Simulationen und virtuelle Experimente Beispiel für einen Unterrichtsentwurf mit einem virtuellen Experiment
Wie ein virtuelles Experiment im Unterricht eingesetzt werden könnte, möchte der folgende Unterrichtsentwurf zur Osmose im Biologieunterricht für die Klassen 11/12 (zweistündiger Kurs) verdeutlichen.
Bei diesem Entwurf wird anhand des naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozesses als rotem Faden durch die Stunde geführt. Zu Beginn steht das gemeinsame Erarbeiten der Hypothese. Das Durchführen und Protokollieren des Versuchs wird durch ein von der Lehrkraft erstelltes Video abgekürzt, so dass der Fokus der Stunde auf dem Erarbeiten des konzeptuellen Verständnisses der Osmose mit Hilfe eines virtuellen Experiments liegt.
Ein Erklärvideo hilft schwächeren Schülerinnen und Schülern, mit dem virtuellen Experiment zu arbeiten. Die Stunde schließt mit einem gemeinsamen Quiz. Die folgende Grob- und Feinplanung des Unterrichtsentwurfs orientiert sich an der Vorlage, die bitte auch Sie zur Planung Ihres Unterrichtentwurfs im weiteren Verlauf verwenden.
Bei diesem Entwurf wird anhand des naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozesses als rotem Faden durch die Stunde geführt. Zu Beginn steht das gemeinsame Erarbeiten der Hypothese. Das Durchführen und Protokollieren des Versuchs wird durch ein von der Lehrkraft erstelltes Video abgekürzt, so dass der Fokus der Stunde auf dem Erarbeiten des konzeptuellen Verständnisses der Osmose mit Hilfe eines virtuellen Experiments liegt.
Ein Erklärvideo hilft schwächeren Schülerinnen und Schülern, mit dem virtuellen Experiment zu arbeiten. Die Stunde schließt mit einem gemeinsamen Quiz. Die folgende Grob- und Feinplanung des Unterrichtsentwurfs orientiert sich an der Vorlage, die bitte auch Sie zur Planung Ihres Unterrichtentwurfs im weiteren Verlauf verwenden.
Grobplanung
1. Lernziele
… bitte aus dem Bildungsplan ableiten
Antwort
Die Schülerinnen und Schüler können ein Experiment (Eierversuch) zur Osmose mithilfe einer Simulation (virtuelles Experiment), einer Schemazeichnung und einer vorgegebenen Grafik in wenigen Sätzen auswerten. Abgeleitet aus 3.4.1. „Die Schülerinnen und Schüler können (4) Experimente zu Eigenschaften von Biomembranen (zum Beispiel Osmose, Plasmolyse) durchführen und auswerten.“ und 2.1.6 „Beobachtungen und Versuche durchführen und auswerten.“
Anmerkung zur Erinnerung: Ein Lernziel besteht aus Was? Wie? Wieviel?
Anmerkung zur Erinnerung: Ein Lernziel besteht aus Was? Wie? Wieviel?
2. Zielgruppenspezifizierung
Wer ist die Zielgruppe (Klassenstufe)?
Von welchem Vorwissen/Fertigkeiten/motivationalen Voraussetzungen gehen Sie aus?
Von welchem Vorwissen/Fertigkeiten/motivationalen Voraussetzungen gehen Sie aus?
Antwort
Zielgruppe: Klassen 11/12 (zweistündiger Kurs)
Vorwissen/Fertigkeiten/motivationalen Voraussetzungen: Die Schülerinnen und Schüler besitzen grundlegendes Wissen über biologische Zellen und sind mit Reaktionsgleichungen vertraut. Sie besitzen grundlegende digitale Fertigkeiten, d.h. sie können sich online für eine Anwendung (hier: Portal für das virtuelle Experiment) registrieren und mit einem digitalen Arbeitsblatt umgehen.
Vorwissen/Fertigkeiten/motivationalen Voraussetzungen: Die Schülerinnen und Schüler besitzen grundlegendes Wissen über biologische Zellen und sind mit Reaktionsgleichungen vertraut. Sie besitzen grundlegende digitale Fertigkeiten, d.h. sie können sich online für eine Anwendung (hier: Portal für das virtuelle Experiment) registrieren und mit einem digitalen Arbeitsblatt umgehen.
3. Didaktisches Verfahren
- Welche didaktische Verfahren wollen Sie anwenden (Makroebene)
- Direkte Instruktion
- Problembasiertes Lernen
- Flipped Classroom
- …
- Welche Mikrointerventionen möchten Sie einsetzen
- Um Schülerinnen und Schüler kognitiv zu aktivieren
- Um Schülerinnen und Schüler konstruktiv zu unterstützen
Antwort
- Makroebene: Problembasiertes Lernen durch Erarbeiten einer Problemlösefrage, Forschendes Lernen mit einem virtuellen Experiment, Kollaboratives Lernen durch Arbeiten in Gruppen
- Mikrointervention:
- Kognitive Aktivierung: Die offene Problemlösefrage zu Beginn, die Aufgaben zur Wiederholung auf dem digitalen Arbeitsblatt, die Aufforderung zur Zusammenführung des Wissens aus der Beobachtung (Video) und des virtuellen Experiments auf dem digitalen Arbeitsblatt (Aufforderung Teilchen einzuzeichnen, eine Kurve ins Diagramm einzuzeichnen) und die Wiederholung durch ein Quiz am Schluss dienen in der vorliegenden Unterrichtstunde der kognitiven Aktivierung.
- Konstruktive Unterstützung: Das digitale Arbeitsblatt bietet nicht nur Lernaufgaben zur kognitiven Aktivierung, sondern auch Hilfe an, um zu einer Lösung zu kommen, z.B. auf Mikroebene durch das Erklärvideo (Scaffolding), auf das schriftlich bei der Lernaufgabe, bei der Teilchen eingezeichnet werden sollen, hingewiesen wird. Der Lehrer bietet Hilfestellungen durch Coaching während der Gruppenarbeit an.
4. Digitale Medien
Welche digitalen Medien können Sie einsetzen, um die Ziele zu erreichen? Welche Potentiale bieten hierbei digitale Medien hinsichtlich kognitiver Aktivierung und konstruktiver Unterstützung? Recherchieren Sie bitte im Internet.
Antwort
Durch das Versuchsvideo wird die Stunde von manuellen Experimentierfähigkeiten entlastet und die Konzentration der SuS mit Hilfe der Zeitrafferaufnahme zunächst auf die Beobachtung des Phänomens (Größenveränderung des Eis) gelenkt.
Die im Video enthaltenen Vorgaben unterstützen die SuS beim Protokollieren, so dass der Schwerpunkt der Stunde auf das konzeptionelle Verständnis und die Auswertung gelegt werden kann.
Das digitale Arbeitsblatt ermöglicht die Integration der Links zu den Videos als Hyperlinks, die nur noch angeklickt werden müssen.
Das virtuelle Experiment unterstützt das forschende Lernen beim abstrakten Konzept der Osmose und visualisiert die Zusammenhänge auf Teilchenebene.
Das Erklärvideo nutzt die Möglichkeit, Bild und gesprochenen Text gleichzeitig zur Verfügung zu stellen und beansprucht so weniger kognitive Ressourcen als dies bei schriftlichem Text und Bildern der Fall wäre.
Die dynamische Visualisierung bezieht die Erklärung unmittelbar auf die ebenfalls dynamische Simulation, so dass Erklärungen nicht mental animiert werden müssen. Auch dies spart kognitive Ressourcen der zu unterstützenden SuS.
Die im Video enthaltenen Vorgaben unterstützen die SuS beim Protokollieren, so dass der Schwerpunkt der Stunde auf das konzeptionelle Verständnis und die Auswertung gelegt werden kann.
Das digitale Arbeitsblatt ermöglicht die Integration der Links zu den Videos als Hyperlinks, die nur noch angeklickt werden müssen.
Das virtuelle Experiment unterstützt das forschende Lernen beim abstrakten Konzept der Osmose und visualisiert die Zusammenhänge auf Teilchenebene.
Das Erklärvideo nutzt die Möglichkeit, Bild und gesprochenen Text gleichzeitig zur Verfügung zu stellen und beansprucht so weniger kognitive Ressourcen als dies bei schriftlichem Text und Bildern der Fall wäre.
Die dynamische Visualisierung bezieht die Erklärung unmittelbar auf die ebenfalls dynamische Simulation, so dass Erklärungen nicht mental animiert werden müssen. Auch dies spart kognitive Ressourcen der zu unterstützenden SuS.
5. Anmerkungen
- Das Video enthält auch die Hinführung zur Problemstellung und verweist auf das AB, das wiederum selbständig durch die Stunde führt, so dass diese Stunde auch als flipped classroom durchgeführt werden könnte.
- Das digitale Arbeitsblatt und das Video übernehmen z.T. die Klassenführung, so dass den Schülerinnen und Schülern das Arbeiten in ihrem eigenem Tempo ermöglicht wird. Gerade im Hinblick auf die selbständige Zeiteinteilung ist es jedoch bedeutsam, dass die Lehrkraft Hinweise gibt, wo die SuS zu einem bestimmten Zeitpunkt sein sollten und darauf achtet, Gruppen, die längere Zeit benötigen, ausreichend zu unterstützen.
- Da der Schwerpunkt hier auf der Einführung des Konzepts der Osmose und der Auswertung eines Versuchs liegt, könnten in der folgenden Stunde das Formulieren einer Fragestellung und Hypothese aufgrund eines Phänomens eingeübt, ein Versuch zur Plasmolyse manuell durchgeführt und Osmose und Plasmolyse voneinander abgegrenzt und die zelluläre Ebene bzw. der Zusammenhang mit dem zellulären Aufbau besprochen werden.
- Bei der Behandlung der Biomembranen wäre es wichtig, auf den Versuch mit den Eiern als Modellversuch zurückzukommen und den Unterschied zwischen einer Biomembran einer Zelle und der Eimembran des Hühnereis zu thematisieren.
Feinplanung
Tabellarischer Unterrichtsentwurf
