Digitalisierte Experimente
Auf dieser Seite finden Sie alle interaktiven Videos, die in dem Seminar Fachdidaktische Vertiefung der modernen Physik aus dem Sommersemester 2020 von Student*innen erstellt wurden. Die Texte dazu sind die didaktischen Überlegungen von Seiten der Student*innen.
Zu den interaktiven Experimentiervideos aus anderen Semestern
Elektrolyse mit Knallgasprobe
Zu Beginn haben wir das Lernziel des Versuches definiert, damit sowohl die Lehrperson, die das Video einsetzen will, als auch die Lernenden, die anhand des Videos experimentieren, wissen worauf der Fokus des Versuchs liegt.
Danach haben wir den Versuchsaufbau als ausklappbare Icons eingefügt, so dass man direkt die Namen der verwendeten Geräte sieht und bei Bedarf die Beschreibung der Geräte durchlesen kann.
Die darauffolgende Hypothesenbildung dient der Strukturierung des Versuches und kann den Lernenden einen Hinweis darauf geben, worauf sie achten sollten.
Außerdem haben wir zur Erklärung der Beobachtung beim Zersetzungsvorgang eine Animation eingefügt, damit die Lernenden eine weiterführende Erklärung und Veranschaulichung haben, falls der Vorgang durch das Video und den dort eingesetzten Text nicht klar wurde.
Da der Zersetzungsvorgang insgesamt sehr lang ist, gibt es die Möglichkeit diesen vorzuspulen. So wird den Lernenden beim Anschauen des Videos nicht irgendwann langweilig, weil nichts neues passiert.
Zur Durchführung der Knallgasprobe sind die einzelnen Schritte wieder durch Icons beschrieben, damit die Aufmerksamkeit beim Anschauen immer darauf gerichtet ist, was gerade passiert und genau klar ist, was getan wird.
Die Möglichkeit die Knallgasprobe zu wiederholen oder zur Nahaufnahme zu springen ist hilfreich, falls diese für manche zu schnell war oder sie kurz unaufmerksam waren. Dadurch können sie diese Stelle einfach noch einmal anschauen oder weiterschauen.
Für den Vergleich der Reagenzgläser haben wir Beschriftungen hinzugefügt, damit den Lernenden klar ist, was sie sich hier genau anschauen und was das mit der Reaktion zu tun hat.
Die Frage was man bei dem Versuch beobachten konnte am Ende wirkt als eine Art Selbstkontrolle. So herrscht am Ende Klarheit darüber, was passiert ist.
Durch die Erklärungen am Ende wird dann noch einmal Bezug auf das Lernziel vom Anfang hergestellt, wodurch alle eine einheitliche Erklärung für den Versuch haben.
Sehr hilfreich war das Feedback, bei der Hypothesenbildung eine Art Rückmeldung zu geben und dadurch den Lernenden eine Erklärung zu liefern, wieso ihre Antwort falsch oder richtig ist. Außerdem gab es auch Feedback zu bestimmten Formulierungen, welches sehr hilfreich war, da man sowas selbst nicht immer sieht.
Das Video kann im Unterricht in der 10. Klasse sehr gut fächerübergreifend als eine Art Transferaufgabe eingesetzt werden, um einen Bezug zwischen Physik- und Chemieunterricht herzustellen, da in beiden Fächern das Atom- und Teilchenvorstellungen eine große Rolle spielen und im Chemieunterricht auch häufig die Knallgasreaktion durchgeführt wird.
Kamran Raza und Weitere
Feldemissionsmikroskop
Vorgehensweise & Schwierigkeiten bei der Gestaltung des Videos
- Zuerst haben wir uns das Video komplett angeschaut und haben die Ideen, die wir währenddessen bekommen haben, sprunghaft bearbeitet
- Zum Ende hin haben wir das Video linear bearbeitet, um zu kontrollieren, was bearbeitet wurde und was nicht und um uns in die Bearbeitungsweise eines Schülers/ einer Schülerin hineinzuversetzen
- Durch die Komplexität des Versuchs fiel es schwer zu filtern, welche Informationen unbedingt notwendig sind. Wir haben zuerst zu viel gefiltert.
- Es war unklar, an welche Lerngruppe es adressiert ist. (Vorwissen)
Hilfreiches Feedback
- Es war im Allgemeinen nicht einfach, sich bei diesem Versuch in SuS hineinzuversetzen, da wir das Vorwissen bereits (teilweise) haben
- Feedback: Lernziel fehlt – nach weiteren Überlegungen haben wir uns dazu entschieden, das Lernziel nur knapp zu formulieren, um „die Spannung“ und die Auswertung nicht vorwegzunehmen.
- Versuche so simpel wie möglich halten: Mit Absicht wurde nur das für den Versuchsablauf unmittelbar wichtige beschriftet/erklärt
- Peerfeedback: Offene Fragen: Einige Fragen haben wir umgesetzt.
Unterrichtsszenario, in welchem man das Video einsetzen könnte
- Das Video eignet sich nicht als Einstieg, eher als Vertiefung des Themas, um noch einen genaueren Einblick in die Teilchenstruktur zu geben
- Lehrplan (G9): Einordnung in 7.2. Teilchenbild der Materie, weil die Erkenntnisse des Versuchs sehr elementar auf die Teilchenvorstellung abzielen
- Video kann besonders dann gut genutzt werden, wenn kein Feldemissionsmikroskop an der Schule vorhanden ist
- SuS können so den Versuch sozusagen selbst durchführen und es ist kein reines Demonstrationsexperiment
- Die SuS können sich interaktiv durch den Versuch hangeln, ohne dass in großem Maß Materialien für ein Schülerexperiment vorliegen müssen
- Elementarisierung: Es ist bei diesem Versuch nicht sinnvoll, jedes Detail zu erklären, weil das für die siebte Klasse zu komplex ist.
Viktoria Stock und Weitere
Teilchen in der Rauchkammer
Vorgehensweise & Schwierigkeiten bei der Gestaltung des Videos
- Zuerst wollten wir einen Rahmen abstecken – was allgemein in dem Video passiert
- Dann haben wir die Materialien beschriftet
- Lernende sollen Hypothese bilden, die später überprüft wird – soll SuS durchs Video führen
- Auswertung der Beobachtungen der SuS am Ende des Videos
- Wollten SuS Aspekt geleitet führen
- Sequenzen sind sehr lang, deswegen können wenige Fragen gestellt werden → Möglichkeiten vorzuspulen eingebaut
Feedback, das hilfreich war und umgesetzt wurde
- Vertiefungsangebote und Differenzierung starke und schwache Schüler.
- Nach Aufpoppen des Icons „zur Nahaufnahme“ habe ich die Erklärungen nicht mehr gesehen, was eigentlich passiert und man wird auch nicht nochmal zurückgeführt.
→ erst später zur Nahaufnahme führen oder zurückführen - Externe Quellen die den gegebenen Sachverhalt vertiefen.
- Geleitete Hypothesenbildung (die meisten Schüler*innen werden sich ansonsten vermutlich keine Gedanken darüber machen, was sie sehen werden)
- Bei dem allerersten Erklärtext sollte dringend eine Hintergrundfarbe eingestellt werden, da sich die Schrift mit dem Mikroskop überlagert und einige Wörter unlesbar sind.
- Gegen Ende des Videos stellt ihr die Frage, wie sich die Teilchen verhalten – auch im Vergleich zu den anderen Teilchen. Zuvor sollte man jedoch nur auf ein einzelnes Teilchen achten und nicht noch auf den Vergleich zu anderen Teilchen. Vielleicht könnte man den Vergleich in die Beobachtungsaufgabe mit einbeziehen.
- Ansonsten finde ich das Video gut, auch mit den Sprüngen, sodass man die Zeit, in der man eine Ebene betrachtet verkürzen kann, wenn man will. Nur lasst eventuell den ersten Sprung weg, da kein Rücksprung eingebaut ist und man so einige Teile (z.B. Versuchsziele etc.) überspringt.
- Die Formulierung der Auswertung schülernaher formulieren
- Luft als das, was uns umgibt mit darin enthaltenen Teilchen
- Eingespritzt statt eingezogen
- Ebenen= gezoomt/ anderes Objektiv
- Infobutton zur Zoomfahrt erstellen
- Grüner Laser ist immer an, sieht man erst wenn Rauch eingespritzt ist
- Erste Nahaufnahme raus
- Ziel: Brownsche Molekularbewegung rausnehmen
- Zweite Nahaufnahme früher beginnen
Unterrichtsszenario, in welchem man das Video einsetzen könnte
- Wir würden das Video in der Oberstufe (Q3?) einsetzen (Teilchenmodell)
- Als Einführung zum Thema Teilchen und Atome (kennen an sich Teilchen schon aus Chemie)
- Veranschaulichung der Bewegung von Teilchen, damit diese nicht nur theoretisch bleibt
- Eignet sich zum Zuhause bearbeiten (Homeschooling)
Bilden und Lösen von Salzkristallen
Bei der Gestaltung des Videos haben wir so begonnen, dass wir uns zu dritt die Arbeitsschritte geteilt haben. Der Umgang mit dem Video war nicht sehr einfach für uns, da wir zum ersten Mal mit diesem Programm gearbeitet haben. Aus diesem Grund hatten wir einige Kleinigkeiten im Video nicht bemerkt, die wir noch verbessern mussten. Die Buttonauswahl haben wir nicht richtig getroffen, sodass unerwünschter Inhalt mit aufgetaucht ist. Aus diesem Grund fanden wir die Kritik ziemlich hilfreich, denn jetzt haben wir unser Video nochmals überarbeitet und auf solche Details geachtet.
Unser Video kann sowohl im Physik- als auch Chemieunterricht eingesetzt werden, da es ein fächerübergreifendes Thema beinhaltet. Ab der 8. Klasse kann dieses Video eingesetzt werden, sobald man das Thema Salze, Ionenbindungen oder De-/Hydratisierung unterrichtet.
Yusuf Yücel und Weitere
Das Ei im Salzwasser
Vorgehensweise bei der Gestaltung des Videos
Wir haben uns die Videosequenzen gerecht aufgeteilt und uns gegenseitiges Feedback gegeben über die aufgeteilte Arbeitszuweisung. Inhaltlich haben wir uns stark auf die Veränderung der Dichte, bei Zugabe und Verrühren des Salzes im Wasser konzentriert, wodurch die Erklärung mithilfe des Teilchenmodells nicht stattgefunden hat. Mithilfe des gegenseitigen Feedbacks und dem Dialog innerhalb der Partnerarbeit, sind uns viele verschiedene Methoden zur Verbesserung unseres Videos eingefallen. So kamen wir zum Beispiel auf die Idee eine Analogie „zum Totenmeer“ herzustellen. Schwierigkeiten gab es bei uns mit dem Umgang der Videosequenz, in der lange das Salz im Wasser verrührt wird. Wir wussten zu Beginn nicht wie wir den SuS, diese Videosequenz ausschmücken könnten. Dennoch haben wir versucht durch Multiple-Choice und Single-Choice Fragen, das Video noch interessant zu halten. Dadurch kam das nächste Problem zum Vorschein, denn bei den Multiple -Choice Fragen gelang es uns ein Feedback zu den Antworten zu geben. Bei den Single-Choice-Frage hat das nicht unbedingt funktioniert, wodurch die SuS nicht wussten, warum ihre Antworten richtig oder falsch sind.
Welches Feedback war uns am hilfreichsten?
„Zur Verbesserung würde ich vorschlagen, die Items mit den Fragen auffälliger zu gestalten, da diese leicht übersehen werden könnten. Hier könnte einfach etwas zu dem Icon geschrieben werden, beispielsweise „Frage 1“. Eventuell könnte man außerdem die Möglichkeit bieten die lange Umrührsequenz, in der nichts Interessantes passiert vorzuspulen. Auch der Vorher-Nachher- Vergleich ist grundsätzlich ein sehr gutes Mittel, allerdings kann man nachdem man darauf geklickt hat nicht wieder zurück an die Nachher-Stelle. Hier könnte es sich auch anbieten einen Screenshot der Vorher-Stelle einzufügen. Eine weitere kleine Anmerkung ist, dass an der Stelle 3:15 die Frage leider nicht komplett sichtbar ist.“
„Nicht Sie sondern du verwenden, wenn die Schüler*innen angesprochen werden, da es sich um ein Schülervideo handelt (siehe Tipp 1:41)“
Es gab auch durchweg gutes Feedback, was unsere gute Zusammenarbeit nochmal bestätigt.
Was wir von den Feedbacks mitnehmen können
- SuS sollten persönlich angesprochen werden
- Komplettes Videomaterial bezieht sich auf die Schüler
- Kleinigkeiten können den Videofluss behindern
Unterrichtsszenario
Klassenstufe: 6-8
Zeitpunkt im Unterricht (Ablauf – 45 minütig):
- Schüler sammeln sich in ihren Gruppen, mit jeweils drei SuS, ggf. zwei SuS (5 Minuten) (wurde zuvor vom Lehrer/ Lehrerin eingeteilt, Experiment Material steht jeder Gruppe schon zur Verfügung)
- SuS experimentieren in ihren Gruppen (5-10 Minuten)
- SuS sammeln sich im Computerraum und setzen sich zu ihren Gruppen (5-10 Minuten)
- SuS schauen sich, dass vom Lehrer kommentierte Video an; Schüler können Fragen beantworten und ihre eigenen Erkenntnisse reflektieren (15 Minuten)
- Schüler-Lehrer-Gespräch, in denen das Ziel des Experiments nochmal formuliert wird und die SuS ihre Anregungen und ihr Feedback zur abgelaufenen Stunde geben können. (5-15 Minuten)
- Reflexionsgespräch nochmal am Anfang der nächsten Unterrichtseinheit anhängen, damit der Lehrer/ Lehrerin herausfindet, ob die SuS mithilfe der Videos die Inhalte verinnerlichen konnten. (5-10 Minuten am Anfang der nächsten Einheit)
Wichtigkeit des Themas für SuS
Das Thema Schwimmen, Schweben, Sinken ist für die SuS relevant, da es ihnen in ihrem täglichen Leben begegnet. Wie wichtig das Wissen über dieses Thema ist, verdeutlicht die Empfehlung, dass kleine Kinder schwimmen lernen sollten. Ohne Schwimmflügel oder einer Luftmatratze sinkt ein Mensch zu Boden. Ebenso ist der Begriff „Dichte“ für das Verständnis der Umwelt von Bedeutung. Die SuS begegnen Phänomenen, die ohne dieses Verständnis kaum nachvollziehbar sind, wie z.B. das Tote Meer oder die Schifffahrt.
Zweck des Videos
Das Video dient den SuS unserer Meinung nach, als begründete Reflexion, der zuvor Experimentieren Erkenntnisse. Die SuS können so herausfinden, durch die Fragen, ob sie das Thema verstanden haben oder nicht. Zudem wird am Ende den SuS die Auflösung über die Erkenntnisse des Experiments gegeben. So arbeiten die SuS sich Schrittweise auf diese Auflösung hinzu, wodurch das Verständnis und Unklarheiten aus dem Weg geschaffen werden. Gerade in der Physik ist es wichtig sich Schrittweise an die Erkenntnisse hinzu zu arbeiten, denn würde die Lehrkraft direkt beispielsweise mit dem Teilchenmodell die SuS konfrontieren, würden viele die Abstraktionen nicht verstehen.
Farbstoff in Wasser
Der Umgang mit dem Programm ist am Anfang etwas schwierig gewesen. Es hat ein bisschen gedauert, bis wir alle Funktionen des Programms beherrscht haben. Zudem wurden viele Änderungen vom Programm nicht gespeichert, obwohl wir nach jeder Änderung das Video aktualisiert haben. Ein anderer Punkt in Bezug auf H5P ist, das einige Items nicht funktioniert haben bzw. konnten wir sie nicht verwenden (z.B. Cross). So kam es dazu, dass wir leider bei den gleichen Items geblieben sind. Die andere Schwierigkeit lag darin, an der passenden Stelle eine passende Frage und Antwortmöglichkeiten zu formulieren. Manchmal stellt man eine Frage zu früh und dadurch nimmt man den weiteren Verlauf vorweg, oder man stellt sie zu spät, so dass sie keinen Sinn mehr macht. Zudem war es nicht einfach für jede Antwortmöglichkeiten ein Feedback zu formulieren, da meistens gleiches Feedback zur mehreren Antworten passt. Uns war es wichtig, dass Video kleinschrittig aufzubereiten, sodass die SuS jeden Schritt nachvollziehen können und das Langzeit Experiment verstehen.
Obwohl wir am Anfang alle Materialien vorgestellt haben, sind wir auf die Funktion des Trichters nicht eingegangen. Erst nach dem Feedback haben wir selbst bemerkt, dass es wichtig ist zu erwähnen, warum der Trichter fast bis zum Boden reicht. Dieser Aufbau ist von besonderer Bedeutung um zu betonen, dass sich verschiedene bzw. verschiedenfarbige Flüssigkeiten „selbstständig“ vermischen.
Dieses Video setzen wir in der Klassenstufe 7 im Themengebiet Wärmelehre unter „Wärme und Stoffe“ ein und zwar erst nachdem das Thema die Wärmeausdehnung fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe behandelt wurde. Danach werfen wir ein Blick ins Innere der Körper, um zu vermitteln, wie dieser Vorgang in Teilchenebene stattfindet. Dafür soll aber eine Grundlage von dem Aufbau von Körpern bzw. Teilchenvorstellung der Materie (Gase, Flüssigkeiten und Festkörper) gesichert werden. Um diese Grundlage zu sichern, setzten wir dieses interaktive Video ein. Die SuS spielen es selbständig ab und danach wird dieses Phänomen auf die Gase und Festkörper angewendet. Danach setzen wir ein Demoexperiment ein, bei dem der Einfluss der Temperaturänderung auf die Teilchenbewegung hervorgehoben wird (zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Temperaturen und Farbstoffen). Dadurch erkennen die SuS, dass sich die Teilchen durch die Wärmezufuhr schneller bewegen. Wie diese schnelle Bewegung zu einer Ausdehnung führt, kann man mit einem Schülerexperiment behandeln, indem mehrere SuS an einer begrenzten Fläche schnelle Bewegungen durchführen, wodurch sie merken, dass sie dafür mehr Platz brauchen.
Das schmelzende Wachs
Um das Video „Schmelzendes Wachs“ interaktiv gestalten zu können, haben wir uns das Video zum Ideen sammeln zunächst vollständig angeschaut und der Aufbau der Einblendungen/Hilfen während des interaktiven Videos strukturiert. Hierbei ist es uns wichtig gewesen, dass den Lernenden der Versuch zu Beginn des Videos kurz erläutert wird und alle Gegenstände, welche zur Durchführung des Versuchs notwendig sind, beschrieben werden. Dies wird durch das Einfügen von Buttons und Textfeldern ermöglicht. Mit Hilfe von Fragen und kleinen Lückentexten sollte das Video in kleinere Abschnitte unterteilt werden, um so den Lernfortschritt der Lernenden gewährleisten zu können, dass der jeweilige Abschnitt des Videos verstanden wurde. Als positiv zu erwähnen ist, dass die Ergänzung des Versuchsablaufs im Zeitraffer als Hilfreich angesehen werden kann. Somit können die Lernenden das Geschehen des Versuchs nochmals in kurzer Zeit nachvollziehen, da durch das lange Anschauen von sehr ähnlich aussehenden Dingen wie Wasser und Wachs vor einem weißen Hintergrund die Konzentration nachlassen kann.
Durch das zur Verfügung stellen von interaktiven Elementen ist es nach unserem Empfinden möglich, Versuche adressatengerecht aufzuarbeiten und so bei den Lernenden das weitere Interesse an der Physik zu wecken, in dem klassische Experimente mit neuen Medien kombiniert werden.
Leider wurde die Integrierung der Geogebra Tabelle in das interaktive Video bei der Gestaltung nicht ganz klar, weshalb fälschlicherweise ein separater Arbeitsauftrag mit erneuter Betrachtung des Videos eingefügt wurde. Dieser wäre nicht notwendig gewesen, wenn dieser zu Beginn des Videos eingeblendet werden würde.
Das Feedback unserer Betreuer ist für uns am hilfreichsten gewesen und wurde auch von uns umgesetzt. Hierbei sollten lediglich Feinheiten innerhalb des Videos verbessert werden, um die Visualisierung und den Ablauf zu optimieren. Weitere Kritik, welche von Kommilitonen geäußert wurde, würde nicht zum Ziel unseres interaktiven Videos passen, da die Einbindung von externen Quellen (Bsp. Brownsche Molekularbewegung) über das Ziel hinausgehen würden. Aggregatszustände und das Teilchenmodell sind den Lernenden bereits bekannt und sollen durch das interaktive Video nochmals vertieft werden.
Die Kritik durch Kommilitonen über die Sinnhaftigkeit der Einbindung des Arbeitsauftrags mit Geogebra kann nicht nachvollzogen werden, da die Lernenden mit Hilfe der Tabelle und der daraus resultierenden Visualisierung den Temperaturverlauf des Wachses und des Wassers leichter analysieren können. Anzumerken ist hierbei, dass der Arbeitsauftrag zur Datenerfassung in der Tabelle bereits zu Beginn des Videos erfolgen kann, da das interaktive Video vollständig als Implementierung in Geogebra angeschaut werden kann. Des Weiteren sollte den Lernenden laut dem Feedback verdeutlicht werden, was eine Lupe ist. Jedoch sollte die Funktion einer Lupe den Lernenden im Video in der achten Klasse bekannt sein.
Das Video „Schmelzendes Wachs“ würde sich für einen Einsatz in der achten Klasse eignen. Jedoch würde sich das Video nur eignen, wenn den Lernenden bereits die verschiedenen Aggregatszustände bekannt sind. Des Weiteren kennen die Lernenden bereits das Teilchenmodell. Aufgrund dessen würden wir das Video erst gegen Ende der Unterrichtseinheit einsetzen, um den Lernenden die Möglichkeit zu geben, ein Phänomen nochmals per neuem Medium zu erleben und das Anwenden von neuen Medien im Physikunterricht zu üben. Neben der beobachtenden Rolle der Lernenden müssen diese auch die neuen Medien anwenden, indem die Tabelle ausgefüllt und der Graph des Temperaturverlaufs ausgewertet wird.
Nicole Schröder, Hannah Montz und Weitere
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