltlich als auch zur Verwendung der verschiedenen Auswertungsprogramme.
Das ganze Verfahren wurde anschließend noch mit zwei weiteren Anstiegswinkeln durchgeführt.
Die ‚Aufbereitungsphase’ war durch Unterrichtsgespräche und betreute Schülertätigkeit gekennzeichnet.
In der ‚Anwendungsphase’ wurde wieder eigenverantwortlich und selbständig durch die Schüler gearbeitet. Hier kam zum Tragen, dass der Einsatz eines Tablets mobiles Lernen auch außerhalb des Klassenzimmers ermöglicht.


Ergebnisse und Erfolge der Unterrichtsidee

Erst einmal kann festgehalten werden, dass die im Rahmenplan vorgegebenen inhaltlichen Ziele alle erreicht werden konnten. Wir haben das Projekt nicht hauptsächlich wegen der Initiative IDEEN BEWEGEN durchgeführt, sondern weil das Thema ggbB Bestandteil unsere Rahmenplanes und Schulcurriculums ist.
Außerdem haben wir den für viele von uns völlig neuen Umgang mit Tablets ausprobiert, erlebt, erlernt. Auch wenn uns die Tablets in Zukunft nicht zur Verfügung stehen werden, werde ich das Thema in ähnlicher Form (allerdings mit ‚vorproduzierten Videos’) genau so wieder unterrichten.

Erfahrungen

Unsere mit den Tablets gemachten Erfahrungen sind sehr vielschichtig. Erst einmal muss hier erwähnt werden, dass das Projekt in einer Medienklasse unserer Schule durchgeführt wurde, in der jeder Schüler ein eigenes Netbook besitzt und im Unterricht einsetzt, die Lehrer und auch der überwiegende Teil der Schüler aber zum ersten Mal überhaupt mit einem Tablet gearbeitet haben. Es ging jedoch sehr schnell, sich in das neue Medium einzuarbeiten. Hier war auch von Nutzen, dass die Schüler und Lehrer in den Netbookklassen es gewöhnt sind, sich gegenseitig bei der Anwendung neuer Technik und Programme (bzw. hier Applets) zu helfen. Die Auswahl der benötigten Applets war langwierig und nicht leicht (und höchstwahrscheinlich auch nicht die beste Wahl), aber hier fehlte einfach die Erfahrung.
Die Kugelexperimente haben gut geklappt, die Messwerte waren größtenteils sehr gut zur Weiterverarbeitung geeignet. Allerdings gab es Probleme bei der Auswertung der Experimente. Die Schüler sind es gewöhnt, mit Tabellenkalkulationsprogrammen zu arbeiten. Die von uns verwendete App AndrOpenOffice hat die Tablets jedoch an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit (und die Schüler an die Grenzen ihrer Geduld) gebracht. Die App (sowie auch die vorinstallierten Möglichkeiten zur Messwerteauswertung) ist nicht sehr komfortabel und auch oft abgestürzt. Mit vielen Wiederholungsversuchen konnten jedoch dann noch annähernd die gewohnten Ergebnisse erzielt werden. Hier sind die SchülerInnen sehr zu loben, weil sie Beharrlichkeit und Ausdauervermögen gezeigt haben. In der Anwendungsphase haben wir zuerst versucht, mit einer Beschleunigungsapp zu arbeiten, um den Beschleunigungssensor der Tablets zu nutzen, was aber leider nicht wie gewünscht funktioniert hat. Dazu durchgeführte Fahrstuhlfahrten haben keine verwertbaren Ergebnisse erbracht. Aufgrund der kurzen Zeit war eine langwierige Fehleranalyse jedoch nicht möglich. Wir sind dann zum Fahrradprojekt übergegangen, was wieder erfolgreich war.
Kleines Fazit: Im Vergleich zu den sonst im Unterricht verwendeten Netbooks bieten die Tablets die tolle Möglichkeit, Film- und Fotoaufnahmen in einfacher Weise zu realisieren. Auch die Arbeit mit S-Note und dem S-Pen hat den SchülerInnen Spaß gemacht. Sie fanden es schön, keine Aufzeichnungen ‚per Hand’ in den Hefter schreiben zu müssen. Die Arbeit mit dem Tabellenkalkulationsprogramm empfanden sie aufgrund der genannten Defizite als anstrengend.

Mehrwert des Einsatzes digitaler Medien zu klassischen Lern- und Lehrmethoden

Nach dem Mehrwert des Einsatzes digitaler Technik gefragt, ist meine Antwort immer zuerst: Der Unterricht macht den Schülern und mir einfach viel mehr Spaß. Das ist auch immer noch meine Hauptmotivation, mich beständig weiter zu entwickeln und diese Aussage trifft im Besonderen auch auf dieses Projekt zu. Das häufigste Feedback auf die Frage nach dem Tabletprojekt war: ‚Es hat Spaß gemacht’ und was gibt es Schöneres über Unterricht auszusagen. Ein Grund für den ‚Spaßfaktor’ liegt sicher darin, dass man beim Einsatz digitaler Medien auf die Erfahrungswelt der Schüler zugreift. Sicher spielt hier auch hinein, dass Schüler ab und zu das Gefühl haben, mehr zu wissen, als der Lehrer. Ich sehe darin übrigens auch einen Vorteil für mich, denn ich lerne beständig dazu. Speziell auf unser Projekt bezogen, sehe ich verschiedene Vorteile, von denen ich drei aufzählen möchte:
- Im Gegensatz zu Messungen ‚per Hand’ können mit dem Tablet eine Vielzahl mehr Messwerte mit höherer Genauigkeit von den Schülern selbst aufgenommen und auch in kürzester Zeit ausgewertet werden.
- Die Dokumentation der experimentellen Ergebnisse und auch der Erarbeitung neuen Unterrichtsstoffes verbunden mit entsprechenden Übungen kann auf dem Tablett mehrfach korrigiert und erst dann ausgedruckt werden. So kann man übersichtliche Dokumente erhalten. (Hier war ich mit den Ergebnissen der Schüler noch nicht ganz zufrieden, aber das ist natürlich eine Sache der Übung.)
- Die Übertragung von Arbeitsergebnissen ins Wiki ist sehr einfach, weil sie ja sowieso schon digital vorliegen. Langfristig kann man so auch auf das Ausdrucken verzichten, aber momentan haben fast alle Schüler und Lehrer gern noch ein Stück Papier in der Hand ;)

Projektabschluss

Abschließend zuerst eine kleine Danksagung: Ich bedanke mich besonders bei Herrn Weiß, mit dem ich schon die Projektidee intensiv besprochen habe und der mir die ganze Zeit mit Rat und Tat zur Seite gestanden und Einiges von seiner Freizeit investiert hat. Außerdem gilt mein Dank Herrn Geschinsky, Herrn Ogrisek und Herrn Uhlig, die mir in unterschiedlicher Weise, aber im jeweiligen Moment immer sehr geholfen haben. Nach 49 Mails zum Projekt, .. Stunden meiner Freizeit, die ich in das Projekt investiert habe, mit einem Projektordner, der bei einer Größe von 2,6GB 255 Dateien enthält, kann ich festhalten, dass mich das Projekt viel Zeit, Kraft und Energie gekostet hat, dass ich aber auch sehr viel Neues gelernt und erlebt habe und dass ich deshalb wirklich froh bin, an dem Projekt teilgenommen zu haben.

Benutzer:Susanne Kneiske

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