Die an der RWTH Aachen speziell für Anforderungen in der Physik-Lehre entwickelte App phyphox bietet vielfältige Möglichkeiten zur Durchführung und Auswertung von Smartphone-Experimenten als Schüler- und Demonstrationsversuche. Im Workshop vom Entwickler-Team der App werden ihre Funktionen und ihr breites didaktisches Potential an hands-on Beispielen vorgestellt. 

Bitte vorab die App phyphox auf Ihrem Smartphone installieren (kostenlos für Android und iOS unter http://phyphox.org). Wer zusätzlich zum Smartphone auch ein eigenes Notebook mitbringt, kann erweiterte Funktionalitäten der App selbst am eigenen Material testen.

Experimentieren ist eine grundlegende Tätigkeit der Erkenntnisgewinnung in Physik und im Physikunterricht. Es ist z. B. die Grundlage zur „Gewinnung“ von physikalischen Zusammenhängen und zur Bestimmung von konstanten Größen. Diese Ziele können jedoch nur erreicht werden, wenn Aussagen über die Güte einer Messung hinzugezogen werden. Denn eine schlüssige Folgerung aus den empirischen Daten einer Messung ist erst möglich, wenn eine Abschätzung der zugrunde liegenden Unsicherheiten vorliegt. Diese Unsicherheiten sind keine Fehler! Vielmehr sind sie Teil einer jeden Messung.

Mit diesem Workshop möchten wir anhand von konkreten Beispielen für den Physikunterricht aufzeigen, wie Messunsicherheiten im Physikunterricht ganz ohne oder mit wenigen einfachen mathematischen Mitteln behandelt werden können. Darüber hinaus sollen gemeinsam weitere Beispiele erarbeitet werden. Auf diese Weise gewinnen Schülerinnen und Schüler ein realistisches Bild von Messvorgängen und können die Qualität von Messverfahren beurteilen. 

Lernaufgaben dienen der Entwicklung und Förderung von Kompetenzen. Sie bieten einen Zugang für unterschiedliche Lernniveaus, unterstützen individuelles sowie kooperatives Lernen und sind in einen lebensnahen, anwendungsbezogenen Kontext eingebettet. Ausgehend von einer Problemfrage wird ein Lernprodukt erstellt, das fachliche und überfachliche Kompetenzen erfordert.

Aber wie kann ich eine Lernaufgabe gewinnbringend in meinem Unterricht einsetzen? Das Fachset Physik der iMINT-Akademie stellt vier entwickelte Lernaufgaben zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“  mit den aktuellen Inhalten moderne Lampen, kontaktloses Laden, Lieblingsessen und Stromkosten vor.

Die Teilnehmenden bekommen die Möglichkeit das Material zu testen, Experimente auszuprobieren und die Lernaufgaben an die individuellen Voraussetzungen ihrer Lerngruppe anzupassen.

Experimente mit Alltagsmaterialien sind eigentlich ein alter Hut, aber ein äussert spannender! Schon Philon von Byzanz, Otto von Guericke oder Faraday nutzten die Phänomene ihrer Zeit nicht nur zur Erkenntnis sondern auch zur Begeisterung des gemeinen Volkes. Dr. Sven Sommer hat über die Interessenentwicklung solcher einfachen Phänomene promoviert und lange Zeit für die Jugendzeitschrift „YPS“ geschrieben. Gimmicks, Experimente & Co. sind seine Leidenschaft, die er im Buch „Der kleine Baumarktphysiker“ auslebt, indem er zum mitmachen und mitdenken einlädt und die Ergebnisse mit Trivia, Kuriosität und Analogien verbindet. Im Rahmen des Workshops experimentiert, liest und führt er durch die Welt dieser einfachen Alltagsversuche u.a. zur Naturgeschichte einer Wunderkerze, dem wahrscheinlich ältesten Freihandversuch der Welt und Peter Lustigs Beitrag dazu oder erläutert, was der „Mosh-Pit“ auf Rockkonzerten mit Sumoringern und afrikanischen Elefanten zu tun hat.

Große Klassen und selbstständiges Lernen. Wie bekommt man da eine optimale individuelle Förderung hin? Wir zeigen euch, wie Ihr mit Hilfe der Lernplattform Scobees während der Selbstlernzeiten per Klick Einblicke in den aktuellen Lernstand der Kinder erhaltet und wie ihr sofort auf Lernergebnisse reagieren und sogar ganz einfach Lerninhalte personalisieren könnt.

In diesem Workshop setzen sich die Teilnehmer*innen fachlich und fachdidaktisch damit auseinander, wie man die Begriffe der stochastischen Unabhängigkeit und bedingten Wahrscheinlichkeit bei einstufigen Zufallsversuchen explizit einführen und ihre Nutzung im Kontext von Modellierungen (u.a. Häufigkeitsinterpretation) bei mehrstufigen Zufallsversuchen adäquat vermitteln kann.

Sie lernen anhand von realitätsnahen Aufgaben die Bedeutung der Basisrate und weitverbreitete Fehlvorstellungen (Vertauschung Ereignis und Bedingung bedingter Wahrscheinlichkeit) kennen und erörtern Einsatzmöglichkeiten für den Unterricht.

„Schülerinnen und Schüler lernen aktiv und verantwortungsbewusst, gemeinsam mit anderen an nachhaltigen Entwicklungsprozessen lokal und global teilzuhaben und Entscheidungen für die Zukunft zu treffen. Dabei orientieren sie sich am Leitbild der nachhaltigen Entwicklung. … Die Schülerinnen und Schüler erwerben Kompetenzen, die es ihnen auf der Grundlage eines ethischen Wertesystems ermöglichen, nicht nachhaltige und nachhaltige Entwicklungstendenzen in einer zunehmend globalisierten Welt zu erkennen, zu analysieren und zu bewerten.“ (Rahmenplan Berlin, S. 34)

Damit dieses Ziel erreicht werden kann, benötigen die Schülerinnen und Schüler auch mathematische Kenntnisse und Kompetenzen:
• Sicherer Umgang mit Zahlen und Größen
• Fortgeschrittene Anwendung der Prozentrechnung
• Grundbegriffe der Statistik
• Interpretation von Daten und ihrer verschiedenen Darstellungsformen
• Beurteilung von Aussagen und Argumentationen zu Datenzusammenstellungen und deren Darstellungen
• Vertieftes Verständnis des mathematischen Modellierungsprozesses
• Fähigkeit, mathematikhaltige Texte im Kontext nachhaltige Entwicklung zu verstehen

Umgekehrt können die Schülerinnen und Schüler u. a. solche Kenntnisse und Kompetenzen zunehmend erwerben, wenn der Mathematikunterricht aktuelle Anlässe im Kontext aufgreift und Gelegenheit zur Auseinandersetzung damit gibt. Für manche Schülerinnen und Schüler könnte dies auch zu eine neuen Motivation im Mathematikunterricht beitragen.

Im Workshop möchten wir Gelegenheit geben, ausgehend von einer Zeitungsgrafik zum Verbrauch von Einwegbechern in Berlin an Ideen für ein Unterrichtsvorhaben in einer eigenen Lerngruppe zu arbeiten und die damit zusammenhängenden didaktischen und methodischen Fragen zu diskutieren. Hintergrundmaterial zum Kontext stellen wir bereit. 
Eine solche Arbeit ist gleichzeitig exemplarisch für die Kooperation im Netzwerk MUED (ca. 700 Mathematiklehrkräfte in Deutschland), in dem wir seit vielen Jahren u. a. an dem Schwerpunkt „Umwelterziehung im Mathematikunterricht“ mitarbeiten. Siehe auch: https://www.mued.de/html/inhalte/i5-oekologie.html

Zählt Sven noch oder multipliziert er schon? Nutzt Özlem Rechenstrategien oder wendet sie schriftliche Verfahren im Kopf an? Und wenn alle stets das richtige Ergebnis haben – sind diese Informationen wichtig? Ja, denn nur wer erkennt, wie Kinder und Jugendliche denken und was sie verstanden haben, kann passende Lernangebote bereitstellen.

Individuelle Lernstände im laufenden Unterricht festzustellen und Lernangebote darauf abzustimmen, ist eine große Herausforderung. In Neuseeland wurde zur Unterstützung der Lehrkräfte ein Lernentwicklungsmodell zur Arithmetik (Erwerb des Zahlbegriffs bis zur Prozentrechnung) und darauf aufbauend ein Diagnostisches Interview ausgearbeitet. Dieses wird in übersetzter Fassung seit einigen Jahren auch an deutschen Schulen und in der Lehrkräfteaus- und -fortbildung erfolgreich eingesetzt. Die Heterogenität im Denken der Kinder und Jugendlichen und deren individuelle Stärken werden nicht nur in Klassen mit großer kultureller oder sozialen Vielfalt bei der Durchführung erkennbar.
Siehe auch: https://www.mathematik-lehren.de/blog/methoden-aufgaben-werkzeuge/post/basiswissen-und-strategien-erfragen/

Nach einer Einführung in das Lernentwicklungsmodell möchten wir im Workshop Gelegenheit zur Analyse von Interviewausschnitten (u. a. aus einer Berliner Willkommensklasse), zur Diskussion über jeweils weitere Lernangebote und zum Kennenlernen typischer Formen der Unterrichtsgestaltung in Neuseeland geben. Ein Austausch über Erfahrungen zur individuellen Förderung und über Chancen in der Nutzung der vorgestellten Elemente soll den Workshop abschließen.

Die Förderung von mathematischer Begabung ist in den Fokus der Mathematikdidaktik gerückt. Doch wie erkennt man mathematisch begabte Schülerinnen und Schüler? Und wie kann man geeignete Fördermaterialien auswählen?

Im Workshop werden zunächst implizite und explizite Theorien zu mathematischer Begabung thematisiert. Mit Fokus auf die Klassenstufen 5 bis 7 werden darauf aufbauend Diagnosemöglichkeiten vorgestellt. Abschließend werden konkrete Fördermöglichkeiten von mathematisch begabten Schülerinnen und Schülern im inner- und außerschulischen Kontext erarbeitet.

Die beiden großen Teilgebiete der Stochastik scheiden bei Schülerinnen und Schüler aber auch Lehrkräften immer wieder die Geister.

Im Workshop werden bewährte Beispiele zur Einführung statistischer Umfragen gezeigt und wie diese mithilfe digitaler Mathematikwerkzeuge auch bezüglich des zeitlichen Aufwandes beherrschbar werden. Dabei kommt dem Darstellungswechsel ebenso eine Bedeutung zu wie dem Begriff der Korrelation und statistischen Kenngrößen.  Der Weg von der Erhöhung der Versuchsanzahl unter Berücksichtigung von Simulationen über das empirische Gesetz der großen Zahlen zum abstrakten Wahrscheinlichkeitsbegriff wird anhand erprobter Beispiele gezeigt. 

Anschließend wird auf die Behandlung der Wahrscheinlichkeitsrechnung in der Sekundarstufe I und II eingegangen unter Eingehen auf entsprechende Funktionen digitaler Mathematikwerkzeuge.

Der im Workshop verwendete Taschenrechner TI-Nspire wird zur Verfügung gestellt.