ModellBildung im Flug
Mit Modellen können wir das Universum beschreiben oder viele andere komplexe Zusammenhänge. Modelle sind hierzu eine Vorstellung davon, wie verschiedene Dinge der Welt zusammenhängen. Wir Menschen entwickeln Modelle, um Beobachtungen und Vorgänge zu erklären oder Vorhersagen zu machen, zum Beispiel wie das Wetter morgen wird oder wie eine Pandemie verläuft.
Dem Modelluniversum auf der Spur
„Physik treiben, heißt modellieren.“ - Leisner-Bodenthin, A. (2006). Zur Entwicklung von Modellkompetenz im Physikunterricht. Zeitschrift Für Didaktik Der Naturwissenschaften, 12, 91–109.
Doch was bedeutet naturwissenschaftliche Modellierung? In diesem Forschungsauftrag kannst Du selber eine Flugbewegung auf Video aufnehmen und ein Modell anwenden, um Deine Bewegung zu simulieren. Passt Deine Simulation zu der realen Bewegung? Wenn nicht, kannst Du dein Modell erweitern!
Autor
Autor dieses Forschungsauftrags ist Jan Heysel (Arbeitsgruppe Fachdidaktik Physik) vom Physikalischen Institut der Universität Bonn. Wenn Du mehr über die Forschung im Fachbereich Physik erfahren möchtest, kannst Du hier die Internetseite des Physikalischen Instituts besuchen.
Hinweis
Wir weisen darauf hin, dass die Durchführung der Forschungsaufträge einschließlich der damit verbundenen Risiken in eigener Verantwortung erfolgt. Die Universität Bonn übernimmt keine Haftung für eventuell im Rahmen der Durchführung entstehende Schäden. Minderjährige sollten die Experimente nur nach Rücksprache mit ihren Erziehungsberechtigten oder unter Aufsicht einer Lehrkraft durchführen.
In Kürze
Zeitrahmen:
90 - 120 min.
Zielgruppe:
Besonders empfohlen für die Oberstufe. In interessierten Kursen auch ab Jahrgangsstufe 9 möglich.
Benötigte Materialien:
- Ein Objekt, gerne ein Sportgerät, das man wirft, z.B. einen Ball.
- Ein Zollstock oder Maßband, um eine Strecke zu messen.
- Evtl. zwei Gegenstände, um die gemessene Strecke zu markieren (z.B. zwei Trinkflaschen oder zwei Stühle).
- Ein Gerät mit Kamera für Videoaufnahme (z.B. Smartphone, iPad).
- Ein digitales Endgerät zum Arbeiten mit Internetzugang (PC, Mac, Laptop, iPad, etc.). Wenn das Gerät mit Kamera das gleiche Gerät ist, wie das Gerät zum Arbeiten (z.B. im Falle eines iPads mit Internetzugang), entfällt das Übertragen des Videos zwischen beiden Geräten. Dies macht den Arbeitsfluss einfacher.
Los geht's
Wir freuen uns über Dein Interesse am Forschungsauftrag "ModellBildung im Flug" und dass Du mitmachen möchtest! Damit Du das Projekt einfach durchführen kannst, haben wir für euch eine digitale Lernumgebung vorbereitet. Um diese zu nutzen, benötigst Du ein Passwort, dass wir allen Lehrkräften bzw ihren Kursen und Schulklassen gerne schicken. Aufgrund technischer und rechtlicher Gegebenheiten haben wir die Auflage, kurz sicherzustellen, dass es sich tatsächlich um Lehrkräfte, Kurse oder Schulklassen handelt. Diese kleine Hürde bitten wir zu entschuldigen! Aber keine Scheu, es ist wirklich einfach und wir freuen uns, dass Du mit Deinen Mitschüler*innen teilnimmst:
Bitte sprich Deine*n Lieblingslehrer*in an (gerne aber nicht notwendig aus Physik) und bitte ihn*sie, uns kurz wie unter "Wenn Sie eine Lehrkraft sind" beschrieben zu kontaktieren. Deine Lehrkraft erhält dann ein Passwort, das sie an Deinen Kurs bzw. Klasse weitergeben kann, sodass ihr euch in der Lernumgebung anmelden und gleich loslegen könnt.
Schreiben Sie einfach eine kurze Mail von Ihrem Schul-Mailaccount mit folgenden Infos an educhallenge@physik.uni-bonn.de (Kontakt: Jan Heysel): Ihr Name & Ihre Schule und ein Link zu einer Seite Ihrer Schulwebsite auf der Ihr Name als Lehrkraft der Schule auftaucht ODER ein Link zu Ihrer Schulwebsite auf der die Telefonnummer Ihres Sekretariats steht. In zweitem Fall rufen wir kurz in Ihrem Schulsekretariat an.
Ablauf des Forschungsauftrags
Als Einstieg nimmst Du zunächst die Flugbewegung eines Objekts, z.B. eines Balls, auf Video auf. In der Lernumgebung analysierst Du dann dieses Video, um Messwerte zu haben, wie sich das Objekt tatsächlich bewegt hat.
Doch wie kommt es zu genau solch einer Bewegung? Warum fliegt der Ball nicht ganz anders? Um zu erklären, warum sich die Dinge in der Natur gerade so verhalten, wie wir es beobachten, entwickeln wir in Naturwissenschaften Modelle. Hierzu schaust Du ein Erklärvideo, das anschaulich erklärt was Modellierung und Simulation in Naturwissenschaften bedeutet, wie man dabei vorgeht und was Modelle über die Natur sagen. Außerdem lernst Du ein einfaches Modell für freie Flugbewegungen kennen. Dieses Modell simulierst Du dann für den von Dir gefilmten Wurf. Anschließend vergleichst Du diese Simulation mit der tatsächlichen Beobachtung. Wie gut passen Simulation und Beobachtung zusammen? Hier hast Du die Möglichkeit Dein Modell zu erweitern - so sie es auch Forschende tun, um zu immer besseren Beschreibungen der Natur zu kommen.
Falls Du nun denkst, dass Du gar nicht weißt, wie das alles gehen soll: keine Angst, in der Lernumgebung erklären wir alles Schritt für Schritt und haben die Simulation so gut vorbereitet, dass Du ohne Programmiervorkenntnisse problemlos damit arbeiten kannst. Falls Du doch schon Programmierkenntnisse in python hast, kannst Du beliebig viel an der Simulation anpassen, wenn Du möchtest. Die vorbereitete Umgebung gibt dir am Ende u.a. ein Video aus, in der deine Videoaufnahme mit deiner Simulation überlagert ist, also als augmented reality Darstellung. Deine Ergebnisse kannst Du in einem Forum hochladen und kommentieren. So kannst Du Dich mit anderen jungen Forschenden austauschen und nimmst an einem Gewinnspiel teil.
Wenn Du Lust hast weiterzumachen, bist Du herzlich eingeladen an der kompletten „EduChallenge: ModellBildung“ teilzunehmen. Das geht einzeln, in einer Kleingruppe oder mit Deiner Klasse/Deinem Kurs. Hierbei kann das Modell noch weiter verbessert werden und Du lernst das Schlüsselkonzept von Peer Review kennen. Die Ergebnisse Deines Forschungsprojekts kannst Du damit in einem wissenschaftlichen Artikel zusammenfassen, zu dem ihr ein Peer Review Verfahren durchführt. Sind die Gutachten der Peers entsprechend, kann Dein Artikel in unserem Online-Journal veröffentlicht werden. Weitere Infos zur kompletten „EduChallenge: ModellBildung“ findest Du hier: https://didaktik.physik.uni-bonn.de/educhallenge . Diese Website wird im Laufe des Jahres aktualisiert. Bei Fragen wende Dich gerne an den Autor des Forschungsauftrags Jan Heysel.
Wie geht es weiter?
Angebote für Schulklassen und Kurse
Im Anschluss an diesen Forschungsauftrag laden wir besonders interessierte Schulklassen und Kurse dazu ein, noch tiefer in die Materie einzusteigen. Wir freuen uns über eingereichte Erfahrungsberichte und Feedback zu diesem Forschungsauftrag. Dafür haben wir eine Kurzanleitung und weiterführende Informationen für Interessierte auf dieser Website veröffentlicht.
Nach Möglichkeit und Kapazität vermittelt das Argelander-Institut für Astronomie gemeinsam mit diversen Partner*innen individuelle Angebote (z.B. Meet a Scientist) für einzelne Einreichungen, um die Faszination unseres Universums live zu erleben. Diese Follow-Up-Aktionen finden ab 2024 beispielsweise vor Ort an der Schule oder im Umfeld der Universität Bonn statt.