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E-Book

Informatik-unterstützter Physikunterricht am Beispiel des Arduino

AutorChristopher Kommetter
VerlagBooks on Demand
Erscheinungsjahr2018
Seitenanzahl168 Seiten
ISBN9783752891560
FormatePUB
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis9,99 EUR
Das vorliegende Buch gibt einen Überblick über die Möglichkeiten, den Informatikunterricht in den Physikunterricht zu integrieren. Dabei werden Definitionen von fächerübergreifenden Unterricht verglichen und aufgezeigt, wie durch den Einsatz eines handlungsorientierten Unterrichts, am Beispiel eines Stationsbetriebes, ein Beitrag geleistet werden kann, informatorische Systeme in den Unterricht zu integrieren. Es werden diverse Technologien wie der Raspberry Pi, der Calliope, der Arduino und weitere hinsichtlich ihrer Integrationsmöglichkeiten im Physikunterricht und finanziellen Aspekte untersucht. Schließlich wird eine Unterrichtssequenz zum Erlernen der Kompetenzen rund um das Thema Beschleunigung mithilfe von Arduinos vorgestellt. Diese wurde an einer Oberstufe durchgeführt und wird hier hinsichtlich der vermittelten Kompetenzen aus beiden Fächern analysiert. Der Arduino kann vielseitig in Unterrichtsgegenständen, vorrangig im Bereich der Naturwissenschaften, eingesetzt werden und hat den Vorteil der geringen Anschaffungskosten.

Der Autor Christoph Kommetter studierte Lehramt Informatik an der Technischen Universität Graz und Lehramt Physik an der Universität Graz.

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Leseprobe

3. Rahmenbedingungen gemäß Vorgaben des BMBWF6


Das folgende Kapitel beschreibt die Verankerung von fächerintegrativem Unterricht und des Einsatzes zeitgemäßer Medien im Schulunterricht in den Lehrplänen und bildet so die Grundlage dieser Diplomarbeit.

Wenngleich im Schulalltag die Schulbücher mehr Beachtung bei der Unterrichtsplanung finden als die Lehrpläne (vgl. Wiater, 2005, S. 41), bilden die Lehrpläne den rechtlichen Rahmen, an den die Lehrerinnen und Lehrer bei der Unterrichtsgestaltung gebunden sind.

3.1. Der Lehrplan ist Gesetz!

Ein Lehrplan bildet eine Zusammenstellung von selektierten Lernstoffen, welche zum Erreichen eines, ebenfalls durch den Lehrplan vorgegebenen, Lernzieles dienen. Dieser Plan unterstützt außerdem bei didaktischen Überlegungen zur Realisierung des Unterrichtes und bestimmt auch die Reihenfolge der Lernziele der Schülerinnen und Schüler. Des Weiteren erlaubt der verbindliche Lehrplan eine Überprüfung des intendierten Lehr-Lern-Erfolges. (Vgl. Wiater, 2005, S. 42)

Das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung (kurz: BMBWF) stellt die Lehrpläne jeglicher Fächer und Schultypen zur Verfügung. Dieser bringt Lerninhalte sowie Lernziele der einzelnen Schulstufen und -typen und bildet so den rechtlichen Geltungsbereich der Lehrerinnen und Lehrer in Österreich.

Erstellt werden die diversen Lehrpläne von Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktikern der Universitäten und Pädagogischen Hochschulen und Fachbereichslehrerinnen und Fachbereichslehrern. Außerdem werden auch Sozialpartner, Schulpartner, Landesregierungen, Kammern oder religiöse Verbände bei der Gestaltung miteingebunden.7

Der Lehrplan ist in Österreich ein Bundesgesetz und somit im Rechtsinformationssystem des Bundes8 (kurz: RIS) zu finden. Die Lehrpläne sind keinesfalls Rahmenlehrpläne, die Lehrkräfte wählen nicht aus den Lehrplan Kapitel aus, sondern sind verpflichtet, die Inhalte der gegebenen Lehrpläne in der vorgesehenen Zeit zu unterrichten.

3.1.1. Lehrplan Unterrichtsfach Informatik Oberstufe, 20049

In der Fassung vom 31.8.2017 wird der Informatikunterricht vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung für die AHS Oberstufe als Pflichtfach eingestuft, mit dem Mindestausmaß von zwei Wochenstunden in der 5. Klasse. Als Bildungs- und Lehraufgabe verankert das BMBWF in diesem Lehrplan die wesentliche Aufgabe des Informatikunterrichts, Schülerinnen und Schülern informationstechnische Grundkenntnisse zu vermitteln. Schülerinnen und Schüler sollen den Unterrichtsgegenstand Informatik als einen Gegenstand wissenschaftlicher Systematik verstehen. Im Mittelpunk dabei steht in sämtlichen Bildungsbereichen die Erweiterung sowie Festigung von Sach-, Selbst-, und Sozialkompetenzen. Ziel des Informatikunterrichtes ist es, den Schülern und Schülerinnen tiefere Einsicht in gesellschaftliche Zusammenhänge und Auswirkungen der Informationstechnologie, wie etwa im Arbeits- und Freizeitbereich sowie im Sicherheits- und Rechtsbewusstsein, zu geben.

Laut dem Lehrplan liefert der Gegenstand Informatik viele Beiträge zu diversen Bildungsbereichen, wie etwa in der Sprache und Kommunikation. Die Möglichkeiten der elektronischen Kommunikation ermöglichen einen grenzüberschreitenden Informationsaustausch und Begegnungen mit fremden Kulturen und Sprachen. Der Informatikunterricht soll hier motivieren, Fremdsprachenkenntnisse zu erwerben und helfen, Fachvokabular zu vertiefen. Im Bereich Mensch und Gesellschaft sollen sich Schüler und Schülerinnen mit dem Einfluss der Informationstechnologien im privaten und im Arbeitsumfeld auseinandersetzen und so deren Auswirkungen, Möglichkeiten und Grenzen kennen lernen. Besonders aber sollen sich die Jugendlichen hier dem Potential der eigenen Fähigkeiten als denkende handelnde, fühlende und sich entwickelnde Menschen bewusst werden. Ein verantwortungsvoller Umgang mit diesen Technologien soll erreicht werden. In den Bildungsbereichen Kreativität und Gestaltung sowie Gesundheit und Bewegung soll der Informatikunterricht laut dem Lehrplan auch wesentliche Beiträge, wie etwa die Förderung von sinnlichen Wahrnehmungen und das Fördern von kognitiven Erkennungsprozessen, bieten.

Ein weiterer, wesentlicher Bildungsbereich wird mit dem Titel Natur und Technik im gegebenen Lehrplan verankert. Die Informatik soll hier durch Modellbildung, Formalisierung und Abstraktion einen Beitrag zur Auseinandersetzung mit Naturwissenschaften bieten, welcher zu einer verbesserten Entscheidungs- und Handlungskompetenz der Schüler und Schülerinnen beitragen soll.

Der Informatikunterricht liefert einen wesentlichen Beitrag zur Allgemeinbildung. Durch die drei Dimensionen Wissensentwicklung, Unterrichsmanagement und Wissensdarstellung soll dieser Beitrag unverzichtbar sein. Der Lehrer oder die Lehrerin muss die Themengebiete so auswählen, dass sie vielseitige Bezüge aus der Lebens- und Begriffswelt der Lernenden aufgreifen. Die Lernziele sollen beispielgebend für die eigene Lern- und Arbeitsorganisation auch außerhalb des Informatikunterrichts sein.

Die Bezeichnung Informatik als Unterrichtsfach ist unglücklich gewählt. Der Computer stellt nicht das Problem dar, vielmehr soll dieser ein Hilfsmittel zur Problemlösung darstellen. Diese Tatsache müsste stärker im Informatikunterricht verankert werden, um so neben dem Umgang mit technischen Geräten und dessen möglichen Folgen, auch den Umgang mit Informationen und die Lösung von Informationsproblemen als Ziel der Ausbildung festzuhalten. (Vgl. Rausch, 1988, S. 24)

Im Lehrplan wird als weiterer didaktischer Grundsatz festgehalten, dass der Informatikunterricht dem Aufbau der Entwicklung einer wissenschaftlichen Arbeitsweise, welche auch fächerübergreifend implementiert werden kann, dienen soll. Die Schülerinnen und Schüler sollen aus den vielzähligen Möglichkeiten des Wissenserwerbs sammeln, selektieren, strukturieren und die Erkenntnisse präsentieren und visualisieren können.

Für die 6. bis 8. Klasse der AHS Oberstufe wird der Informatikunterricht als Wahlpflichtgegenstand festgehalten. Bereits seit dem Schuljahr 1985/86 ist dies für die AHS-Oberstufen so vorgesehen (vgl. Wurnig, 1988, S. 106). Ziel dieses ist, den Schülerinnen und Schülern, ausgehend vom Pflichtgegenstand der 5. Klasse, den Ausbau und die Vertiefung ihres Bildungshorizontes gemäß ihrer Interessen zu bieten. Besonders soll es auch hier zu einem Ausbau der Sach-, Selbst- und Sozialkompetenz kommen. Der Unterricht soll zu einem zielorientierten Problemlöseverhalten mithilfe der Informatik führen. Eine weitere Bildungs- und Lehraufgabe beschreibt der Lehrplan darin, dass der Informatikunterricht beitragen soll die Kompetenz der Schüler und Schülerinnen komplexe Aufgaben zu modularisieren und abstraktes Denken zu fördern.

3.1.2. Lehrplan Unterrichtsfach Physik Oberstufe, 200410

Der Physikunterricht hat laut dem Lehrplan für die AHS Oberstufe des BMBWF zum Bildungsauftrag der Schule, besonders in den Bereichen der Befähigung zum selbstständigen Wissenserwerb, dem verantwortungsvollen Umgang mit der Umwelt und der Mitwirkung an gesellschaftlichen Entscheidungen fachspezifisch beizutragen. Der Physikunterricht soll den Erwerb von Schlüsselqualifikationen und dynamischen Fähigkeiten fördern. Schülerinnen und Schüler sollen die Bedeutung der Physik als Grundlagenwissenschaft mithilfe des Physikunterrichts erkennen und fähig sein zu beurteilen, welche Beiträge zu persönlichen und gesellschaftlichen Entscheidungen physikalische Methoden liefern können. Die Lernenden sollen mithilfe des Unterrichtsgegenstandes Physik eine Vermittlung des Rüstzeuges zum verstehenden Erleben von Vorgängen in Natur und Technik erfahren. Der Physikunterricht sollte niemals den Stellenwert eines lediglich informierenden Unterrichts über sämtliche Teilgebiete der Physik einnehmen.

Die Schülerinnen und Schüler sollen Fähigkeiten erwerben um Informationen zu sammeln, hinterfragen und argumentieren zu können sowie diese zielgruppengerecht zu präsentieren. Das erworbene Fachvokabular soll eine Kommunikation mit Expertinnen und Experten ermöglichen und auch die Hinterfragung von grundlegendem Fachwissen erlauben. Die Lernenden sollen, so sieht der Lehrplan vor, in der Lage sein, Experimente planen und durchführen, Hypothesen aufstellen und prüfen sowie diskutieren zu können.

Schülerinnen und Schüler verfügen bereits über tief verankerte Vorstellungen zu physikalischen Begriffen und Prinzipien, welche eine Ursache vieler Lernschwierigkeiten darstellen. Diese Vorstellungen stimmen mit den wissenschaftlichen Definitionen meist nicht überein. Der Physikunterricht muss an diesen Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler anknüpfen und die Lernenden davon überzeugen, dass eine wissenschaftliche Sicht neue Einsichten bietet. (Vgl. Duit, 2009, S. 605) Besonders in dem Teilbereich Mechanik der Physik...

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