Digitale Tools für den Physikunterricht

In unserer Serie zu digitalen Tools im Unterricht (zuletzt erschienen: Fremdsprachen-Tools in der Schule – eine Übersicht) widmen wir uns in diesem Beitrag dem Unterrichtsfach Physik. Wir wollen der Frage nachgehen: Wie kann Physikunterricht durch digitale Tools unterstützt und verbessert werden? Dazu stellen wir einige Ideen und Umsetzungsmöglichkeiten vor.

Was bringen digitale Tools im Physikunterricht?

Bevor digitale Tools im Physikunterricht eingesetzt werden, stellt sich die Frage nach der pädagogischen und/oder didaktischen Zielsetzung ihres Einsatzes. Zunächst können digitale Tools einen motivierenden Effekt haben: Häufig kann ein digitales Medium mehr als ein klassisches Lehrbuch zur selbstständigen Auseinandersetzung mit Lernmaterialien anspornen. Zudem können digitale Tools im Physikunterricht durch digitale Hilfestellungen und unterschiedliche Lernpfade den Lernprozess individualisieren und differenzieren. Schlussendlich wird durch Smartphones, Tablets und Notebooks die Produktion eigener Inhalte wie Videos, Audios, eBooks oder Präsentationen vereinfacht. Damit wird Lernen durch eigene Konzeption und Produktion niedrigschwellig möglich.

Mit Blick auf die Möglichkeiten von digitalen Tools speziell im Physikunterricht können Phänomene sichtbar gemacht und Experimente gezeigt werden, die im Unterricht sonst nicht darstellbar wären. Damit kann z.B. das Verständnis physikalischer Gesetzmäßigkeiten gestärkt werden oder ein Beitrag zum Verständnis von Modellen geleistet werden.

Welche Ressourcen gibt es?

Thematisch wollen wir uns auf die digitalen Tools speziell für den Physikunterricht konzentrieren. Wer nach fachübergreifenden Tools für das digitale Lernen sucht, kann unseren Tool-Finder nutzen. Doch bereits der Markt an Physik-Tools ist unglaublich divers. Deshalb zeigen wir an dieser Stelle lediglich eine Auswahl der verfügbaren Angebote. Kommentiert gerne unter diesem Beitrag, wenn euch ein Tool fehlt!

Experimente und Simulationen

Es gibt zahlreiche Dokumentationen von Versuchen, die sich nicht oder nur mit hohem Aufwand in der Schule durchführen lassen. Grundsätzlich muss hier abgewogen werden, welche didaktische Funktion das Experiment im Unterricht erfüllt. So können weder Video noch Simulation die Ausbildung von Experimentierkompetenzen ersetzen. Und dennoch kann (nicht zuletzt im Distanzlernen) ein Video zu einem Versuch eine inhaltliche Ergänzung darstellen. Videos zu bekannten Versuchen finden sich einfach mit der Suche bei YouTube. So kann beispielsweise in diesem Video ein kommentierter Versuch mit Tesla-Spulen im Deutschen Museum beobachtet werden. Auf dem Kanal „WebPhysik“ werden außerdem Experimente aus dem Schulunterricht gezeigt und kommentiert.

Auch Experimente in der Schule können digital unterstützt werden. Mit geeigneter Software können einige Versuche mit dem Smartphone durchgeführt werden. Phyphox, eine mobile Anwendung für Smartphones und Tablets, nutzt die im Smartphone verbauten Sensoren für Experimente. Mit der App können die Daten der Sensoren aufgezeichnet und für Experimente verwendet werden. Vorschläge für Experimente finden sich auf der Internetseite der Entwickler, ebenso wie fertig entwickelte Unterrichtsmaterialien beispielsweise zur Schallgeschwindigkeit, Fallbeschleunigung oder dem Fadenpendel.

Neben Experimenten kann mit Simulationen das Modelllernen von Schüler*innen unterstützt werden. Digitale Ressourcen ermöglichen es oft die Geschwindigkeiten und/oder Auflösungen der Simulationen anzupassen, sodass die Anwender*innen im eigenen Tempo die Prozesse nachvollziehen können. Simulationen finden sich zahlreich im Internet, z.B. auch (neben weiterem Material für den Physikunterricht) bei LEIFIPhysik. Über dieses Physik-Lernportal haben wir bereits einen Artikel verfasst. Viele der Simulationen auf LEIFI, wie z.B. diese zu Stromkreisen, stammen von PhET, einem Projekt der Universität von Colorado. Auf der Website des Projekts finden sich weitere Simulationen.

PheT Simulation zu Stromkreisen auf der Seite von LEIFIPhysik
PheT Simulation zu Stromkreisen auf der Seite von LEIFIPhysik

Wer noch keine passende Simulation für den Physikunterricht gefunden hat, findet hier noch ein englischsprachiges Online-Dokument mit Links zu über 1000 Simulationen und Spielen für den Physikunterricht. Weitere Simulationen, Schritt-für-Schritt-Erklärungen und Videos zu physikalischen Sachverhalten finden sich außerdem bei CG-Physics.

Augmented und Virtual Reality

Von verschiedenen Einzelpersonen und Organisationen werden Virtual Reality (VR)- und Augmented Reality (AR)-Anwendungen (zum Hintergrund: „Was sind VR und AR?“) für den Physikunterricht angeboten. Google hat mit Google Expeditions eine Plattform für AR- und VR-Anwendungen im Angebot. Leider wird dieser zum 30.06.2021 eingestellt. Daneben gibt es aber noch vereinzelte Projekte, die ebenfalls VR- und AR-Anwendungen entwickeln.

An der Universität Mainz werden Experimente in einer VR-Umgebung nachgebaut. Wie in einem richtigen Experiment, können Schüler*innen die Messgeräte bedienen und das Experiment durchführen. Wie das in der Anwendung funktioniert, kann in diesem Video angesehen werden, alle Informationen finden sich auf der Seite der Uni Mainz.

Die Universität Würzburg hat ebenfalls einige AR-Experimente entwickelt. Bei Experimenten zu optischen Phänomenen können mittels AR dem tatsächlichen Experiment in der Schule digitale Elemente auf dem Smartphone hinzugefügt werden. Weitere Informationen und der kostenlose Download finden sich hier. Bei CG-Physics findet sich Material zur Darstellung von Feldlinien mittels AR.

AR-Material von CG-Physics zum Magnetfeld eines Stabmagneten
AR-Material von CG-Physics zum Magnetfeld eines Stabmagneten
Beispiel der AR-Darstellung des Materials von CG-Physics

Lernvideos

Schlussendlich können Lernvideos helfen, Fachinhalte anschaulich zu erklären. Auf YouTube finden sich zahlreiche Kanäle zu physikalischen Themen. Die Qualität der Videos variiert sehr stark, sodass jede Lehrkraft sie zuvor für den Einsatz prüfen sollte. So haben wir schon in unserem Artikel über Simple Club, wohl einer der beliebtesten Kanäle für Lernvideos, die z.T. sehr starke Vereinfachung kritisiert. Da Schüler*innen häufig zur Unterstützung ohnehin auf Lernvideos zurückgreifen, bietet es sich aber an, als Lehrer*in Vorschläge für hochwertige Lernvideos zu machen. Empfehlenswert sind beispielsweise die Videos vom Kanal „musstewissen Physik„.

Welche Erfahrungen habt ihr gemacht?

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten digitale Tools im Physikunterricht einzusetzen. Viele Anwendungen sind im Internet frei verfügbar, ständig kommen neue dazu. Wir hoffen, dass ihr durch diesen Artikel die ein oder andere Inspiration für euren Unterricht erhalten habt.

Habt ihr bereits Erfahrungen mit einem konkreten Tool gesammelt? Erzählt uns davon in den Kommentaren unter diesem Beitrag oder mit einer Mail über unser Kontaktformular. Für die neusten Blogbeiträge folgt uns gerne auf Facebook, Instagram oder Twitter.


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