Forschendes Lernen - Forschende Schüler – Individuelles Fördern

Kopernikanische Revolution in der Schule

Nicht der Lehrer sondern der Schüler steht im Mittelpunkt des Unterrichts

Man muss nur die Bremsklötze wegziehen….

Magnetkanone (rechts) mit Reed-Schaltern, Klasse 5,6 und 7 als Antriebstest für Schwebebahn

Film: LoL in PhysikVorkenntnis:

„Goldene Regel der Mechanik“ = Energieerhaltungssatz bei einer schiefen Ebene

Arbeitsauftrag:Gilt der

Energieerhaltungssatz auch bei einem Flaschenzug und einem Hebel?

Beobachten Sie die Aktivitäten der Schüler/innen: Was fällt Ihnen auf? Vergleichen Sie mit eigenen Unterrichtserfahrungen

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Mikromethode: Eigenverantwortliches Arbeiten EVAWas Lehrer nicht dürfen:- Alles entscheiden- Alles planen- Alles erklären- Alles korrigieren- Alles strukturieren- Sich für alles verantwortlich fühlen- Alles kontrollieren- Alle Probleme Lösen- Alles visualisieren- Ständig Anweisungen geben- Alles anschreiben- Alles diktieren- Dem aktiven eigenverantwortlichen Lernen im

Wege stehen

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Eigenverantwortliches Arbeiten EVAWas Lehrer dürfen/sollten:- Vorstrukturieren- Moderieren- Rahmenbedingungen organisieren- Beraten- Sachbezogene Arbeitsinseln schaffen, auf denen

Schüler frei herumgehen dürfen- Fehler zulassen und selbst machen- Lernumwege zulassen- Durch Zielvorgaben führen und strukturieren- Loslassen!- Kooperative Arbeitsformen fördern- Prinzip der minimalen Hilfe anwenden- Differenzierungsmöglichkeiten schaffen

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Konstruktivistische Lehr- und Lern-Theorie

Wissen kann nicht einfach übernommen werden, es muss aktiv konstruiert werden.

Lernen ist ein aktiver Konstruktionsprozess mit individuellen

undkollektivenAspekten: Methode

Kommunikation

Metakognition

Inhalt

EigenständigkeitIndividuell

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Konstruktivistisches Arbeiten

Netzwerk vonZusammenhängen Anwende

nÜben

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Konstruktivistisches Arbeiten Metakognitive Begleitung: Intensive Beratung zur Förderung der Anstrengungsbereitschaft, der

Motivation und der Ausdauer Entwickeln einer Methodenkompetenz Beratung bei Lernproblemen Individuelle Aspekte: Eigenverantwortung: Planen, Durchführen und Kontrollieren des Lernens

und Forschens Inhaltliche Aspekte: Fachübergreifende Bezüge herstellen Offene, authentische Probleme, keine kleinschrittigen eingeengten

Fragestellungen Exemplarische Aspekte mit wesentlichen Bedeutungen Sozial-Kommunikative Aspekte: Kommunikation und Disput der Lernenden anregen Angstfreies Ausdrücken von Ideen, Fragen und Problemen Methodische Aspekte: z.B.: Eigenständige Projektarbeit mit Präsentation Methodenvielfalt: auch Vorträge, Unterrichtsgespräche neben freiem

Arbeiten

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Was ist forschendes Lernen?- Erarbeitung eines (komplexeren) Themas mit eigenen

Ansätzen und Ideen- Entwicklung eigener Fragestellungen oder auch Vorgabe

fachlicher Ziele- Das Neue wird auf eigenem Weg und durch eigene

kognitive Aktivitäten erschlossen- Die Lernenden spüren und entwickeln eine eigene

Autonomie, führen ihre Erfolge auf eigene Kompetenzen und Anstrengungen zurück

- Misserfolge können anspornen, zu neuen Wegen und Erfahrungen führen

- Das Gelernte wird hinterfragt und eigene Fragen werden beantwortet

- Problemorientiertes Unterrichten kombiniert mit eigenständiger Arbeit ermöglich forschendes Lernen

- Forschendes Lernen ist kein entdeckendes Lernen, denn Wissen lässt sich aus Beobachtungen nur theoriegeleitet aufbauen

- Forschendes Lernen erfordert einen Wechsel zwischen Instruktion und eigenständiger Konstruktion

Rollenwechsel: Lehrer als Lernberater:- Rücknahme der belehrenden

Wissensvermittlung- Modelling, Scaffolding, Coaching: Vom

stützenden Vormachen zur Eigenständigkeit und zurück

Forschendes Lernen erfordert eine Veränderung der Rolle von Lehrer/innen zum Berater und Facilitator

-Fokussierender und motivierender Einstieg führt zur Entwicklung von Fragenkatalogen

- Strukturierung und Finden von Oberthemen

Beispiel: -Wie schwingt ein Pendel? (Weg-Zeit-Gesetz)-Warum schwingt ein Pendel? (Rücktreibende Kraft und Trägheit)-Wie lang schwingt ein Pendel? (Dämpfung)-Wie kann eine Schwingung aufrecht erhalten werden? (Entdämpfung, Rückkopplung)-Wann schwingt ein Pendel? (Eigenschwingungen, erzwungene Schwingungen, Resonanz)-Wie kann man eine Schwingung beschreiben? (Kreisbewegung)

Hinführung: • Festlegung des Fachgebietes durch Anknüpfen an Interessantes und Bekanntes Vorauswahl notwendig• Markt der Möglichkeiten und Ideen ? Teambildung und Themenfindung sind gekoppelt• Behandlung von Leitthemen (Chaosphysik, Netzwerktheorie)?

Beschränkung:• Teamzusammensetzung: Alter, Freunde, soziale Aspekte, Intelligenz und Anspruch Mehr Zeit und mehr Beratung zu Beginn? Auswahlkriterien: •Ist eine eigene Untersuchung möglich?• Sind Geräte und Theorien zugänglich?•Lassen sich die fachlichen Inhalte bearbeiten?• Ist das Thema schon bearbeitet? Gefahr: Berater/in entwickelt eigene Vorstellungen, die dominieren können

-Eigenes Vorwissen erkennen-Wissensstand reflektieren-Standortbestimmung durchführen können: Was war das Ausgangsproblem, die Zielvorgabe? Welche Aspekte sind verstanden/noch nicht verstanden? Wie sind wir vorgegangen, wo traten Schwierigkeiten auf?

-Sachtexte erfassen und zusammenfassen-Antwort auf eine Frage im Text suchen-Texte erläutern, Beispiele und Skizzen hinzufügen-Hilfsfragen: Worum geht es? Was ist wichtig? Was verstehe ich (nicht)?

Informationsquellen kennen und benutzen könnenRecherchieren können

Kurse zur Vermittlung der Basiskompetenzen?

Der Inhaltsbereich des forschenden Lernens ist letztlich noch fremdbestimmt.Mit welchem Gefühl geht man an einen Sachinhalt, den man sich ganz allein ausgesucht hat und den man nur intrinsisch motiviert erarbeiten möchte?

Vorbereitende Gespräche auf Metaebene dienen dem Kompetenzerwerb?

Phasenmodell (Bybee, Bell, Haupt)

Zu klärendes Phänomen Forschungsfrage Zielvorgabe

Vorwissen aktivieren, Ideen sammeln

Information suchen, Experimentieren (Ausprobieren), Diskutieren

Messreihen durchführen, auswerten

Wissen ausdrücken, Modell entwickeln, hinterfragen, korrigieren

Standortbestimmung: Ziel erreicht?

Ergebnissicherung, Präsentation

Anwenden, Üben

Hypothesen sind Suchstrategien, vorläufige Annahmen

Ordnungsfunktion: z.B. Bedeutsames und Unwichtiges trennen Anregungsfunktion: neue Sichtweisen erschließen, neue Möglichkeiten ausloten Verschiedene Bereiche und Aspekte werden in einen denkbaren Zusammenhang gebracht Orientierungsfunktion: z.B. bei einer Einarbeitung in unbekannte Gebiete Konkretisierungsfunktion: Allgemeine Forschungsfragen werden auf überprüfbare Aspekte konkretisiert (operationalisiert) Hilfefunktion: Bei der Suche nach Variablen und Verknüpfungen

In welcher Phase erwerben die Teams dieses Meta-Wissen?

Miteinander kooperieren- Ein Team ermöglicht gemeinsame Benennung von

Schwierigkeiten und Ideen- Schülersprache unmittelbarer und besser geeignet

zur Benennung von Problemen- Lernen durch Lehren: Erklären erfordert

Rekonstruktion, Strukturierung und logisches Aufbereiten

- Dörner: Die Rolle des (Selbst-)Gesprächs- Kommunikation über unterschiedliche

Vorgehensweisen und Resultate -Forschendes Lernen erfordert Erfahrung mit kooperativen Unterrichtsmethoden- Teamfähigkeit kann nicht vorausgesetzt werden! Kann sie vermittelt werden?

Gesprächsregeln (gelten auch für das Coaching):

- Ich – Botschaften formulieren- Beim Zuhören zuwenden- Niemanden abwerten- Informationen allen zugänglich machen- Verabredungen einhalten- Gesprächszeiten vereinbaren und einhalten

• Einstiegsfrage eines Gesprächs: Was macht ihr? Was habt ihr vor? Aus der Antwort wird die Stärke der notwendigen Beratung deutlich!

• Nach dem Suchen, was das Team, nicht der Betreuer, als erfolgreiches Ergebnis ansieht

• Verwende W-Fragen: Was? Wo? Wann? Wer? Aber niemals „Warum?“, weil es einen negativen und feindlichen Unterton besitzen kann. „Und wie kommt es,…“ ermuntert zu Erklärungen und Hinterfragungen.

• Eine Reaktion mit „aber“ zu beginnen produziert Widerspruch und lässt Zweifel am Gegenüber aufkommen. Ein „und“ signalisiert Akzeptieren und die Bereitschaft auf dem Gesagten aufzubauen.

• Stimmt man mit dem Ziel der Gruppe nicht überein, keine Überzeugungsarbeit leisten sondern sofort einen anderen Berater empfehlen!

• Kleine Schritte reichen aus! Sie können eine Lawine lostreten! Was braucht man für den nächsten kleinen Schritt? Die Visionen muss das Team entwickeln!

• Es ist unsere Aufgabe, die Bedürfnisse der Teams anzunehmen und realistische und erreichbare Ziele auszuhandeln. Entscheidungsträger ist der Schüler, und dies in mehrfacher Hinsicht. Er entscheidet zunächst über die Teilnahme, dann über das konkrete Thema seines Forschungsprojektes und dann über die anzuwendenden Methoden. Je nach Alter und Leistungsstand sind die Schüler dabei auf Hilfe angewiesen, der Lehrer ist Berater, Begleiter, hat auf keinen Fall das letzte Wort.

• Ein Element der Selbststeuerung des Lernprozesses ist die Selbstreflexion: Die jungen Forscher werden aufgefordert, ihren Weg mit seinen Stolpersteinen, Hindernissen, Umwegen, Höhen und Tiefen zu reflektieren.

• Schwierigkeiten und Hindernisse auszuhalten ist ein wesentlicher Bestandteil des forschenden Lernens.

• Während des Gesprächs Anerkennung ausdrücken, die Schwere des Vorhabens ausdrücken, neugierig sein.

• Denkpausen mit räumlicher Distanz (Rausgehen…) einlegen, besonders bei aufkommenden Spannungen und unklarem Vorgehen.

• Feedback geben und geben lassen: Zusammenfassen, was ist zu tun? Was ist wegzulassen? Was wurde gelernt? Was ist zu beachten (auch im Bezug auf Sicherheit)? Das nächste Gespräch vereinbaren!

• Nicht zu viel in eine Beratung reinpacken, sondern sich auf die Schlüsselkomponente konzentrieren.

• Keine Voreingenommenheit , sondern herausfinden, was dem Team wichtig ist!

• Das Ziel des Teams sehr ernst nehmen!

• Das Beratungsgespräch auf die inhaltlichen Aspekte der Arbeit beschränken, nicht auf anderes, privates ausdehnen!

• Respekt entwickeln vor den vielen farbenprächtigen und kreativen Wegen auf denen die Teams Lösungen finden.

Hilfe beim Aussuchen und Besprechen des Themas:-Klärende Fragen beantworten, eingrenzen- Anregungen geben-Ziele diskutieren-Fachliche und methodische Aspekte ansprechen-Zeitliche Strukturierung ansprechen

Hilfe bei der Konzeptentwicklung:-Team entwickelt ein eigenes Konzept- Rückmeldung geben- Arbeitsplan diskutieren- Bei der Präzisierung von Fragen unterstützen- Vertrag oder Vereinbarung abschließen???

Hilfe während des Projektes:-Stückweise anleiten und unterstützen- Am Fortschritt interessiert sein- Zwischenresultate besprechen- Bei Schwierigkeiten moderieren-Bei der Materialbeschaffung helfen

„Wenn wir den Teilnehmern die Stützräder schon abschrauben, sollten wir am Anfang zumindest Anschubsen, Führen und Helfen das Gleichgewicht zu halten. Und sie erst dann allein lassen, wenn sie eine gewisse Grundfertigkeit haben.“

Wie weit geht die Hilfe bei Hilflosigkeit? z.B.: Einarbeiten in Elektrodynamik fehlende handwerkliche Fähigkeiten?

Ziel der Projektbegleitung:

Selbständiges Steuern des ArbeitsprozessesEntwickeln von Lösungsstrategien unterstützenUnterscheiden von Wichtigem und Unwichtigem lernenWissenschaftliche Methode implementieren: - Fragen formulieren- Untersuchungen planen und durchführen- Daten auswerten, mathematisieren- Daten interpretieren- Fehlerbetrachtungen- Theoriebezug herstellen- Konsens herstellen

Wann achten wir darauf:Wissenschaftliches Arbeiten ist theoriegeleitet und genügt methodischen Normen. Es liefert einen Beitrag zur Diskussion der wissenschaftlichen Community, insbesondere werden Resultate mit zitierter Literatur verknüpft?

Authentische Forschungsprojekte: Austüfteln, Verstehen, Konkretisieren und Lösen von eigenen Fragen, zu denen noch keine Antworten bekannt sind. Projektstart: Kooperative Diskurse zur Erfassung der inhaltlichen Zusammenhänge Intensive individuelle Beratung bei Projektauswahl und Teambildung Eigene Strukturierung des Wissens und Erfassung der Problembezüge Erarbeiten und bewerten konventioneller Problemlösungen Projektablauf: Forschungsansätze erarbeiten, bewerten Lösungen planen und umsetzen Finanzierung mit Hilfe von Beratern und Sponsoren erarbeiten Ergebnisse bewerten und zur Weiterentwicklung nutzen Running Presentations Projektende: Präsentation für Fachleute und Laien Verteidigen und Vertreten der Ergebnisse Vorbereiten einer Poster-Präsentation Vorbereiten eines Vortrages

Arbeitsmethoden:Weitere Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes Lernen

Sprachliche Kompetenzen entwickeln:- Kernpunkte einer Erarbeitung zusammenfassen

und individuell sichern- Stichwortsammlungen breiten individuelle

Ergebnissicherungen vor- Bilder, Skizzen, Diagramme dienen als Vorlage für

Bildunterschriften und Texte- Begriffsnetze, Mindmap als Schreibhilfe anbieten- Mitschreiben üben: Vortrag enthält auch

überflüssige, nebensächliche und schlecht erklärte Informationen

- Forschendes Lernen erfordert eigene Texte der Lernenden- Schreiben schafft Präzision und führt zur Konzentration auf das

Wesentliche

Hinweis: Bausteine für forschendes Lernen im Unterricht können auch Trainingseinheiten für Forscherteams, insbesondere im KidsClub und JuniorClub sein.

Fragen stellen können

- Entwickeln von Fragekatalogen- Strukturieren der Fragen, Finden von

Oberthemen- Entwickeln eines Lern- und

Forschungsprogramms- Generieren und Präzisieren von neuen Fragen- Forschendes Lernen geht von Problemen und Fragen aus

und steuert auf bekannte Ziele hin

- Die Lehrer/innen haben die Aufgabe Problemstellungen so in den Fokus der Lernenden zu rücken, dass diese ihre eigenen Fragen formulieren können und sich mit forschendem Lernen hierzu kundig machen können.

- Fragen und deren Auswahl verstärken das Interesse und fokussieren die weitere Arbeit,

Lesen lernen:- Sachtexte erfassen und zusammenfassen- Antwort auf eine Frage im Text suchen- Texte erläutern, Beispiele und Skizzen

hinzufügen- Hilfsfragen: Worum geht es? Was ist wichtig?

Was verstehe ich (nicht)?

Forschendes Lernen erfordert eigenständige Informationsbeschaffung und Bewertung

Das eigene Üben organisieren und kontrollieren

- Lernteams stellen sich ihre eigenen HA, trainieren ihre sprachlichen Kompetenzen

- Lernteams vergleichen ihre HA und korrigieren Fehler

- Unterstützung durch Selbstdiagnosebögen

- Forschendes Lernen erfordert eine Rücknahme der Kontrolle durch Lehrer/innen

Im Unterricht:

Keine Merksätze und Zusammenfassungen diktieren oder anschreiben! Ergebnissicherung zunehmend in die Hand der Lernenden geben.Portfolio führen

Im Labor: Laborbuch führenKontrollieren? Motivieren? Überzeugen? Verlangen?

„Weshalb sehen wir unser Vorgehen als gelungen oder nicht gelungen an?“„Gibt es unterschiedliche Auffassungen und wie begründen sie sich?“„Nach welchen Kriterien entscheiden wir über Wichtiges und Unwichtiges?“„ Welchen persönlichen Gewinn und welchen Nutzen hat das Projekt für mich?“

Wann? Zeit für Metareflexion am Ende einplanen!?

Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes LernenSelbstvertrauen schaffen!- Keine Merksätze und Zusammenfassungen

diktieren oder anschreiben! Ergebnissicherung zunehmend in die Hand der Lernenden geben.

- Behutsames Hinführen zur Fachsprache- Überprüfen der HA im Team!-Forschendes Lernen erfordert Kompetenzen Fehler zu

erkennen, zu bewerten und zu beheben!

- Forschendes Lernen erfordert ein Selbstwirksamkeitskonzept: Vertrauen auf eigene Fähigkeiten

Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes LernenFehler als Möglichkeiten zum Lernen

erkennen!- Trennen von Lern- und Bewertungssituation- Fehler markieren und kommentieren

-Forschendes Lernen erfordert Kompetenzen Fehler zu erkennen, zu bewerten und zu beheben!

- Forschendes Lernen erfordert ein Selbstwirksamkeitskonzept: Vertrauen auf eigene Fähigkeiten

Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes LernenSich selbst einschätzen lernen- Eigenes Vorwissen erkennen- Wissensstand reflektieren- Standortbestimmung durchführen können: Was

war das Ausgangsproblem, die Zielvorgabe? Welche Aspekte sind verstanden/noch nicht verstanden? Wie sind wir vorgegangen, wo traten Schwierigkeiten auf?

- Hilfen: Selbstdiagnosebögen, moderiertes Gespräch, Lerntagebuch, Zwischenbericht

- Forschendes Lernen erfordert Zielvorgaben: Nur wer das Ziel kennt, kann es erreichen!

Forschungsprogramm SchwingungenBeispiele von Schwingungen beobachtenAus Fragenkatalog entwickelt sich ein

Forschungsprogramm:- Wie schwingt ein Pendel? (Weg-Zeit-Gesetz)- Warum schwingt ein Pendel? (Rücktreibende Kraft und

Trägheit)- Wie lang schwingt ein Pendel? (Dämpfung)- Wie kann eine Schwingung aufrecht erhalten werden?

(Entdämpfung, Rükkopplung)- Wann schwingt ein Pendel? (Eigenschwingungen, erzwungene

Schwingungen, Resonanz)- Wie kann man eine Schwingung beschreiben?

(Kreisbewegung)Texte, Lehrbücher, Internet, Simulationen,

Experimentiermaterial, Inputreferate

Forschungsprogramm LinsenGlaskörper, Kerze, WandFragenkatalogForschungsprogramm:- Gibt es nicht gewölbte

Linsen? Welche Rolle spielt die Linsenform?

- Was passiert an der Oberfläche?

- Gibt es in jedem Abstand ein Bild? Was passiert, wenn die Kerze verschoben wird?

Traditioneller Weg:- Übergang Wasser- Luft, Glas-Luft- Planparallele Platte- Prisma- Linse- Optische Abbildung

-Antrag an Geldgeber mit Begründung des Forschungsprojektes- Einbeziehung schon bekannter Forschungsarbeiten- Präsentation- Festlegung von verbindlichem Wissen- Sicherung durch Daumenkino

Beispiel Optische GeräteBeschreibe Aufbau und

Funktionsweise, führe einen Modellversuch vor

Erläutere, wie das jeweilige Gerät fokussiert, insbesondere beim Übergang von nah zu fern. Führe Konstruktionen und Experimente durch

Bereite eine Präsentation mit Handout und Demonstrationsversuch vor

Fotoapparat, Beamer, Auge, Fernrohrev. arbeitsteilig

Beispiel Gleichförmige BewegungWas bedeutet die Angabe 50 km/h? Rechne

auch in m/s um. Stelle eine Umrechnungsregel auf und begründe sie.

Erläutere und unterscheide die Begriffe Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeit

Untersuche Bewegungen mit konstanter Momentangeschwindigkeit. Wie hängt der zurückgelegte Weg von der benötigten Zeit ab?

Beispiel Einführung der Dichte

Beispiel: „Determinismus und freier Wille“Leitfrage: Schließen sich Determinismus und freier Wille

aus?- Entwickeln von Forschungsfragen

- Eigenständige Literaturrecherche, Expertenbefragung- Während regulärer Stunden nur Beratungsmöglichkeit,

keine Präsenzpflicht- Vorbereitung einer beliebig gestalteten Präsentation (CD-

Rom, Ausstellung, Aufsatz, Portfolio, Vortrag)- Anfertigen eines Zwischenberichtes (Klausurersatz) mit

anschließender metakognitiver Beratung - Charakterisiere die Begriffe Determinismus und freier

Wille und stelle die Problematik ihrer Beziehung dar. - Beschreibe den Ablauf Deiner bisherigen Arbeit, der

aufgetretenen Schwierigkeiten und der beabsichtigten Lösungen

- Beschreibe das weitere Vorgehen.Zitate aus Zwischenberichten lesen

Forschendes Lernen --- Forschende Schüler/innen

- Wechsel zwischen Lehrerunterstützung und Selbstständigkeit- Selbstwirksamkeitserfahrung- Erfahrung und Überwinden von Widerständen- Eigene Wissenskonstruktion- Eigene Ergebnissicherung- Gestaltung von Lehr- Lern – Umgebungen- Lehrer als Lernberater: Modeling, Scaffolding, Coaching- Entwicklung einer eigenen Methodenkompetenz- Erkenntnisse sind objektiv vorhanden, sie werden aber als subjektiv neu entdeckt- offene authentische Fragestellungen- „Hilf mir es selbst zu tun“- Kein Abarbeiten von Arbeitsblättern oder Versuchsanleitungen

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Albert-Schweitzer-SchuleKinder- und Jugendakademie

KasselUniversität Kassel

Nach Georg Kerschensteiner (1914) gilt auch 2009:Physikunterricht an der Schule ist häufig wie Lateinunterricht, in dem man Vokabeln lernt aber keine Lektüre liest.

Im PhysikClub lesen wir nicht nur, wir schreiben unsere Lektüren selbst: Physik begreifen durch aktives Forschen!

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Träger: Kinder- und Jugendakademie des Staatlichen Schulamts Kassel Stadt und Land, Albert-Schweitzer-Schule, Kassel, Universität KasselLeiter: Klaus-Peter Haupt (Fachleiter am Studienseminar für Gymnasien))Mitarbeit: 23 Mitarbeiter (StudentInnen, Referendare, Lehrerinnen) , regelmäßige Beraterkonferenzen25 Lehrerstunden (8 Lehrer: Physik, Mathematik, Chemie, Biologie, Astrophysik, Geographie), 17 Werkverträge (KuMi),), 3 Werkverträge (ASS) (15 Studenten), Angebote: ScienceClub: Eigenständige mehrjährige Forschungsarbeiten aus allen MINT Fächern für 91 Jugendliche aus Klasse 9 bis 13 aus 20 Schulen in 36Projekten Bau einer Tarnkappe – Untersuchung von Spektren – Rotationslichtwechsel von Kleinplaneten – Entstehung von Jets – Entwicklung einer Roboterhand – Strömungen in Wasserbrücken – Quantenkryptographie – Schwarmverhalten u.v.a.JuniorClub: Eigenständige einjährige Forschungsprojekte für 55 Schüler/innen Klasse 7 und 8 aus 3 Schulen in 11 Projekten Biolumineszenz – Abschirmung von Magnetfeldern – Chaosphysik - ÖkosystemeKidsClub: Forschendes Lernen für 80 Schüler/innen Klasse 5 und 6 aus 3 Schulen in verschiedenen Kursen

Organisation

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Ferienakademie in der letzten Woche der Sommerferien, Klasse 4 – 7: Spielend lernen und experimentieren in Bio, Chemie und PhysikVorträge für Jugendliche der Oberstufe Donnerstags, vierzehntägig: Pizza with the ProfExperimentier- und Theoriekurse (Studenten unterrichten Schüler) freitags ab 18.15 Uhr: Mathematica – Fehlerrechnung – Textverarbeitung – Programmierung - LabView Workshops alle 15 Monate: Quantenmechanik – Zeitbegriff – Navigation - WellenphysikSchülerkongress: jährlich mit Workshops und Experimentierstationen nordhessischer SchülerlaboreLehrerfortbildung: Kurse, Workshops, Hospitationen, BeratungenZeit: Jeden Freitag, 13.30 Uhr bis 23.00, dienstags 14.00 Uhr bis 15.30 Uhr, donnerstags 18.00 Uhr bis 21.00 Uhr, samstags 11.00 Uhr – 14.00 Uhr, Ferienforschungstage - www.physikclub.de -

NaTWorking Projekt (Robert-BoschStiftung), Science for People Science Teaching European Network for Creativity and Innovation in Learning (STENCIL), NatWorking Botschafter Nordhessen SIGNO - Erfinderclub

Das Berater-Team:Studenten mit fachlich hohen Kompetenzen lernen durch Beratertätigkeit soziale und kommunikative KompetenzenAlumni – Prinzip als Säule der Betreuung: Vorbildfunktion, Learning by teaching, trainieren von Soft Skills

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Ziele der ArbeitFähigkeit zum Selbstmanagement:Selbstkontrolle Umgang mit persönlichen Emotionen und Motiven Pflichtbewusstsein, DurchhaltevermögenErmöglichen von SelbstwirksamkeitserfahrungEigene Ziele werden mit bedeutsamen Strategien

verfolgtKorrespondiert mit großer Lern- und LeistungsfreudeBetroffene werden zu BeteiligtenLehrer werden zu Lernberatern und FacilitatorenHochbegabtenförderung

Ziele der ArbeitIm PhysikClub geht es weniger um Physik sondern

mehr um die Schüler, die etwas über sich selbst am Beispiel der MINT – Fächer lernen

Normative Strukturen der Schulsysteme ermöglichen wenig Selbsterprobung und Selbsterfahrung, die Verantwortung für den Lernprozess liegt bei den Lehrern.

Wissen wird im PhysikClub als Werkzeug erfahren, mit dem man selbst konkrete Probleme lösen kann.

Es gibt keinen Zeit-und keinen Notendruck: Der PhysikClub ist eine bewertungsfreie Zone.

Fachübergreifendes Arbeiten als zentrale Arbeitsform, einschl. der Verwendung der englischen Sprache

Ziele der ArbeitErwerben von Schlüsselqualifikationen, die im

Berufsleben als gleichberechtigt zum Faktenwissen angesehen werden.

Sowohl Unterricht als auch Ausbildung werden in Zukunft kompetenz- und nicht lernzielorientiert gestaltet sein!

TeamfähigkeitKreativitätVerantwortungsbewusstseinKonsequente Realisierung langfristiger PlanungenDurchhaltevermögenSoziale KompetenzZuverlässigkeitPräsentationstechniken

Anreize für Schüler/innenPraktisches Arbeiten mit modernen Geräten an

authentischen AufgabenWeg vom 45/90 Minuten TaktKompetenzerleben: Erfahren der eigenen Grenzen

und FähigkeitenErlernen und Einüben sozialer Fähigkeiten

(Teamarbeit, kooperative Kompetenzen)Fachübergreifende ForschungKompetente und engagierte

Ansprechpartner/innenUmfeld, in dem Hochbegabte sich entfalten und

ihre eigenen Herangehensweisen ausprobieren dürfen

Anreize für Lehrer/innenNeue Ideen und Impulse an die eigene Schule

tragenAktualisierung des eigenen FachwissensErfahrung mit echten Projekten sammelnErfahrung mit fachübergreifendem Arbeiten

sammelnErfahrung mit kooperativen schülerorientierten

Unterrichtsmethoden sammelnMotivierte und engagierte Schüler und Kollegen

kennenlernenEine neue Sicht auf Schüler erhaltenErfahrung mit BegabtenförderungUmgang mit Hochbegabten lernen

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Leitlinien (siehe www.physikclub.de) Leitlinien für Berater:

Hilf mir, es selbst zu tun

wir geben Denkanstöße und fordern die Teams heraus, über ihre eigenen Grenzen zu gehen.

Wir motivieren die Teams, den Anteil echter Arbeits- und Lernzeit zu erhöhen. Wir erwarten aber auch von ihnen, dass sie ohne Kontrolle aus Eigenverantwortung heraus gezielt an ihrem Projekt arbeiten.

Uns gelingt (meistens) die Gratwanderung zwischen Loslassen und Beraten. Leitlinien für Teilnehmer/innen

Du hast keine Scheu dich mit Themen auseinander zu setzen, die Du noch nicht genau kennst.

Du solltest bereit sein, mal an die Grenzen Deiner Fähigkeiten zu gehen und diese Grenzen vielleicht sogar zu überschreiten.

Du solltest eigenständig und eigenverantwortlich arbeiten wollen (auch wenn Du vielleicht damit noch nicht viel Erfahrung hast) und nicht warten, bis Dir jemand eine Anweisung gibt.

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Selbstkompetenz: Entwicklung von Selbstständigkeit, der Fähigkeit zur Selbsteinschätzung und einer am Lernprozess orientierten Reflexionsfähigkeit Sachkompetenz: Erfassen, Strukturieren und Nutzen von Wissen Methodenkompetenz: Erwerben, anwenden und reflektieren von Lern- und Forschungsmethoden Sozialkompetenz: Kooperative Zusammenarbeit im Team, konstruktive Kommunikation mit Beratern und Wissenschaftlern

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Authentische Forschungsprojekte: Austüfteln, Verstehen, Konkretisieren und Lösen von eigenen Fragen, zu denen noch keine Antworten bekannt sind. Projektstart: Kooperative Diskurse zur Erfassung der inhaltlichen Zusammenhänge Intensive individuelle Beratung bei Projektauswahl und Teambildung Eigene Strukturierung des Wissens und Erfassung der Problembezüge Erarbeiten und bewerten konventioneller Problemlösungen Projektablauf: Forschungsansätze erarbeiten, bewerten Lösungen planen und umsetzen Finanzierung mit Hilfe von Beratern und Sponsoren erarbeiten Ergebnisse bewerten und zur Weiterentwicklung nutzen Running Presentations Projektende: Präsentation für Fachleute und Laien Verteidigen und Vertreten der Ergebnisse Vorbereiten einer Poster-Präsentation Vorbereiten eines Vortrages

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Präsentationen Jährliche mehrtägige Abschlusspräsentation

des PhysikClubs Präsentationen einzelner Projekte auf

Messen und Tagungen Teilnahme an „Jugend forscht“ Präsentation auf der Homepage

www.physikclub.de

Schülerkongress 2010, 1200 Besucher, auf 1000 m² Fläche

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Beispiel:Ein- Photonen-Experiment Plan: Aufbau und Justieren eines Mach-

Zehnder-Interferometers 15 Monate Einarbeitung, dann

Motivationsproblem, trotz JuFo – Anmeldung

Nachbau des Taylorexperimentes(1908) mit Laser und unter Berücksichtigung des Schwarzschildexponenten führt zu überraschendem Ergebnis

Deutung: Filmkorn kann nicht durch einzelne Photonen belichtet werden, Taylors Erfolg basiert auf bunching – Effekt thermischen Lichts

Untersuchung und Erhärtung der These mit Hilfe von Single-Photon-Avalanche-Dioden und Picosekundenlaser mit Zeitauflösung im Picosekundenbereich

Untersuchung zum Bunching des thermischen Lichts

Sponsoring (Material und Bar) ca. 15000 €

Beste Arbeit Regionalwettbewerb JuFo Landessieger Physik Sieger beim Bundeswettbewerb 2006

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Beispiel: Nitinol (Gedächtnismetall) Themenfindung durch Gruppe selbst Ausführliche Phase der Information,

Theoriedurchdringung Experimente mit Blechen und

Drähten zur Erzeugung von Zugkräften ergeben wenig Anwendungsmöglichkeiten

Idee: Bau einer Wasserschlange aus Nitinolelementen, die eine Nutzlast tragen kann (Minikamera) und über neuronales Netz programmiert und lernfähig autonom schwimmen kann: lautloser Unterwasser-Roboter

Erfolgreicher Prototyp von Schlangensegmenten gebaut

Empfehlung: Überspringen einer Jahrgangsstufe durch Beobachtung eines Schülers

Springen erfolgreich durchgeführt, Supervision im PhysikClub

MINT Award Preis 2006, mit 3200.-€ dotiert

- Jeweils beste Arbeit Regionalwettbewerb und Landeswettbewerb 2007- Landessieger Technik 2007- 5. Platz Bundeswettbewerb- Einladung zur Hannovermesse Industrie 08

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Lautloser Unterwasserantrieb

Beispiele: Sonische Modulation von Aerogelen

Aerogellabor

Herstellung eines Silica-GelsUmwandlung in ein Aerogel

über Trocknung im Autoklaven

Untersuchung der Schallein -wirkung auf den Gelierungs-prozess

Debye-Sears Effekt: Beugung von Licht an Schall

Fertiges Aerogel Kugelmoden

Beispiele: Sonische Modulation von Aerogelen Bestimmung der Geleigenschaften

über die Änderung der Schallgeschwindigkeit während des Gelierungsprozesses

Beben im Gel: Anregung von transversalen Schallwellen bei der Ausbildung eines festen Netzwerkes (Perkolation)

Senderpiezo im GelLongitudinaleBeugung

Longitudinale undtransversale Beugung

Debye-Sears-EffektBester Arbeit RegionalwettbewerbLandessieg PhysikSonderpreis für schöpferisch wertvollste ArbeitBundes-Sonderpreis für herausragende physi-kalische Arbeit

Beispiele: Plasmonenresonanz von Nano-Gold

1.Preis Physik im Regionalwettbe-werb Hessen Nord

Landessieg Jugend forscht Hessen in Physik sowie Sonderpreis

Bundessieg Physik 2009, Zukunftspreis der Forschungsministerin, Teilnahme am europäischen Wettbewerb

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Auszeichnungen, JuFo Bisher 74 Arbeiten (Physik, Technik, Astronomie, Geophysik,

Informatik, Biologie, Chemie) seit 2004 bei Jugend forscht (44) und Schüler experimentieren (30),

davon in Folge achtmal die jeweils beste Arbeit des Regionalwettbewerbs Hessen Nord 2004-2011

10 Landessiege (1.Platz) in Physik, Technik, Geo- und Raum 10 zweite Plätze (Astronomie, Technik, Geo- und Raum, Physik,

Chemie) und 6 dritte Plätze (Physik, Informatik) beim Landeswettbewerb

Zahlreiche Sonderpreise auf Landesebene Hessischer Schulpreis 2005, 2010, Technikpreis 2007 Drei Bundessiege Physik 2006,2009 und 2011 (Preis des

Bundespräsidenten) , 4.und 5. Platz Bund 2007/2011 (Technik) Sonderpreis Bundeswettbewerb der Deutschen Physikalischen

Gesellschaft 2004 und 2008, Zukunftspreis 2009, Stipendien 2011

Soemmerring Preis des physikalischen Vereins Frankfurt Nominiert für den Nat Working Preis 2006 der Robert Bosch

Stiftung: Top 10 in Deutschland MINT Award Preis 2006 und 2007, Sonderpreis 2009, Platz 2

2010 Nat Working Preis 2007 (2. Platz) Klaus von Klitzing Preis 2007 Lehrerpreis der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forscher

2007 Kerschensteiner-Preis der DPG 2008 Jugend forscht – Schulpreis 2010,2011

6111.04.23

Workshops Alpenfahrt: Leben auf einer Berghütte,

Arbeit an astronomischen Projekten unter Betreuung von Doktoranden, Wanderungen

Höhlenexpedition: Zelten in Frankreich, Erkunden von Großhöhlen, Experiment Kamiokanne The Cave

Workshop Evolutionäre Systeme: Gemeinsam mit Erwachsenen in Projektgruppen in der schwäb. Alb an fachübergreifenden Fragen zur Evolution, mit Höhlenexkursion, Prof. H.Ruder

Workshop Was ist Zeit?: Physikalische, biologische, philosophische Aspekte in Projektgruppen, Höhlenexkursion, Prof.Ruder

Workshop Die Welt der Quanten: Gastreferenten Nobelpreisträger v. Klitzing, Prof. Ruder, Out door – Event, Workshop Orchester, Eigenständige Erarbeitung der physikalischen, mathematischen und philosophischen Aspekte der Quantenmechanik

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Workshops Workshop Navigation (2007):

Teilnehmer stellen die Mannschaft eines Dreimasters und erarbeiten sich in Kleingruppen Aspekte der Navigation

Geo- und Astrophysik 2008 (Berghütte im Dachsteinmassiv mit Höhlenbefahrung

Kosmische Klänge im Harz 2010 Philosophie und Physik 2011

Vorträge aus Physik, Astronomie undPhilosophie, Freitags und Donnerstags im PhysikClub, gehalten von Mitarbeitern und Teilnehmern

Literatur: Haupt, Moegling: Eigenständiges und fächerübergreifendes Lernen-

Konstruktivistisches Denken als Lehr- und Lernprinzip, Lehrerhandbuch, November 2001, Berlin, Raabe Verlag

Haupt, Beispiele eigenständigen Lernens im Fach Physik, in Moegling (Hrsg.), Gymnasium aktuell, Klinkhardt 2000

Haupt, Erfahrungen mit selbstständigem Lernen im Grundkurs Philosophie, in Moegling (Hrsg.), Gymnasium aktuell

Labudde, Konstruktivismus im Physikunterricht der Sekundarstufe II, Bern 2000

Eck, Guldimann, Zutavern (Hrsg.), Eigenständig lernen, St.Gallen 1996 Haupt, Moegling (Hrsg.), Gymnasium konkret, Videodokumentation,

Klinkhardt 2000 Meyer, Hilbert, Was ist guter Unterricht?, Cornelson 2005 Klippert, Heinz, Eigenverantwortliches Arbeiten und Lernen, Beltz,

2002 Haupt, Physik als Event: Der PhysikClub in Kassel, in Spektrum der

Wissenschaft, Heft 12/2005 P. Eyerer, D. Krause: Die Methode TheoPrax in Spektrum der

Wissenschaft, Mai 2005, S. 74-78 Haupt, Hilf mir es selbst zu tun, Physik Journal August/September

2008 Haupt, Kompetenzförderung im naturwissenschaftlichen Arbeiten bei

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