„Physik war heute aber lustig“

Wie man Naturwissenschaften, Technik und IT in die Köpfe und Herzen von Österreichs Schülern bringen kann, beschäftigt Pädagogen und Forscher.

Auch Aktionen wie ein Papierflieger-Wettbewerb in der Urania können das Interesse an Naturwissenschaft wecken.
Auch Aktionen wie ein Papierflieger-Wettbewerb in der Urania können das Interesse an Naturwissenschaft wecken.
Auch Aktionen wie ein Papierflieger-Wettbewerb in der Urania können das Interesse an Naturwissenschaft wecken. – Wolfgang Rendchen

Junge Menschen für Naturwissenschaft und Technik zu begeistern, ist nicht schwierig,solange es um praktisches Experimentieren oder spektakuläre Versuche geht. Das Staunen, das auch in Kinder-Unis oder Naturkunde-Museen zu beobachten ist, verwandelt sich jedoch im Zuge einer Schullaufbahn oft in Langeweile oder Frustration.

Das Interesse an Mint – Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik – durch neue Vermittlungskonzepte zu fördern, ist aufgrund der wachsenden gesellschaftlichen Bedeutung dieses Themenkomplexes und nicht zuletzt des Mangels einschlägiger Fachkräfte ein Dauerthema der Bildungspolitik und Pädagogik und war auch eines der Ziele der kürzlich abgehaltenen Fachtagung „Mint & Industrie 4.0“ an der Pädagogischen Hochschule Salzburg Stefan Zweig.

Kontakt zu Forschern

Ein Beispiel, das demnächst umgesetzt werden wird, kündigte die Vizerektorin der Gastgeber-Hochschule Pia Pröglhöf an: die sogenannten Salzburger Bildungslabore, in denen Schüler zusammen mit Wissenschaftlern arbeiten werden. Die Labore, die im 2020 zu beziehenden PH-Neubau untergebracht sein werden, sollen ein Platz sowohl für forschendes als auch für konzeptuelles (theoretisches) und kreatives Lernen werden.

Die Laboridee gelte auch an deutschen Universitäten als wichtiges Konzept, das von Schülern wie Lehrkräften sehr gut angenommen werde, sagte der Mathematiker Hans-Stefan Siller, der einen Lehrstuhl für Didaktik der Mathematik an der Universität Würzburg hält. Prinzipiell geht es aus seiner Sicht darum, Schülern bewusst zu machen, dass etliche Berufe der Zukunft – etwa Data Scientist, Online-Marketing-Manager oder 3-D-Druck-Experte – mit Mint zu tun haben, und dass es, um solche Berufe auszuüben, primär zwei Voraussetzungen braucht: zum einen ein breites Qualifikationsprofil, zum anderen analytisches Denkvermögen. Beides müsse an Schulen ausgebildet werden, und zwar nicht nur „an der Spitze“ (also etwa in Schulen mit Mint-Spezialisierung), sondern auch in der Breite. Denn gerade Mint-Fähigkeiten können laut Siller den sozialen Aufstieg bewirken. Dies zeigten etliche Studien. „Der akademische Bildungsaufsteiger wird – neben dem Lehrerberuf – vor allem in Mint-Berufen zu identifizieren sein.“

Um auf den Punkt zu bringen, was das Bildungssystem in Sachen Mint leisten sollte, zitierte Siller einen berühmten Satz aus Douglas Adams' „Per Anhalter durch die Galaxis“: „Alles, was in der Welt ist, wenn wir geboren werden, ist normal, alltäglich und gehört zum natürlichen Lauf der Welt.“ Genau diese Selbstverständlichkeit müsse Schülern vermittelt werden. „Mint muss zum natürlichen Lauf der Welt gehören, damit sie zwischen 15 und 35 hoffentlich eine Karriere darauf aufbauen können.“ Entscheidend dafür sei, die Fähigkeit interdisziplinären Denkens im Unterricht zu fördern – zum Beispiel durch fächerübergreifende Projekte in Bereichen wie Bionik, Robotik, künstliche Intelligenz, virtuelle und erweiterte Realität.

Eintauchen in andere Welten

Dass virtuelle Realität (VR) nicht nur als Inhalt, sondern auch als Lerntechnik großes Potenzial hat, zeigte ein Wissenschaftlerteam der Technischen Universität Graz, das sich mit dem großen Themenbereich der E-Education befasst.

Im Physikunterricht bietet Virtual Reality zum Beispiel die Möglichkeit, Phänomene sichtbar zu machen, die normalerweise im Labor unsichtbar sind, und Experimente durchzuführen, die sonst zu teuer oder für Schüler zu gefährlich wären. Auch könnten Lehrer durch Simulationen viel Zeit für den im Unterricht oft zu langwierigen Aufbau von Experimenten einsparen, sagt Christian Gütl, Associate Professor für Angewandte Informatik an der TU Graz. Als besonders wesentlichen Vorteil von VR sehen die Wissenschaftler jedoch die sogenannte Immersion – das Eintauchen in eine virtuelle Welt, das die Realität in den Hintergrund treten lässt und gut mit spielerischen Elementen kombiniert werden kann. „Games und Gamification sind ein wichtiger Bereich des Lernens, weil dabei der Motivationsaspekt berücksichtigt werden kann“, sagt Gütl, der einen Forschungsschwerpunkt zu immersiven virtuellen Lernumgebungen für den Mint-Bereich an Schulen betreibt.

Zusammen mit dem Doktoranden und Lehrer Joachim Maderer sowie der Gaming-Forscherin Johanna Pirker stellte er als Beispiel das interaktive Physiklabor „Maroon“ vor, das von dieser zusammen mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt wurde. Das Set-up des Labors besteht lediglich aus einer VR-Brille und einem leistungsstarken Laptop. Damit können Schüler bestimmte physikalische Settings und Experimente durchleben und erhalten dabei Feedback. „Man kann zum Beispiel zwei Magnete zusammenbringen und spürt dann durch ein Vibrationsfeedback tatsächlich die Kraft, die zwischen ihnen wirkt“, sagt Johanna Pirker. „Die Idee von Virtual Reality ist, Dinge erfahrbarer zu machen, sie tatsächlich angreifen zu können und den Fokus wieder in die Lernsituation zu bringen.“ Schließlich sei es inzwischen schwieriger als früher, die Aufmerksamkeit von Schülern für längere Zeit bei einem speziellen Inhalt zu halten. „Wenn sie aber eine Virtual-Reality-Brille aufsetzen, gibt es kein Handy mehr. Sie sind dann auf dieser virtuellen Insel, wo sie sich darauf konzentrieren können, wie das Physikexperiment funktioniert.“

Gekoppelt an das VR-Labor ist ein automatisches Assessment-System zur Überprüfung des Gelernten. „Das Überprüfen soll nicht erst am Schluss, sondern schon während des Lernprozesses erfolgen, damit das Lernen in die richtige Richtung geht“, sagt Joachim Maderer, der dieses System federführend entwickelte. Wichtig sei, das Assessment nicht nur automatisiert (aus Ressourcengründen) durchführen zu können, sondern es in puncto Niveau und Frequenz flexibel zu gestalten, um die Motivation des Schülers erhalten zu können.

Schüler sollen Spaß haben

Laut Pirker konnte man zeigen, dass Immersion durch den Live-Charakter von Experimenten speziell positive Effekte auf das Lernen hat. Das Schönste für sie persönlich sei jedoch gewesen, die Freude und den Spaß von jungen Menschen mit dem virtuellen Physiklabor zu erleben. „Wann kommt schon ein Schüler nach Hause und sagt: ,Die Physik war heute aber lustig‘? Das ist eines der wichtigsten Dinge, die wir damit erreichen wollen.“[PHIGO]

("Die Presse", Print-Ausgabe, 01.06.2019)

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