Physik aktiv und vernetzt lernen
im Inverted Classroom Ansatz
Anlage für den Vorschlag zum Landeslehrpreis 2023 von Dr. Martina Brandenburger
Vor dem Hintergrund eines MINT Fach- und Lehrkräftemangels ist es in diesem Bereich besonders notwendig, hochschulseitig Studierende in ihrem Lernprozess durch aktivierende Angebote bestmöglich zu unterstützen. Insbesondere die Fachrichtung Physik hat den Ruf, schwierig und wenig zugänglich zu sein. Traditionelle, zeitlich und inhaltlich dichte Vorlesungen lassen den Studierenden nur wenig Raum, um Inhalte konzeptuell zu durchdenken. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, wurde für Studierende des BA Lehramts Sekundarstufe 1 an der Pädagogischen Hochschule Freiburg ein Konzept zum aktiven und vernetzen Lernen im „Inverted Classroom Ansatz“ entwickelt, das sich besonders durch die begleitenden Materialien auszeichnet. Die Materialien umfassen verschiedene barrierearme Zugänge (Videos mit Untertitel, Skript) und sorgen durch aufeinander abgestimmte Lern- und Übungsaufgaben für eine kohärente Vorbereitung. Durch die Arbeit in den methodisch abwechslungsreichen Präsenzsitzungen wird die Kommunikation über physikalische Sachverhalte ermöglicht und gefördert
Beispielmaterialen aus der Elektrodynamik
Die Inhalte der Vorlesungen wurden in 14 Module unterteilt, die als Playlists organisiert sind. Jede Playlist deckt die zu erarbeitenden Inhalte einer Woche ab. Die Themen sind in kleinere Lerneinheiten unterteilt, wodurch die Studierenden individuellen Lernwegen nachgehen und gezielt Themenbereiche zur Erarbeitung / Wiederholung auswählen können. Dabei sind einzelne Videos maximal 15 Minuten lang.
Die einzelnen Videos beinhalten die zu erarbeitenden Inhalte der Physik sowohl auf qualitativer Ebene (Begriffe, Konzepte, Vorstellungen) als auch auf quantitativer Ebene (mathematische Modellierungen und Verfahren) und werden durch Experimente, Beispielrechnungen und Ausblicke ergänzt. Um einen barrierearmen Zugang zu ermöglichen, wurden für alle Videos Untertitel hinterlegt.
Elektrische Felder beschreiben die Kraftwirkung zwischen Ladungen. Im Video wird dies für einzelne Ladungen und kontinuierliche Ladungsverteilungen diskutiert. Hierbei werden zunächst qualitative Grundlagen geschaffen (z.B. Was bedeutet „Feld“? Wie kann man von einer Punktladung auf eine Ladungsverteilung schließen?) und darauf aufbauend die quantitativen Zugänge (z.B. Wie wird das E-Feld mathematisch modelliert? Wie kann das E-Feld einer Ladungsverteilung berechnet werden?) dargestellt.
Feldlinien sind ein qualitativ anschaulicher Zugang, um die räumliche Verteilung der Kraftwirkung von elektrischen Ladungen zu visualisieren. Im Video wird u.a. dargestellt, aus welchen Überlegungen Feldlinienbilder abgeleitet werden, wie konkrete Feldlinienbilder verschiedener Ladungsverteilungen aussehen. Hierbei werden auch typische Lernschwierigkeiten (zweidimensionale vs. dreidimensionale Darstellung) und Alltagsbezüge (Funktionsweise Faraday'scher Käfig) thematisiert.
Die Inhalte der Videos wurden in einem Skript verschriftlicht. Überschriften am Seitenrand vereinfachen die Navigation im Dokument. Link Auszug aus dem Skript E-Feld und Feldlinien
Am Ende jedes Kapitels befindet sich eine Checkliste mit den zu erreichenden Lernzielen.
Verzahnung der Materialien innerhalb eines Themenbereichs
Die Inhalte der Lern- und Übungsaufgaben wurden passgenau auf die zu erarbeitenden Inhalte der Videos erstellt.
Bearbeitung der Lernaufgaben.
Qualitative Beschreibung des Vorgehens in eigenen Worten und Kommentieren eines quantitativen Beispiels.
Bearbeitung / Besprechung der Übungsaufgaben.
Selbstständige quantitative Bestimmung des E-Felds einer Ladungsverteilung.
