Einführung

In diesem Projekt messen Lernende die Strömungsraten eines schmalen Baches. Sie nutzen dabei ihre mobilen Endgeräte, um die Geschwindigkeit des Stroms aufzuzeichnen. Hierzu wird eine Orange in einen Bach geworfen, die nach zehn Metern aus dem Bach gezogen wird. Die Zeit, die die Orange braucht, wird durch die eingebaute Stopp-Uhr in einem Smartphone oder Tablet gemessen. Danach muss die Querschnittsfläche des Kanals durch ein Lineal erhoben werden, da die Lernenden die Geschwindigkeit der Strömung und die Querschnittsfläche brauchen, um die Strömungsrate zu berechnen. Dieses handlungsorientierte und veranschaulichende Vorgehen kann an verschiedenen Bereichen des Baches wiederholt werden, damit Theorien aufgestellt und überprüft werden können. Die gewonnenen Informationen werden dann von den Lernenden visuell in Erklärvideos mit entsprechenden Grafiken, Videoaufnahmen, Zeichnungen und Bildern veranschaulicht. Das allgemeine Ziel dieses Projektes liegt darin, Strömungsraten mithilfe von mobilen Geräten zu messen und mit der Kamerafunktion auf Smartphones oder Tablets aufzuzeichnen, um die gesammelten Daten anschließend anschaulich zu präsentieren.

Ursprünglich wurde das Projekt mit Studierenden und Dozierenden im Norden von Yorkshire durchgeführt. Im schulischen Kontext lässt sich das Projekt in das Fach Mathematik verorten und für mehrere Unterrichtsstunden, inklusive einer Exkursion, konzipieren. Das Projekt eignet sich ab Klasse 6 der Sekundarstufe I.

Didaktisches Konzept

Das Projekt besitzt didaktisch eine starke Wissenschaftsorientierung, da die Lernenden mathematische Verfahren praxisorientiert imitieren und selbst erfahren sowie reflektieren. Die Mathematik soll in ihren Vorgehensweisen und methodischen Zugängen für die Schülerinnen und Schüler transparent gemacht werden, damit diese das wissenschaftliche Arbeiten nachvollziehen können. Dadurch nehmen die Lernenden die Wissenschaft als Teil ihres Lebens wahr, da sie sich mit einfachen wissenschaftlichen Methoden, wie dem Beobachten, Messen und Auswerten, die Welt erschließen können. Sie nutzen die Daten, um Hypothesen zu formulieren und die Erkenntnisse aus den Experimenten und Berechnungen adressatenorientiert unter Verwendung von Fachsprache in Erklärvideos zu präsentieren. Zudem greift diese Unterrichtsidee die Lebenswelt der Lernenden auf, da als außerschulischer Lernort ein regionales Beispiel gewählt werden kann.

Letztendlich weist die Unterrichtsidee eine starke Handlungsorientierung auf. Die Lernenden erschließen sich den Lerngegenstand zwar nicht komplett selbst, sie wiederholen die Vorgänge des Experiments und die Berechnungen nach einer konkreten und praktischen Anleitung eigenverantwortlich. Somit wird die Berechnung der Strömungsrate eines Baches in diesem Projekt an konkrete Handlungen gebunden, wodurch der Lerngegenstand besser nachvollzogen werden kann. Durch diese praktischen Erfahrungen erkennen die Lernenden die konkreten Verläufe dieses Phänomens und erhalten praktische Einsicht in mathematische Methoden, die in der wissenschaftlichen Praxis angewendet werden. Zudem erstellen sie eigenständig Erklärvideos, die sie ihrer Klasse präsentieren. Für deren Inhalt und Gestaltung sind sie selbst verantwortlich, wodurch diese Phase des Projektes zusätzlich Relevanz erhält.

Bildungsplanbezug (Baden-Württemberg 2016 Sekundarstufe I)

Dieses Projekt fokussiert vor allem die Leitperspektive „Medienbildung“, da die Schülerinnen und Schüler mobile Endgeräte nutzen, um wichtige Daten zu sammeln. Sie nutzen dabei verschiedene Funktionen, um eine konkrete Frage bzw. Aufgabe zu lösen. Das Projekt konzentriert sich außerdem auf das digitale Sammeln und Dokumentieren eines Vorgangs und dessen Ergebnisse. Zudem erstellen die Lernenden ein digitales Produkt in Form eines Erklärvideos, worin sie ihre Ergebnisse visualisieren und adressatenorientiert darstellen.

Förderung der prozessbezogenen Kompetenzen:

Argumentieren und Beweisen:

• in mathematischen Zusammenhängen Vermutungen entwickeln und als mathematische Aussage formulieren

• bei der Entwicklung und Prüfung von Vermutungen Hilfsmittel verwenden

• mathematische Verfahren und ihre Vorgehensweisen erläutern und begründen

• beim Erläutern und Begründen unterschiedliche Darstellungsformen verwenden (verbal, zeichnerisch, tabellarisch, formalisiert)

Probleme lösen:

• Hilfsmittel und Informationsquellen (zum Beispiel Formelsammlung, Taschenrechner, Computerprogramme, Internet) nutzen

• das Aufdecken von Regelmäßigkeiten oder mathematischen Mustern für die Problemlösung nutzen

• kritisch prüfen, inwieweit eine Problemlösung erreicht wurde

Mit symbolischen, formalen und technischen Elementen der Mathematik umgehen:

• Berechnungen ausführen

Kommunizieren:

• ihre Ergebnisse strukturiert präsentieren

• bei der Darstellung ihrer Ausführungen geeignete Medien einsetzen

• vorläufige Formulierungen zu fachsprachlichen Formulierungen weiterentwickeln

Auswahl der inhaltsbezogenen Kompetenzen:

3.1.1 Leitidee Zahl – Variable – Operation

• natürliche Zahlen und positive Dezimalzahlen schrift­lich addieren, subtra­hieren, multiplizieren (dabei ein Faktor maximal 3-stellig) und dividieren (Divisor maximal 2-stellig)

• Zahlenwerte und Größenangaben situationsgerecht runden und gerundete Angaben interpretieren

• Fachbegriffe für Rechenarten (Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division), Rechenoperationen (addieren, subtrahieren, multiplizieren, dividieren, potenzieren) und Rechenoperanden (Summand, Faktor, Minuend, Subtrahend, Dividend, Divisor, Basis, Exponent) verwenden

3.1.2 Leitidee Messen

• Messvorgänge und die Verwendung von Einheiten erläutern

• in ihrem Umfeld Längen, Flächeninhalte, Volumina, Massen, Zeitspannen messen

• Größenangaben durch Maßzahl und Einheit darstellen

Hauptintentionen

Die Schülerinnen und Schüler messen und berechnen die Strömungsrate eines Baches, indem sie diese an einem authentischen Standort erfassen. Sie nutzen ihre mobilen Endgeräte, um diese Daten zu sammeln und zu überprüfen. Die Lernenden erhalten entweder vorformulierte Hypothesen oder formulieren eigene Hypothesen, die sie untersuchen und überprüfen. Sie erstellen Erklärvideos, um ihre gesammelten Daten visuell aufzubereiten und Hypothesen darin zu ergründen.

Lernszenario

Die erste Phase dieses Projektes wird gemeinschaftlich in der Klasse durch Anleitung der Lehrkraft umgesetzt. Hierzu besuchen die Lernenden einen außerschulischen Lernort in Form eines Baches. Die Instruktionen und das Vorgehen wurden in einer Unterrichtsstunde zuvor besprochen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten verschiedene Aufgaben, die entweder ausführenden oder dokumentieren Charakter besitzen (Dokumentieren des Projektes, Videoaufzeichnungen erstellen vom Experiment, Durchführen des Experimentes z.B. durch Zeit stoppen). Die notwendigen Parameter und Daten werden zunächst gemeinschaftlich erhoben und gemeinsam berechnet. Um auf mögliche Fehler oder Ungenauigkeiten zu reagieren, sollte ein zweiter Durchlauf durchgeführt werden. Hierbei sollten die Lernenden die Rollen untereinander tauschen. Nach dieser ersten Phase kann das Experiment an verschiedenen Stellen des Baches wiederholt werden.

Auf Grundlage der Berechnung und der Wiederholung des Experimentes an verschiedenen Stellen des Baches formulieren die Lernenden dann Hypothesen oder erhalten vorformulierte Hypothesen, die sie anschließend überprüfen. Die erhobenen Daten dienen dazu, dass die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen Erklärvideos erstellen. Hierbei sind sie frei in der Gestaltung und können verschiedene Bilder, Grafiken, Zeichnungen oder Videoaufnahmen benutzen, wodurch zum gleichen Thema unterschiedliche Produktergebnisse entstehen. Ins Erklärvideo sollten außerdem die formulierten Hypothesen und deren Überprüfung integriert werden, wodurch jede Gruppe eine individuelle Hypothese aufzeigen kann.

Das Projekt könnte insofern modifiziert werden, indem die Schülerinnen und Schüler in ihren Kleingruppen das Experiment in ihrer Freizeit nachstellen und diese Erlebnisse, Erfahrungen und Berechnungen somit selbst wiederholen. Dieses eigenständige Arbeiten sollte dann wieder in einem Erklärvideo für alle münden.

Weitere Erweiterungen sind durch die Verwendung eines Strömungsmesserssenors und einem SS-Tool möglich, um weitere Daten sammeln zu können, um noch akkuratere Ergebnisse zu erzielen.

Verwendete Tools

Für das Erstellen der Erklärvideos ist die iOS-App „iMovie“ hilfreich, die auf Apple-Geräten bereits vorinstalliert ist.

Für den Einsatz im Unterricht eignet sich die App aus den folgenden Gründen:

• einfach und verständlich aufgebaut

• fertige Produkte können sowohl auf einem Endgerät als auch in einer Cloud gespeichert werden

• einfache Handhabung