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Zu Item 2.2: Praktischer Test mit Selbstkorrektur

Item 2.2.: Individuelle Unterstützung im Lernprozess

Kurze Einordnung der Einheit und der Stunde im Bildungsplan

In der Kinematik-Einheit haben die Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I die Aufgabe, Bewegungen verbal zu beschreiben und in Bewegungsdiagrammen darzustellen (Ministerium für Kultus und Sport, 2016) Aus experimentellen Messdaten wird die Geschwindigkeit berechnet. Diese Messdaten sollen im Sinne einer Prävention und Gesundheitsförderung zudem interpretiert und ein sicheres Verhalten im Straßenverkehr daraus abgeleitet werden (Ministerium für Kultus und Sport, 2016).

Nicht nur im Fach Physik spielt die Kinematik in der Sekundarstufe eine wichtige Rolle. Auch im Fach Informatik, Mathematik und Physik (IMP) – einem Profilfach der Gemeinschaftsschule – ist die Kinematik beim Inhalt 3.3.3.2 Computergestützte Physik zentral (Ministerium für Kultus und Sport, 2016). Hier sollen zeitliche physikalische Abläufe wie z. B. Bewegungen beschrieben und anschließend modelliert werden. Neben der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit werden hier auch in der Klassenstufe 10 Bewegungen mit konstanter Beschleunigung mit Hilfe des Computers untersucht.

In einigen Physikbüchern wird folgende Stoffverteilung einer Kinematik-Einheit für die Sekundarstufe empfohlen vgl.: (Barmeier, Ciprina, & u.a., 2024) (Wacker, 2024) (Freundner-Hunneke, Möllers, & Schulz, 2024):

  1. Diagnose: Geschwindigkeiten (ein) schätzen und vergleichen (hier dargestellt).
  2. Unterschiedliche Bewegungen und Bezugssystem (Modelleisenbahn)
  3. Die Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit genauer untersuchen (z. B. praktischer Test)
  4. Weg-Zeit-Diagramm und Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm erstellen und interpretieren
  5. Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit. Geschwindigkeiten berechnen.
  6. Sicheres Verhalten im Straßenverkehr (Reaktionszeit)

Praktischer Lernnachweis mit Selbstkorrektur

Praktische Leistungsnachweise erlauben es, Schülerinnen und Schüler anzusprechen, die Schwierigkeiten im mündlichen oder schriftlichen Formulieren haben (Volkmer & Berge, 2002). Zudem erleben Jugendliche das bewertete Experiment als einen Höhepunkt in der langfristigen Entwicklung ihrer experimentellen Kompetenz (Hepp, 2002). Aber auch für die Lehrkraft sind praktische Lernnachweise hilfreich, da man schnell ein Gesamtbild des Kenntnisstands der Schülerinnen und Schüler bekommt. Besonders in der Mitte einer Lerneinheit kann ein praktischer Lernnachweis eine wichtige Diagnosemöglichkeit sein, um deklaratives und prozedurales Grundlagenwissen für das weitere Gelingen der Einheit zu erfassen.

Voraussetzung für den Test ist die Kenntnis der grundlegenden Messmethode einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Diese kann entweder kontextorientiert in einem Sprint stattfinden oder isoliert mit einer Demo-Eisenbahn. Die Schülerinnen und Schüler müssen wissen, dass man in gleichen Zeitabschnitten gleiche Wegstrecken misst. In diesen 60 Minuten ist die Aufgabenstellung umgekehrt. Sie messen die Zeitabschnitte mit Stoppuhr oder Handy in fest vorgegeben Wegabschnitten (hier 25 cm). Die Arbeit findet im Team statt und jede(r) in der Klasse gibt ein individuell angefertigtes Protokoll ab. Während des Experimentes macht sich jede(r) selbst Notizen, die ebenfalls abgegeben werden. Das folgende Arbeitsblatt ist so konzipiert, dass es auf eine Seite passt und auf dieser Seite die Bewertungskriterien nachzulesen sind. Ziel der Stunde ist es, dass die Schülerinnen und Schüler langsam zum s-t-Diagramm herangeführt werden.

Einstieg

Austeilen des Test-Arbeitsblattes und der benötigten Materialien für das Experiment (Spielzeug-Züge, Papier-Lineale, Stifte, DIN A3 Blätter, Klebestreifen, 4 Stoppuhren zur Zeitmessung oder ein Handy).

Hauptteil

Durchführung des nachfolgenden praktischen Lernnachweises.

PRAKTISCHER TEST GESCHWINDIGKEIT

1.

2.

3.

4.

Vorbemerkungen (Zeit 60 Minuten)

  1. Als Protokollant benötigst du ein leeres DIN-A4-Blatt, das hinten und vorne beschrieben wird. Teilt euch den Platz gut ein. Theoretische Aufgaben kommen ebenfalls auf das Blatt!
  2. Auf dem Protokoll werden links oben alle Namen der Gruppenmitglieder aufgeführt. Am Ende der Stunde gibt jede(r) ein Protokoll ab.
  3. Bearbeitet zuletzt die auf diesem Blatt unten dargestellten nicht praktischen Aufgaben.
  4. Ein Schüler / eine Schülerin holt die benötigten Versuchsmaterialien (Ein Handy ersetzt vier Stoppuhren).
  5. Während des Experiments macht ihr euch selbständig Notizen (z. B. Wertetabelle).
  6. Im Anschluss erstellt ihr selbständig das Protokoll wie besprochen (Skizze; Durchführung...). Das Heft dürft ihr heute nicht benutzen. Lasst die Vermutung sowie die Skizze von der Lehrperson abhaken.
  7. Achtet auf eine saubere Darstellung und Rechtschreibung.
  8. Gebt das Protokoll am Ende der Stunde ab und räumt gemeinsam das Material auf.

Eure praktische Aufgabe:

Auf dem Lehrerpult befinden kleine Züge, die nach Betätigung des Schalters elektrisch fahren.

Ikea-Zug mit Dummie-Sticker

Markus Wacker (ZSL) [CC BY SA DE4]

  1. Wie groß ist die Durchschnittsgeschwindigkeit des Zuges auf 1 m Strecke?
  2. Bestimme dazu die verstrichene Zeit während der Fahrt des Zuges nach einer Strecke von: 0,25 m; 0,5 m; 0,75 m; 1 m. Stellt hierzu zwei Experimentiertische hintereinander.Erstelle eine Wertetabelle.
  3. Arbeitet wie die Profis, indem ihr ein Diagramm erstellt (in Mathe gelernt).

Nicht praktische Aufgaben:

1. Schwimmen auf Leben und Tod

Tiger im Wasser schwimmend;

(c) KI Bild von littlepiccie via Stock Adobe

Abbildung 2: Schwimmender Tiger. Bild Adobe #869221105

Im Bild seht ihr einen schwimmenden Tiger. Der Tiger erreicht eine Geschwindigkeit von 10 km/h. Der schnellste Mensch im Wasser schwimmt aktuell die 50 m in ungefähr 20 Sekunden.

  1. Kann der schnellste Schwimmer der Welt dem Tiger im Wasser entkommen? Begründet, indem ihr euch überlegt, wie weit der Mensch in einer Stunde (theoretisch) kommt und die Werte miteinander vergleicht.
  2. Erkläre in diesem Beispiel den Begriff der Durchschnittsgeschwindigkeit.

2.Tropfender Kühler

Ein Motorroller verliert alle zwei Sekunden Öl (siehe Bild).

Skizze eines fahrenden Rollers, der alle 50 m Öl verliert

(c) Gizgraphics via Stock Adobe (bearbeitet)

  1. Beschreibe die Bewegung in Worten und bestimme die Geschwindigkeit.
  2. Der Roller fährt viermal so schnell. Wie weit sind die Tropfen jetzt voneinander entfernt?

3. Für schnelle Gruppen:

Welche Fehlerquellen gab es bei der heutigen Messung und wie kannst du sie verringern?

Stundenende und Selbstkorrektur

Praktische Arbeiten mit Notizen und den in 25 cm Schritten markierten DIN A3 Blättern werden eingesammelt und zuhause korrigiert. In der Anschlussstunde kann der Test selbständig in der Experimentiergruppe korrigiert werden. Hierfür wird ein kostenlose und frei erhältliche Videoanalyse Programm eingesetzt, dass ursprünglich an der Universität Essen entwickelt wurde. Die Bewegung wird mit dem I-Pad videographiert und anschließend automatisch ausgewertet. Hierzu findet man mehrere Schüleranleitungen im Internet.

Fachliche Ausprägungen de Indikatoren zu Item 2.2

Bei Verständnisproblemen gezielt Zeit für die Lerngruppe nehmen

Verständnisprobleme vor dem eigentlichen Experimentieren werden reduziert, indem Vermutungen und Versuchsplanungen kurz kontrolliert und abgehakt werden. Diese formative Maßnahme stellt sicher, dass alle Schülerinnen und Schüler den gleichen Wissensstand und die notwendigen Materialien haben, um das Kinematik-Experiment erfolgreich durchzuführen. Der praktische Lernnachweis ist so konzipiert, dass die Lerngruppe durchgängig eingebunden ist. Nur so kann die Lehrkraft individuell auf Verständnisprobleme eingehen. Um den Lernprozess zu fördern, wird die Lerngruppe in Experimentiergruppen eingeteilt. Die Experimentiergruppen unterstützen sich in der Versuchsphase gegenseitig. Diese kollaborative Herangehensweise stellt sicher, dass grundsätzliche Verständnisprobleme innerhalb der Gruppe geklärt werden können, wodurch ein tieferes Verständnis der experimentellen Methoden und der theoretischen Grundlagen gefördert wird. Besonders schnelle Schülerinnen und Schüler lösen die Zusatzaufgabe. Diese Differenzierungsmaßnahme sorgt dafür, dass alle Jugendlichen entsprechend ihrem individuellen Lerntempo gefordert werden, ohne dass Langeweile aufkommt oder die Lernmotivation sinkt. Da die Bewertungskriterien auf der Rückseite vermerkt sind, kann jederzeit darauf zurückgegriffen werden. Dies bietet den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit, ihre Arbeit kontinuierlich mit den Erwartungen der Lehrkraft abzugleichen und gegebenenfalls Anpassungen vorzunehmen, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen. Durch diese klaren und transparenten Kriterien wird der Bewertungsprozess für die Lernenden nachvollziehbar und fair gestaltet.

Rückfragen verständlich und klar klären

Wie unter 4.1 angedeutet, wird der praktische Lernnachweis vorher gemeinsam durchgelesen. Rückfragen der Schülerinnen und Schüler geben der Lehrkraft einen Eindruck, ob der Arbeitsauftrag verstanden wurde. Unklare Anweisungen können zu Missverständnissen und Fehlern führen. In dieser Testsituation kommen erwartungsgemäß mehr Verständnisfragen wie im Regelunterricht und die Lerngruppe muss etwas gebremst werden, da sie möglichst schnell starten möchte, um keine Zeit zu verlieren. Unklare Anweisungen oder nicht klar beantwortetet Fragen können bei den Schülerinnen und Schülern Stress und Frustration auslösen, was ihre Leistungen negativ beeinflussen kann. Klare Antworten helfen demnach eine positive Lernatmosphäre zu schaffen. Es ist zudem wichtig, dass alle Jugendlichen die gleichen Chancen haben. Wenn Rückfragen nicht klar beantwortet werden, kann dies zu Ungleichheiten führen, da einige Schülerinnen und Schüler möglicherweise nicht die erforderlichen Informationen haben, um die Kinematik-Aufgabe zu lösen. Insgesamt kann man sagen, dass Rückfragen ein wichtiger Teil des Lernprozesses sind, da sich die Lerngruppe aktiv in den Lernprozess einbringt. Wenn Schülerinnen und Schüler durch Rückfragen Klarheit erlangen, entwickeln sie wichtige Teilkompetenzen zur Problemlösefähigkeit, nicht nur beim praktischen Arbeiten.

Unterstützende Maßnahmen und Hilfestellungen dem Lernstand anpassen

Wenn Schülerinnen und Schüler Probleme haben, sich mit einer praktischen Aufgabe auseinanderzusetzen, kann es helfen, den Lernenden visuelle Impulse in Form von Bildkarten zu geben. Das kann insbesondere dann von Nutzen sein, wenn jemand überhaupt nicht in die Messaufgabe kommt. Gestufte Hilfen kann man anbieten, indem man beim Protokoll beispielweise das Achsenkreuz oder die Wertetabelle vorfertigt. Das spart Zeit und ermöglicht, sich auf die wesentlichen Aspekte der Aufgabe zu konzentrieren. Es ist auch möglich, den Schülerinnen und Schülern den Blick in das Buch zuzulassen um beispielsweise die Einzelschritte beim Protokoll nachzulesen. Das längere Verweilen auf der enaktiven Ebene, d. h. dem konkreten Handeln bevor man auf die mathematische Ebene übergeht, ist von großer Bedeutung. Es stellt sicher, dass man erst dann mit dem Rechnen beginnt, wenn die Lernenden ein grundlegendes Verständnis für die zugrundeliegenden Konzepte der Kinematik erlangt haben. Der abschließende Einsatz einer Videoanalysesoftware stellt eine moderne Methode dar, um Lernprozesse zu unterstützen und zu analysieren. Diese Technologie ermöglicht es, auf motivierende Art Bewegungsabläufe detailliert zu erfassen und auszuwerten, was besonders bei schnelleren Bewegungen von Vorteil sein kann. Bei der Bewertung ist es möglich, die Gewichtung zwischen Theorie, Praxis und allgemeinen Kriterien auf die Lerngruppe anzupassen. Ein Bewertungsbeispiel, das alle experimentellen Kompetenzen berücksichtigt, finden sie hier (am Ende des Dokuments).

Differenzierung des Anspruchsniveaus und des Lerntempos oder Inhalte

Der Wechsel von der Einzelarbeit zur Gruppenphase ermöglicht es, die Vorteile beider Lernformen zu nutzen und die unterschiedlichen Bedürfnisse der Schülerinnen und Schüler zu berücksichtigen. Experimente sind generell selbstdifferenzierend, was bedeutet, dass sich die Lernenden selbst an die Aufgabenstellung anpassen. Stärkere Schülergruppen führen beispielsweise das Experiment mindestens zweimal durch, um Messfehler zu minimieren und präzisere Ergebnisse zu erzielen. Die gestellte Zusatzaufgabe Nummer 3 leitet auch schwächere Schülerinnen und Schüler zu dieser effizienteren Herangehensweise an. Medienkompetente Jugendliche hingegen nutzen eher die Stoppuhrfunktion ihres Smartphones als die analogen Stoppuhren. Eine andere Möglichkeit wäre, den Zug durch den Schalter rückwärtsfahren zu lassen und diese Geschwindigkeit zu messen. Das Angebot von praktischen und nicht praktischen Aufgaben zielt darauf ab, möglichst viele Lerntypen anzusprechen und somit den Lernprozess zu individualisieren. Die theoretischen Aufgaben decken hauptsächlich die Anforderungsbereiche I und II ab, was bedeutet, dass sie grundlegende Kenntnisse und das Verständnis der Schülerinnen und Schüler überprüfen. Die Aufgabe zum Schwimmwettbewerb greift reproduzierend das bereits behandelte Thema des Vergleichs zweier Geschwindigkeiten auf. Die Aufgabe tropfenden Kühler wird die Lerngruppe im Aufgabenteil b) zum Transfer des gelernten Wissens aufgefordert. Anforderungsbereich III, der Reflexion und Problemlösung umfasst, wird eher im praktischen Teil eingefordert. Da in einem bewerteten Test keine neuen Inhalte abgefragt werden dürfen, bewegt man sich hier auf einem niedrigeren kognitiven Niveau. Mathematisch starke Schülerinnen und Schüler werden bei der Erstellung des Diagramms z. B. Achsenbeschriftungen einfügen und möglicherweise eine passende Ausgleichsgerade zeichnen, um die Genauigkeit und Aussagekraft ihrer Ergebnisse zu erhöhen.

Schülerinnen und Schülern genug Zeit zur Verfügung stellen

Schülerinnen und Schülern genug Zeit für den praktischen Lernnachweis zur Verfügung zu stellen ist aus mehreren Gründen wichtig. Wenn sich die Lehrkraft gezielt Zeit für einzelne Lernende und Experimentiergruppen nimmt, können spezifische Fragen und Schwierigkeiten auch in einer Testsituation direkt adressiert werden. Des Weiteren wird ein tieferes Verständnis gefördert, weil Schülerinnen und Schüler das Konzept des genauen Messens mit mehreren Messreihen praktisch erleben und vertiefen können. Die Jugendlichen entwickeln Problemlösestrategien beim Aufzeichnen der Wegintervalle und des Diagrammes und setzen sich intuitiv mit dem Konzept des Massepunktes auseinander. Dieser wird durch den Dummie-Kleber unterstützt und hilft, die Messung möglichst genau zu halten. Nur wenn viel Zeit zur Verfügung steht, gibt man den Schülerinnen und Schülern den Raum für Kreativität. Dieser kann sich besonders bei der Beantwortung der theoretischen Fragen zeigen. Wenn die Lernenden genug Zeit zum Beantworten der Fragen bekommen, werden sie nicht frustriert und Selbständigkeit und Eigenverantwortung der Experimentiergruppen wird gestärkt. Nicht zuletzt bilden sich praktische Fertigkeiten nur dann aus, wenn Schülerinnen und Schüler genug Zeit bekommen, regelmäßig mit den Materialien umzugehen und sich im Team darüber austauschen.

Hilfen bei sprachlichen Barrieren anbieten

Im Vorfeld wird der Arbeitsauftrag gemeinsam gelesen und die Experimentiermaterialien vorgezeigt. Zunächst ist es wichtig, relevante Fachbegriffe zu klären. In diesem Fall sollte man nochmals kurz auf den Begriff der Durchschnittsgeschwindigkeit eingehen. Wichtige Begriffe können an der Tafel festgehalten und in Form eines Glossars kurz erklärt werden. Das Arbeitsblatt wurde so formuliert, dass der Arbeitsauftrag klar verständlich Schritt-für-Schritt aufgeführt wurde. Schwierige Formulierungen wurden auf dem Arbeitsblatt vermieden, um Missverständnisse zu minimieren und den Fokus auf das eigentliche Experiment zu lenken.Wichtige Passagen, die für die Bearbeitung notwendig sind, wurden fett hervorgehoben, um die Aufmerksamkeit der Lernenden auf die zentralen Aspekte des Arbeitsauftrags zu lenken und das Verständnis zu erleichtern. Sollten Schülerinnen und Schüler größere sprachliche Probleme haben, kann man den Versuchsaufbau durch ein Bild visualisieren. Weitere Werkzeuge für den sprachsensiblen Unterricht findet man auf der Homepage von Josef Leisen zum Download.

Literaturverzeichnis

  • Barmeier, M., Ciprina, H. J., & u.a. (03. 07 2024). Klett Homepage. assets.klett.de
  • Freundner-Hunneke, I., Möllers, R., & Schulz, S. (03. 07 2024). Schroedel Erlebnis Physik. westermann.de
  • Hepp, R. (2002). Gemeinsam Lernen - individuelle Leistung? Unterricht Physik 158, S. 36-39.
  • Klopsch, B. (2019). Quereinstieg. Unterrichtsprozesse planen und Durchführen. Hamburg: Persen.
  • Ministerium für Kultus und Sport. (2016). Gemeinsamer Bildungsplan für die Sekundarstufe I. Stuttgart: Baden-Württemberg.
  • Minnameier, G., Hermkes, R., & Mach, H. (2015). Kognitive Aktivierung und Konstruktive Unterstützung als Prozessqualitäten des Lehrens und Lernens. Zeitschrift für Pädagogoik 61(6), S. 837-856.
  • Sliwka, A., Klopsch, B., & Dumont, H. (2022). Konstruktive Unterstützung im Unterricht. Wirksamer Unterricht Band 3. Baden Württemberg: Institut für Bildungsanalysen Baden Württemberg (IBBW).
  • Volkmer, M., & Berge, E. O. (2002). Schülerexperimente als Testsituation. Unterricht Physik 71/72, S. 4-11.
  • Wacker, M. (03. 07 2024). Cornelsen Physik. cornelsen.de abgerufen

Internetlinks