Simulationen im MINT-Unterricht

Umfassende Sammlung der PHET

Carl Edwin Wieman erhielt den Nobelpreis für die Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten. Gleichsam war er auch der Antrieb für diese vielfältige Sammlung an interaktiven Simulationen, welche in diesem Projekt kondensiert werden.

PhET bietet Simulationen für alle MINT-Fächer und sortiert diese übersichtlich nach Fach und Thema. Dabei verwenden aktuelle Simulationen HTML5-Technologien, so dass diese auf allen Endgeräten verfügbar sind. Die Website bietet mehr als 150 Simulationen an, welche meist auf Deutsch verfügbar sind und oft auch begleitendes Unterrichtsmaterial anbieten.

Die Inhalte der Website bieten sortiert in Themenbereiche vielfältige Simulationen zu klassischen Experimenten und decken nicht nur Grundlagen der einzelnen Fächer ab. Simulationen wie die Fourierzerlegung eröffnen Möglichkeiten zur Förderung guter Schülerinnen und Schüler.

Einbinden in mebis

PhET-Simulationen lassen sich direkt aus der mebis-Mediathek in die mebis Lernplattform und mebis Tafel einbetten.

Klassische Experimente Kippenberg

Dr. Stefan Kippenberg hat eine schöne Sammlung an quelloffenen Materialien für den MINT-Unterricht erstellt. Darunter fallen Spiele und Quizze, aber vor allem sehr schöne didaktisch reduzierte Simulationen für den MINT-Unterricht. Die sogenannten MINT-Apps umfassen interaktive Funktionsplotter in Mathematik, das Spiel des Lebens für die Informatik und beispielsweise eine waagrechte Rakete für die Physik.

Im Vergleich zu den PhET-Simulationen sind diese Simulationen weniger realistisch gestaltet, sondern legen einen klaren Fokus auf didaktische Reduktion und übersichtliche Darstellung. Die Versuche werden anhand klassischer schematischer Skizzen dargestellt und bieten durch Schieberegeler vielfältige Interaktionsmöglichkeiten. Hervorzuheben ist auch eine saubere Darstellung der Parameter und ein klarer Fokus auf eine weitere Auswertung.

Dank der schematischen Darstellung und der vielfältigen Interaktionsmöglichkeiten, sind diese MINT-Apps sehr gut für Selbstlernphasen der Schülerinnen und Schüler geeignet. Nach einem stummen Experiment könnten sich die Lernenden den Versuch mit einem Darstellungswechsel erarbeiten und anschließend zusammenfassen.

Virtuelle Experimente der LMU

Ein beinahe vollständiges Kompendium sind die virtuellen Experimente von Dr. Stefan Richtberg. Diese Website bietet unter einer freien Lizenz eine wunderbare Lerneinheit zur Elektronenbewegung in magnetischen und elektrischen Felder der gymnasialen Oberstufe an. Im Vergleich zu den anderen Projekten, liegt hier der Fokus auf ein Themengebiet, welches durch realistische Simulationen, Kontroll- und Übungsaufgaben und Abschlussprüfungen vollständig alleine von der Schülerinnen und Schüler bearbeitet werden kann.

Behandelt werden klassische Versuchsaufbauten, wie etwa die Elektronenablenkröhre. Die Lernenden erarbeiten sich anhand einer schematischen Skizze den Aufbau und Funktion des Experiments und das Wissen wird stets durch interaktive Übungen gesichert. Ein realistisches virtuelles Experiment verbindet die Theorie mit der Praxis und im weiteren Verlauf können Hypothesen überprüft werden und die mathematische Beschreibung erarbeitet werden. Zum Abschluss sichern die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen durch Quizze und können sich bei bereitgestellten Abituraufgaben samt Lösungen testen.

Tetfolio und interaktive Bildschirmexperimente

Die Freie Universität Berlin stellt für die Oberstufe Physik NRW viele interaktive Experimente bereit. Das Projekt ist eigentlich ein vollständiges interaktives eBook, welches die Möglichkeiten des Internets nutzt. Die Texte werden interaktive angereichert und durch Real-, Bildschirm- und Modellexperimenten bereichert.Die Website bietet dabei Materialien in den Themenbereichen Schwingungen, elektrische und magnetische Felder und zur Quantenmechanik an.

Diese Simulationen sind eigentlich ein Teilprojekt der interaktiven Lern- und Lehrplattform Tetfolio. Dieses beinhaltet auch eine frei lizenzierte Videodatenbank zu vielen Versuchen mit einem übersichtlichen Register. Diese sind unter Themen in der Rubrik Demonstrationsexperimente (Video) aufgerührt, etwa zum Thermoelektrischen Magneten oder der Impulserhaltung auf der Luftkissenschiene.

Tipp

Das Projekt bietet auch eine Downloadvariante für den Offlinebetrieb an. Somit lassen sich diese Übungen auch bei schlechten Internetverbindungen nutzen, etwa für ein Flipped-Classroom Szenario.

Weitere Quellen für Simulationen

Weitere interessante Quellen von bayerischen Autorinnen und Autoren sind hier verlinkt, wobei dies keine systematischer Überblick sein kann.

Das Projekt CG-Physics von Heiko Lublitz bietet frei lizenzierte Materialien zur Physik an. Diese beinhalten Erklärvideos, interaktive Simulationen und wunderbare AR-Anwendungen. Insbesondere die Vorstellung von Schülerinnen und Schülern zu elektrischen und magnetischen Feldern können damit gefördert werden und sind ein echtes Highlight für den Unterricht.

Der Klassiker Leifiphysik von Ernst Leitner und Ulrich Finckh wurde schon mehrfach ausgezeichnet und ist ein vollständiges digitales Lehrwerk zur Physik in allen Jahrgangsstufen. Selbstverständlich werden die Inhalte mit Simulationen aufbereitet und dank vieler Übungen sind diese ideal für Selbstlernphasen geeignet oder zum binnendifferenzierenden Wiederholen.

Der Physiker Ilias Sitsanlis bietet im Rahmen der europäischen Initiative Go-Lab diverse Simulationen aus der Mechanik, Optik und Elektrodynamik. Die Universität St. Andrews veröffentlicht im QuVis - The Quantum Mechanics Visualisation Project anspruchsvolle Simulationen aus dem Bereich der Quantenmechanik. Die Simulationen sind alle interaktiv und besitzen eine Lenrstandssicherung am Ende, wobei einige auch ins Deutsche übersetzt sind und alle unter einer freien CC-Lizenz angeboten werden.