OER Materialien für Schülerlabore

Seit September 2018 hat das Scienteens Lab einen Ganztageskurs im Angebot, welcher den Schülern einen Einblick in das mathematische Teilgebiet der Graphentheorie gibt. Dieses ist vergleichsweise leicht zugänglich und benötigt keine tiergehenden mathematischen Vorkenntnisse. Dennoch lassen sich eine Vielzahl von Problemen aus dem täglichen Leben mit Graphen modellieren und analysieren, und die Graphentheorie hat zahlreiche Anwendungen, etwa im Bereich der Logistik und Routenplanung.

Der erste Teil des Kurses behandelt das Königsberger Brückenproblem und die sog. eulerschen Graphen. Im weiteren Verlauf lernen die Schüler den Algorithmus von Dijkstra kennen, mit dessen Hilfe man den kürzesten Weg zwischen einem gegebenen Start- und Zielpunkt bestimmen kann, und verstehen so, wie ein Navigationsgerät funktioniert. Außerdem behandelt der Kurs das Problem des Handlungsreisenden, das darin besteht, die kürzeste Rundreise zu ermitteln, die durch eine gewisse Anzahl an vorgegebenen Städten führt. Auch dieses Problem hat zahlreiche Alltagsanwendungen, etwa bei der Herstellung von Leiterplatten. Die Schüler können zu mehreren Zeitpunkten aktiv am Kurs teilnehmen und bekommen die Gelegenheit, die behandelten Konzepte und Methoden selbst auszuprobieren.

Die Graphentheorie eignet sich hervorragend, um im Rahmen von Schülerlaboren behandelt zu werden und der vom Scienteens Lab entwickelte Kurs bietet die Möglichkeit, den Schülern dieses Gebiet auf anschauliche Art und Weise näherzubringen.

[ Scienteens Lab, Universität Luxemburg ]

Lehrer*innen zu befähigen, bei Schüler*innen ihre Bewertungskompetenz zu entwickeln und sie damit zukunftsfit für gesellschaftsrelevante Fragen zu machen: Das ist das Ziel des innovativen Formats „Fokus Forschung“.

Das enorme Tempo in der Forschung schafft nicht nur neue Erkenntnisse, sondern auch immer neue Urteils‐ und Handlungsmöglichkeiten und – notwendigkeiten, die eine verantwortliche Mündigkeit bereits von Jugendlichen erfordern. Vor diesem Hintergrund haben das JuLab und das Seminar für Haupt-, Real-, Sekundar- und Gesamtschulen (HRSGe) am Zentrum für schulpraktische Lehrerausbildung (ZfsL) in Jülich gemeinsam das zukunftsweisende, fächerübergreifende Format ‚Fokus Forschung‘ entwickelt.

Dieses ermöglicht Einblick in die Spitzenforschung und verknüpft diese mit der Schulung von Bewertungskompetenz. Neben neurowissenschaftlichen und ethischen Impulsvorträgen und Institutsführungen geht es um die Auseinandersetzung mit verschiedenen didaktischen Modellen zur ethischen Urteilsbildung sowie um Methodenwerkzeuge – vor allem aber um das eigene Erleben eines Urteilsfindungsprozesses.

Angehende Lehrer*innen, sowohl aus natur- als auch geisteswissenschaftlichen Fächern, profitieren vom intensiven Austausch mit der Perspektive der jeweils anderen Fächer. „Fokus Forschung“ ist übertragbar auf andere Lernorte sowie anpassbar an verschiedene Zukunftsthemen wie z.B. Digitalisierung oder Nachhaltigkeit. Es bietet damit ein umfassendes Potential für eine fundierte Beteiligung von Lernenden am gesellschaftlichen Diskurs zu Zukunftsfragen.

[ JuLab, Forschungszentrum Jülich ]

Der vierstündige Workshop "Hacking als Beruf" ist für Jugendliche ab Klasse 9 konzipiert. Er wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts „Fixing IT for Women“ entwickelt und fokussiert auf Berufsorientierung, praktische Anwendbarkeit und stereotypenfreie Wissensvermittlung.

Im ersten, theoretischen Teil werden folgende Fragen thematisiert: Was kann das Profil einer Person uns über ihr Passwort sagen? Sind Passwörter sicher? Was ist Kryptografie? Was machen Security-Spezialist*innen? In welchen Branchen arbeiten sie?

Im zweiten, praktischen Teil „hacken“ die Jugendlichen selber: Sie knacken zunächst einen Tresor, der über einen Calliope-Mikrocontroller durch eine vierstellige PIN gesichert ist. Geknackt wird die PIN durch systematisches Ausprobieren von Hand. Die zweite Herausforderung besteht darin, ein „geheimes“ (in einer Datei gespeichertes) Passwort zu knacken. Die Teilnehmer*innen schreiben ein Python-Programm, welches systematisch alle Möglichkeiten durchprobiert. Je nach Passwortvariante (Zahlen, Buchstaben, unterschiedliche Längen) wird das Programm sukzessive erweitert. Eine Methode, das richtige Passwort schneller zu finden, wird anhand eines Social-Media-Accounts thematisiert, der Begriffe liefert, die als wahrscheinliche Passwort-Kandidaten zuerst durchprobiert werden.

Am Ende des Workshops kann auf der Basis der eigenen Hacking-Erfahrung die Frage „Was ist ein sicheres Passwort?“ klar über die Laufzeit des eigenen Passwort-Knack-Programms beantwortet werden.

[ "dEIn Labor" an der TU Berlin ]

Auf den folgenden Seiten wird das Lehr-Lern-Labor (LLL) „makeScience!“ für eine mögliche Transformation vorgestellt und Möglichkeiten zur Umsetzung aufgezeigt. Sie könnten es an Ihrer Hochschule in verschiedenen Fächern, insbesondere Chemie, implementieren.

[ Pädagogische Hochschule Karlsruhe ]

Alle Lernenden – auch die mit Förderbedarf – sollten die Möglichkeit erhalten, in Lehr-Lern-Laboren (LLL) naturwissenschaftliche Phänomene zu erkunden. Die Notwendigkeit hierfür leitet sich nicht nur aus der Behindertenrechtskonvention ab. Auch Kinder mit Förderbedarf haben domänenspezifische Interessen, zum Beispiel für Naturwissenschaften.

Die Planung von chemischen Experimenten für maximal heterogene Schülerschaften ist für die meisten Lehrkräfte herausfordernd, da diese in der Regel entweder über chemische oder über sonderpädagogische Expertise verfügen – selten über beides. Im Rahmen von Chemie all-inclusive! wurde daher ein Kompendium von Methodenwerkzeugen für die Planung inklusiver Experimentier-Stationen entwickelt, welches Ansätze aus der Sonderpädagogik und den Naturwissenschafts-Didaktiken zusammenführt. Im Gegensatz zu den meisten bisher verfügbaren Ansätzen sieht die hier vorgestellte Methodik vor, dass a) ein Alltagsphänomen Leitlinie durch die Station ist, und nicht der fachliche Inhalt und b) eine Zielverschiedenheit ausdrücklich vorgesehen ist. Jede*r Lernende darf und soll einen individuellen Zugewinn an Fachlichkeit aus dem nach dieser Methodik gestalteten LLL mitnehmen.

Das Methoden-Kompendium hat sich vielfach bewährt und kann nachweislich für alle Personen, die inklusive experimentelle Settings pädagogisch gestalten wollen, hilfreich sein – also Lehrkräfte, die naturwissenschaftliche Inhalte in ihren Unterricht integrieren wollen ebenso, wie Lehramtsstudierende oder Universitäts-Dozent*innen, die Lehr-Lern-Labor-Stationen planen wollen.

[ Lehrstuhl für Pädagogik bei Geistiger Behinderung in Zusammenarbeit mit Didaktik der Chemie, Universität Würzburg ]

Im teutolab-biotechnologie wurde 2019 ein neuer fächerverbindender Kurstag mit dem Titel „Lactoseintoleranz verstehen und berechnen“ entwickelt und durchgeführt. Ziel dieses Angebotes ist, den Schülerinnen und Schülern lehrplanrelevante Stoffwechselvorgänge erlebbar und begreifbar zu machen.

Dabei werden Inhalte und Kompetenzen aus der Biologie und der Mathematik gefordert und gefördert. Der Kurstag behandelt den aktuellen, lebensnahen und bedeutsamen Kontext der Lactoseintoleranz. Während des gesamten Kurstages wird der Forschungsfrage „Wie lange brauchen die Enzyme im menschlichen Körper, um die Lactose aus einem Glas Milch abzubauen?“ nachgegangen. Im Fokus stehen dabei die photometrische Untersuchung der Aktivität des Enzyms β-Galactosidase in Abhängigkeit von der Substratkonzentration und die Auswertung der experimentell gewonnenen Daten. Der Kurstag ist gut in die Schule übertragbar, da wenige Materialien benötigt und alle Anleitungen hier zur Verfügung gestellt werden.

[ teutolab-biotechnologie, Universität Bielefeld ]

Es sollen Fortbildungen für Lehrkräfte zu einem neuen agilen Unterrichtskonzept, das Design Thinking, angeboten werden. Das Unterrichtskonzept wurde bereits von der ChiuZ ausgezeichnet und soll nun anderen Schulen in Form von Fortbildungen für Lehrkräfte zugänglich gemacht werden.
Design Thinking ist ein innovatives Konzept, das an der Stanford University entwickelt wurde, um Unternehmen zu unterstützen, kreative Lösungsideen zu komplexen Fragestellungen in einem multidisziplinären Team zu finden. Dabei werden mehrere Phasen in einem strukturierten Prozess durchlaufen.
Design Thinking wurde für den experimentellen Chemieunterricht angepasst, um ausgehend von einem komplexen Problem ein "Produkt" herzustellen. So sollten die Schüler:innenteams z.B. einen Waschmittelersatz zu palmölbasierten Tensiden finden oder zur Papierherstellung kein Holz nutzen. Die selbst hergestellten Produkte können z.B. ein Waschmittel aus Spinat, Efeu, Kastanien (Saponine) oder Papier aus Bananenschalen, Gras, Spargel sein.
Die Fortbildung vermittelt das Design Thinking-Konzept und stellt das Material (Folien, Lerntagebuch für die Schüler:innen zum Festhalten der Planungsschritte und Erkenntnisse, Arbeitsblätter) zur Verfügung. Anknüpfungsmöglichkeiten im Unterricht werden aufgezeigt und weitere Einsatzmöglichkeiten gemeinsam gefunden.

[ Mitmachlabor EMA (Experimentieren Mit Albert), Bornheim ]

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