Mathematik- und Informatik-Unterricht kombiniert: In der Einheit "Statistik meets Wahrscheinlichkeitsrechnung" werden in erster Linie mithilfe von Simulationen am PC Daten zu Zufallsexperimenten erfasst. Als Ergänzung werden Elemente der Wahrscheinlichkeitsrechnung betrachtet, um Erwartungswerte und andere Größen bei solchen Experimenten zu berechnen. Mit dem Vergleichen der Werte aus der Datensammlung mit den theoretischen berechneten Werten soll ein tieferes Verständnis für die Größen gefördert werden."Es gibt für alles eine App" - aber einige Fragen lassen sich oft nur mit Programmieren beantworten. Der PC erzeugt Zufallszahlen, mit welchen man reale Experimente simulieren kann. Hat man ein Grundverständnis für dieses Programmieren, kann man schnell eigene Experimente modellieren und anschließend simulieren. Der Informatik-Unterricht sieht den Umgang mit Tabellenkalkulationen und einer Programmiersprache vor. Damit lassen sich auch Zufallsexperimente simulieren. Im Mathematik-Unterricht werden auch Methoden zur Berechnung von Wahrscheinlichkeiten und Erwartungswerten erarbeitet. In der Unterrichtseinheit werden Zufallsexperimente simuliert. Der Vergleich mit Daten aus der berechnenden Statistik schließt sich den Simulationen an. So kann das Material einerseits im Informatik-Unterricht eingesetzt werden - die Berechnungen können vorgestellt werden, um den simulierten Wert mit berechnetem zu vergleichen -, andererseits in der Mathematik, um die berechneten Werte mit Ergebnissen aus der Simulation zu vergleichen. Ein tieferes Verständnis des Wahrscheinlichkeitsbegriffs und der Größe des Erwartungswertes stellt sich ein. Das Thema "Statistik meets Wahrscheinlichkeitsrechnung" im Unterricht Digitalisierung wird immer wichtiger - in der Mathematik haben viele Möglichkeiten der Statistik leider wenig Raum im Lehrplan finden können, da diese sehr vielfältig sind. Um den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeiten der Statistik näher zu bringen, sollen hier relativ einfache Probleme erarbeitet werden. Das Anwenden der statistischen Methoden an eigenen Daten soll eine Motivation darstellen, die vorgestellten Größen besser kennen zu lernen. Vorkenntnisse Grundlagen im Umgang mit einer Tabellenkalkulation beziehungsweise einer Programmiersprache sollten vermittelt worden sein. Werden nur fertiggestellte Simulationen in den letzten Klassen des Mathematikunterrichts eingesetzt, können Erwartungswert und Standardabweichung mithilfe der Simulationen nähergebracht werden. Didaktische Analyse Dem Zufall begegnet man täglich. Viele Wahrscheinlichkeitsaussagen werden mithilfe messbarer Größen vorhergesagt. Mit einer Wahrscheinlichkeitsaussage möchte man eine relative Häufigkeit voraussagen. Wie gut gelingt das? Es ist nicht möglich, eine sehr große Anzahl von Versuchsdurchführungen in überschaubarer Zeit in echt durchzuführen - deswegen wird simuliert. Einen Einblick, wie man mit dem PC simuliert und was man aus diesen Daten machen kann, sollen die Themen zeigen. Kombination aus Informatik- und Mathematik-Unterricht Erarbeitet man mit der Programmierung Simulationen, kann die Lösung der Mathe Arbeitsblätter verwendet werden, um relative Häufigkeiten mit berechneten Werten zu vergleichen. Auch umgekehrt: Erarbeitet man die Wahrscheinlichkeitsberechnungen, kann man mit Lösungen der Simulationen die berechneten Werte durch relative Häufigkeiten bei Simulationen prüfen. Methodische Analyse Die Themen müssen nicht alle und nicht chronologisch abgearbeitet werden. Ziel der Art der Aufbereitung ist es, an Stellen im eigenen Unterricht mit einem "Thema" zu ergänzen. Für Lernende der Abschlussklassen werden die kurz vorgestellten Größen im Zusammenhang mit Zufallsgrößen möglicherweise als theoretische Konstrukte empfunden - mit der Verwendung vieler Daten (ohne im Detail zu verstehen, wie der Rechner diese erarbeitet) können diese Größe in ihrer Bedeutung nähergebracht werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können mathematisch argumentieren (K1). Probleme mathematisch lösen (K2). mathematisch modellieren (K3). können mit symbolischen, formalen und technischen Elementen der Mathematik und Informatik umgehen (K5). modellieren und implementieren (Informatik). kommunizieren und kooperieren (Informatik). darstellen und interpretieren (Informatik). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten sicher am PC mit einer Tabellenkalkulation. verstehen, wie eine Tabellenkalkulation oder der PC viele Werte bestimmen und darstellen kann. erlernen den Umgang mit einer Programmiersprache. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich bei der Erarbeitung und der Präsentation von Inhalten und Ergebnissen in die Gruppenarbeit ein. werten Daten kritisch aus und kommentieren diese. geben selbst Hilfestellung oder fragen andere nach Hilfe.

Mit der ersten Tabellenkalkulation VisiCalc für den Apple II begann 1979 der Siegeszug des Personalcomputers. Tabellenkalkulationen sind sehr mächtige Werkzeuge, die nicht nur mit Zahlen rechnen und Texte verarbeiten, sondern auch Daten verwalten und visualisieren können. Die Einsatzfelder für den Unterricht reichen von der Schulverwaltung über den kaufmännischen Unterricht bis hin zum naturwissenschaftlich-technischen Bereich. Mit Tabellenkalkulationen kann man Notenlisten aufstellen und berechnen, Stundenpläne erstellen, Rechnungen schreiben, Buchbestände verwalten, Daten präsentieren, einfache Formeln berechnen oder komplizierte Auswertungen vornehmen. Wenn das Tabellenblatt einmal vorbereitet ist, lässt sich dies alles sehr schnell und ohne mathematischen oder programmiertechnischen Ballast umsetzen. Für viele dieser Aufgaben gibt es Spezialprogramme, die leichter bedienbar und auf ihrem Gebiet leistungsfähiger sind, aber auch Geld und Einarbeitungszeit kosten. Dagegen sind Tabellenkalkulationen vielseitiger, leicht erlernbar und gleichzeitig in ihren Grundfunktionen ausgereift, ihre Kenntnis ist somit langfristig nützlich. Welche Tabellenkalkulation man verwendet, spielt für Schulen keine große Rolle, da sich die großen Programme in ihren Grundfunktionen kaum unterscheiden. Dabei stellen Tabellenkalkulationen kaum Ansprüche an die Hardware und sind für alle Betriebssysteme kostenlos verfügbar, zum Beispiel OpenCalc als Teil von OpenOffice. Zellen und Bezüge Eine Tabellenkalkulation besteht aus tabellenförmig angeordneten Zellen. Jede Zelle hat eine eindeutige Adresse, zum Beispiel C5 . Der Inhalt einer Zelle kann aus Zahlen, Text oder Funktionen (Formeln) bestehen. Eine Zahl ist pro Zelle einsetzbar, wobei diese sich vielfältig präsentieren, zum Beispiel als Datum oder Zeit. Die Texte können ähnlich wie in einer Textverarbeitung formatiert werden, wenn auch mit Einschränkungen. Funktionen verarbeiten die Inhalte (Texte oder Zahlen) aus anderen Zellen. Es werden zahlreiche mathematische, logische und textliche Funktionen angeboten, die beliebig kombiniert werden können und so jede Auswertung ermöglichen. Die Schreibweise der Funktionen lehnt sich an die manuell gewohnte Schreibweise an und wird durch Assistenten unterstützt. Sie ist leicht erlernbar. Rechnungen und Darstellung Die Berechnungen erfolgen automatisch. Sobald ein Eingangswert geändert wird, passen sich alle abhängigen Ergebnisse sofort an. Alle Zahlen und Rechenergebnisse können in verschiedenen Diagrammtypen visualisiert werden. Auch die Diagramme reagieren sofort auf Änderung der Daten. Allzweckprogramm Über die Zellen können weitere Elemente gelegt werden, zum Beispiel Diagramme, Bilder, Zeichnungen, Flussdiagramme, ClipArts, WordArts, Formeln aus dem Formeleditor, Java-Applets et cetera. Die Entwicklung der "großen" Tabellenkalkulationen tendiert zu Allzweckprogrammen. Aktuelle Versionen können schon Musik- und Filmdateien einbinden und abspielen. Auf den folgenden drei Unterseiten werden die verschiedenen Möglichkeiten des Einsatzes der Tabellenkalkulation im Unterricht dargestellt. Zu den einzelnen Bereichen und Funktionen werden Beispiele aus der Unterrichtspraxis benannt und verlinkt. Merkmale und Unterrichtseinsatz (1) Inhalt: Kombination von Zahlen, Texten und Daten; Tabellenstruktur; Funktionen Merkmale und Unterrichtseinsatz (2) Inhalt: Vorbereitete Tabellenblätter; Serienweise und iterative Berechnungen durch Kopieren von Funktionen Merkmale und Unterrichtseinsatz (3) Inhalt: Diagramme; Tabellenblätter als Standard; Plakate drucken; Weitere Funktionen Unterrichtseinheiten Hier finden Sie eine Übersicht der Unterrichtseinheiten aus den verschiedenen Portalen bei Lehrer-Online zum Einsatz von Tabellenkalkulationen. Das Wort Tabellenkalkulation deutet auf Rechnen mit Zahlen und Datenbanken hin. Tabellenkalkulationen können aber auch Texte verarbeiten und Daten visualisieren. Keine dieser Fähigkeiten ist so ausgeprägt wie auf diese Funktionalitäten spezialisierte Programme, aber für viele Zwecke und Anwendungen ausreichend. Wenn eine Kombination der Fähigkeiten gefragt ist, die an Textverarbeitung oder Datenbank keine hohen Ansprüche stellt, oder Berechnungen im Spiel sind, ist in aller Regel eine Tabellenkalkulation zu bevorzugen. So entfallen auch der Einarbeitungsaufwand und die Kosten für mehrere spezielle Programme. Rechnungen: Mit einer Tabellenkalkulation können Sie Briefkopf und Rechnungstext schreiben, Preise aus einer Preisliste übernehmen und Bruttopreise, umsatzabhängige Rabatte oder Rechnungsbeträge errechnen und zuletzt alles ausdrucken. Klassenverwaltung: Legen Sie eine Klassenliste in einer Tabellenkalkulation an. Daraus können Sie automatisch Listen für Noten, Sammelbestellungen, Schülerzusatzversicherungen oder ähnliches erstellen. In die Notenliste müssen Sie nur noch Noten und die Gewichtungsfaktoren eingeben, die Durchschnitte ermittelt die Tabellenkalkulation. Sie können auch die zu den Verrechnungspunkten gehörigen Notenpunkte aus einer anderen Tabelle heraussuchen. Mit ihrer tabellarischen Struktur sind Tabellenkalkulationen wie geschaffen für alle Formen von Tabellen, Listen, Formularen oder ähnliches (siehe Abbildung 1). Dabei ist man nicht an das strenge rechteckige Raster gebunden, sondern kann es durch Zusammenfassen von Zellen verbergen. Gegenüber Tabellen in Textverarbeitungen sind Tabellenkalkulationen unproblematischer zu handhaben und in ihrer Größe kaum beschränkt. Sie können Daten aus anderen Tabellen übernehmen, nummerieren, sortieren, Zellen inhaltsabhängig automatisch einfärben oder aussortieren, Verrechnungspunkte in Notenpunkte ummünzen, Postleitzahlen mit dem Ortsnamen ergänzen und die Daten auswerten beziehungsweise weiter verarbeiten. Dabei sind die Ausdrucke von Tabellenkalkulationen nicht auf die Blattgröße des Druckers beschränkt. Stundenpläne, Raumbelegungspläne, Klassenlisten, Notenlisten Bestandslisten, Preislisten Kalender Formulare Mit Funktionen oder Formeln sind hier Anweisungen zur Verarbeitung von Zahlen und Texten gemeint, die eine Tabellenkalkulation verstehen kann. Sie sind nicht zu verwechseln mit Formeln, die mit einem Formeleditor für den Ausdruck gesetzt werden. Solche Formeln kann man zwar auch in eine Tabellenkalkulation einbinden, aber sie können von ihr nicht gelesen werden. Gängige Tabellenkalkulationen bieten ein umfangreiches Repertoire an Funktionen zur Verarbeitung von Zahlen, Texten und Daten zur Verfügung. Dazu gehören: Betriebswirtschaftliche und naturwissenschaftlich-mathematische Formeln (zum Beispiel Zins, Abschreibung, Winkelfunktionen, Matrizenrechnung, Statistik) Logische Entscheidungen (zum Beispiel wenn .. dann .. sonst ..): Viele Funktionen von Tabellenkalkulationen machen ihre Tätigkeit von Bedingungen abhängig, denn nur so können Auswertungen wirklich flexibel sein. Funktionen zur Manipulation von Texten: Während eine Textverarbeitung eigentlich nur das Aussehen eines Textes verändert, behandelt eine Tabellenkalkulation Texte als Zeichenketten, die zerstückelt und zusammengesetzt werden können. Für ein Sprachübersetzungsprogramm wird es nicht reichen, aber eine Anrede an das Geschlecht des Adressaten anzupassen, ist möglich. Funktionen von Datum und Zeit: Tabellenkalkulationen können auch mit Datum und Zeit rechnen. Dies kann für eine Lohnabrechnung genutzt werden. Funktionen zum Anlegen und Auslesen von Datenbanken. Wenn eine Funktion nicht vorhanden ist, kann sie aus den vorhandenen Funktionen kombiniert werden. Der Komplexität der Kombinationen sind kaum Grenzen gesetzt. Alle Funktionen können Eingabewerte aus anderen Zellen verarbeiten. Wird ein Eingabewert geändert, passen sich die Ergebnisse aller abhängigen Funktionen sofort an (Abbildung 2 bitte anklicken). Das gilt auch für die Diagramme, die Ein- und Ausgangswerte grafisch darstellen. Man kann also Tabellenblätter erstellen, in denen sehr komplexe Auswertungen sofort nach Eintrag der Eingangsdaten erfolgen. Wenn diese Tabellenblätter vorbereitet sind, können die Schülerinnen und Schüler ohne umfangreiche Mathe- und Programmierkenntnisse sehr einfach und schnell viele Auswertungen vornehmen. Die Tabellenblätter lassen sich so schützen, dass Lernende keine Formeln löschen können. Notenlisten mit Berechnung der Durchschnittsnote: Dabei ist es auch möglich, die Noten zu gewichten, die schlechteste Note aus der Wertung zu nehmen oder ähnliches. Statistik: Auswertung normalverteilter Messreihen nach allen denkbaren Gesichtspunkten. Eine Stärke von Tabellenkalkulation sind gleich bleibende Berechnungen mit wechselnden Eingangsdaten. Neben der händischen Änderung der Eingangsdaten kann man Formeln auch leicht kopieren. Je nach Art der Adressierung können die Eingangsdaten aus feststehenden oder fortlaufenden Zellen entnommen werden. Die fortlaufenden Zellen können einer Tabelle entstammen, zum Beispiel einer Preisliste oder Zahlenreihe, die man automatisch erzeugt. Man kann auch iterative Verfahren durchführen, indem man die Ergebnisse der jeweils letzten Formel als Eingangswert für die neue Formel verwendet. (Abbildung 3 bitte anklicken, Animation zur Darstellung eines Funktionsverlaufs) Kopierte Formeln mit Eingangswerten aus Zahlenreihen kann man verwenden, um viele Punkte eines Funktionsverlaufes zu berechnen und anschließend grafisch darzustellen. Kopierte Formeln mit Eingangswerten aus Tabellen sind geeignet, um Bruttopreise zu einer langen Liste von Nettopreisen zu berechnen. Mit iterativen Formeln kann man Zinseszinsen berechnen, Nullstellen ermitteln, Populationsdynamiken simulieren, Differentialgleichungen näherungsweise lösen oder ähnliches. Die iterative Zinseszinsberechnung mit sehr einfachen Formeln öffnet dem Lernenden das Tor zur Welt der numerischen Mathematik und ermöglicht neue Ansätze im Unterricht. Mit Tabellenkalkulationen können Daten auch visualisiert werden. Geboten werden vor allem die in geschäftlichen Bereichen üblichen Darstellungen. Säulen (zum Beispiel für Histogramme oder Paretodiagramme) Balken (zum Beispiel für Gantt-Diagramme) Linien Kreise (zum Beispiel für Tortendiagramme) Punkte (zum Beispiel für Streudiagramme) Netze (zum Beispiel für Radarbilder) 6.2. Graphen und Funktionsverläufe XY-Wertepaare können als Punkte oder als Linienzüge dargestellt werden. Da die Wertepaare schnell durch Kopieren einer Funktion erzeugt werden können, eignen sich Tabellenkalkulationen gut, um Funktionsverläufe darzustellen. Mit XY-Wertepaaren und Linienzügen können mit etwas Aufwand viele weitere grafische Darstellungen erzeugt werden, zum Beispiel: Spannungs-Dehnungs-Diagramme Zustandsdiagramme von Zweistofflegierungen grafische Lösungen von Statikaufgaben T,s-Diagramm von Wasser Die Vorteile von Tabellen sind so offensichtlich, dass viele Programme Daten als Tabellenblätter im- und exportieren können oder sogar in Tabellenblättern verwalten. Hier wird meistens das Format von MS-Excel verwendet, weil es den größten Verbreitungsgrad hat. MS-Outlook kann seine Adressdaten als Tabellenblatt exportieren. Das CAD-Programm Inventor von Autodesk kann Konstruktionsdaten in Excel-Tabellen verwalten. So ist es möglich, eine Konstruktion, die einmal erstellt wurde, durch Änderung der Maße innerhalb der Excel-Tabelle in verschieden Baugrößen zu konstruieren. Wenn große Tabellen ausgedruckt werden, teilen Tabellenkalkulationen die Tabellen in für den Drucker handliche Größen. Das klappt nicht nur mit Tabellen, sondern unter anderem auch mit eingefügten Bildern. Man kann also mit gewöhnlichen Druckern große Plakate erzeugen, die man allerdings zusammenkleben muss. Wem dies alles noch nicht genügt, dem stellen die gängigen Tabellenkalkulationen noch zusätzliche Hilfen in Form von Zirkelbezügen, Szenarien, Mehrfachbezügen, Pivottabellen und nicht zuletzt vielseitige Makrosprachen zur Verfügung.

Dieses Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler in die Grundlagen der Tabellenkalkulation ein. In zwei Stufen üben sie den Aufbau eines Tabellenblattes, die Arbeit mit Zellen und Zellbereichen, die Anwendung statistischer Funktionen und vieles mehr.Die Materialien wurden vom MINT EC e. V. in Zusammenarbeit mit dem Learning Lab der Universität Duisburg-Essen entwickelt. Der Verein MINT-EC ist eine Initiative der Wirtschaft zur Förderung mathematisch-naturwissenschaftlicher Gymnasien und zur Qualifizierung von MINT-Nachwuchskräften in Deutschland. Das Duisburg Learning Lab dient der Ausbildung von Studierenden und Lehrenden im Bereich Konzeption und Entwicklung mediengestützter Lernangebote.Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Aufbau eines Tabellenblattes und adressieren Zellen. passen Spaltenbreite und Zeilenhöhe an die Bedürfnisse an. tragen Inhalte in Zellen wie Texte und Zahlen ein und formatieren diese grundlegend (Schriftart, Schriftattribute). erklären Fehler bei Formeln und beim Kopieren und korrigieren diese sachgerecht. sortieren Tabellen nach verschiedenen Kriterien. verwenden einfache arithmetische und statistische Funktionen (SUMME, MIN, MAX, MEDIAN, arithmetisches MITTEL). verwenden den Datentyp Prozent richtig und berechnen relative Häufigkeiten. erstellen, formatieren und erläutern zu Daten grafische Darstellungen und wenden diese sachgerecht an (Säulen- und Balkendiagramm, Kreisdiagramm). Materialien zur Informationstechnischen Grundbildung Beiträge und Resultate aus den vielfältigen Aktivitäten des nationalen Excellence-Schulnetzwerks MINT-EC und seiner Netzwerkschulen werden in der Schriftenreihe "Materialien zur Informationstechnischen Grundbildung" zusammengeführt und veröffentlicht. In verschiedenen Themenclustern erarbeiten MINT-EC-Lehrkräfte und Schulleitungen Schul- und Unterrichtskonzepte, entwickeln diese weiter und nehmen dabei neue Impulse aus Wissenschaft und Forschung und aus aktuellen Herausforderungen der schulischen Praxis auf.

Im Rahmen dieser Unterrichtseinheit begeben sich die Schülerinnen und Schüler auf eine virtuelle Tour durch die frühe Geschichte der Eisenbahn.Am 7. Dezember 1835 fuhr auf einer sechs Kilometer langen Strecke zwischen Nürnberg und Fürth erstmals in Deutschland ein von einer Dampflokomotive gezogener Zug. War die legendäre Lok ?Adler? noch in England vom Vater der Dampflokomotive, Robert Stephenson, konstruiert worden, rollte drei Jahre später bereits die erste deutsche Lokomotive, die ?Saxonia?, über die Gleise. Damit war eines neues Zeitalter, das der Eisenbahn eingeläutet. In rasantem Tempo entwickelten sich in den folgenden Jahrzehnten Lokomotiven, Züge und Gleisstrecken und prägten das Bild der neuen Zeit. Virtuelles Modell erleichtert Einstieg Zunächst machen sich die Schülerinnen und Schüler anhand eines virtuellen Modells entdeckend und spielerisch mit der Erfindung der Eisenbahn vertraut und lernen deren Entwicklung durch Vergleiche näher kennen. Lernende nutzen digitale Karten Im folgenden Unterrichtsabschnitt setzen sich die Lernenden mit dem rasanten Wandel der Eisenbahn-Infrastruktur in Deutschland auseinander. Dabei sollen sie digitales Kartenmaterial nutzen und Statistiken erstellen. Zum Abschluss Abschließend erfahren die Schülerinnen und Schüler, welche prägenden Veränderungen im Landschaftsbild der Eisenbahnbau mit sich brachte und wie die städtische Architektur durch Bahnhofsbauten geprägt wurde und wird. Bei Letzterem bietet sich auch ein fächerübergreifende Ansatz mit dem Fach Kunst an. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die grundlegenden verkehrstechnischen Veränderungen, die durch die Dampfmaschine auf Rädern, die Eisenbahn erfolgten, nachvollziehen. die infrastrukturelle Entwicklung in Deutschland kennenlernen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen im Internet nach Informationen recherchieren. die Möglichkeiten interaktiver Animationen und dynamischer Karten kennen und auswerten lernen. statistisches Material auswerten und grafisch umsetzen. Textarbeit am Bildschirm zielgerichtet erproben. Thema Mit Volldampf weiter: Die Eisenbahn Autor Stefan Schuch Fach Geschichte Zielgruppe Jahrgangsstufe 7 und 8 Zeitraum 1 bis 2 Stunden Technische Voraussetzungen je ein Computer mit Internetzugang für zwei Lernende, Office-Software (Textverarbeitung, Tabellenkalkulation), Flash-Player

Mit einer interaktiven Lernumgebung auf der Basis der Tabellenkalkulation Excel erkunden Schülerinnen und Schüler die Monte-Carlo-Methode zur Bestimmung von Flächeninhalten. Ein integriertes Hilfesystem unterstützt die Lernenden beim selbstständigen und kooperativen Arbeiten. Die Monte-Carlo-Methode ist in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts im Rahmen des Manhattan-Projekts entstanden, um die zufällige Diffusion von Neutronen in spaltbarem Material zu simulieren. Bei der Namensgebung der Methode stand tatsächlich das weltberühmte Casino in Monte-Carlo Pate, denn die ersten Tabellen von Zufallszahlen hat man aus den Ergebnissen der Roulettspiele, die in diesem Casino regelmäßig ausgehängt wurden, gewonnen. Bei der Monte-Carlo-Methode handelt es sich um numerische Verfahren, die mithilfe von Zufallszahlen mathematische Probleme lösen beziehungsweise simulieren. So können Probleme, die deterministischer Art sind, zum Beispiel Berechnungen von Integralen, Berechnung von Summen, im Rahmen einer stochastischen Genauigkeit (Gesetz der großen Zahlen) näherungsweise gelöst werden. Problemstellungen, die probabilistischer Natur sind, zum Beispiel Warteschlangenprobleme, Lagerhaltungskosten, Versicherungsprobleme, können dagegen nur simuliert werden. Im Folgenden wird die Monte-Carlo-Methode genutzt, um Problemstellungen zum Thema Flächeninhalt näherungsweise zu lösen. Voraussetzungen, Ablauf der Unterrichtseinheit, Materialien Die vorliegende Lerneinheit ist zum selbstständigen Arbeiten am Computer konzipiert. Das individuelle Lernen wird durch verschiedene interaktive Elemente unterstützt. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Monte-Carlo-Methode erläutern können. den Flächeninhalt eines Kreises mit der Monte-Carlo-Methode näherungsweise berechnen können. erkennen, dass durch die Erhöhung der Anzahl der Zufallspunkte die Wahrscheinlichkeit für das Abweichen des approximativ berechneten Ergebnisses vom algebraisch berechneten Ergebnis abnimmt. mithilfe der Monte-Carlo-Methode den Flächeninhalt unter einer Parabel approximieren können. mithilfe einer Tabellenkalkulation Monte-Carlo-Methoden rechnerisch durchführen können. Thema Bestimmung von Flächeninhalten mit der Monte-Carlo-Methode Autor Thomas Borys Fach Mathematik Zielgruppe ab Klasse 9, begabte Schülerinnen und Schüler, Mathematik-AG Zeitraum 2-3 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Computer in ausreichender Anzahl (Einzelarbeit) Software Microsoft Excel Damit alle eingebauten Funktionen genutzt werden können, müssen bei Excel die Makros aktiviert werden. Vor dem Öffnen der Datei muss dazu im Menu "Extras/Optionen", auf der Registerkarte die Makrosicherheit mindestens auf "mittel" gestellt werden. Als Lernvoraussetzungen sind grundlegende Kenntnisse im Umgang mit einer Tabellenkalkulation notwendig, wie zum Beispiel die Eingabe von Rechenoperationen. Weiterführende Kenntnisse, wie das Erzeugen von Zufallszahlen, werden nicht vorausgesetzt. Diese können selbstständig erarbeitet werden. Erarbeitung der notwendigen Kenntnisse im Umgang mit EXCEL Auf der Start-Seite der interaktiven Lerneinheit werden die Schülerinnen und Schüler nach ihren Excel-Kenntnissen gefragt. Je nach Antwort werden sie mit Hyperlinks weiter geleitet. Nach entsprechender Auswahl können die Schülerinnen und Schüler die Eingabe von Zufallszahlen und die Eingabe von Wenn-Funktionen erlernen beziehungsweise bereits Bekanntes vertiefen. Auch steht eine weitere zielorientierte Übung zur Verfügung Zentrale Problemstellung Die Einführung in die Monte-Carlo-Methode erfolgt an Hand der näherungsweisen Bestimmung des Flächeninhalts eines Kreises mit einem Radius Eins. Dazu steht den Schülerinnen und Schülern ein ausführliches Aufgabenblatt zur Verfügung. Unterstützt werden sie unter anderem durch ein interaktives Schaubild, nach dem Erzeugen der Zufallspunkte erscheinen diese auch im Schaubild. Aufgaben zum selbstständigen Arbeiten Zur weiteren Vertiefung der Monte-Carlo-Methode stehen noch sechs weitere Aufgabenblätter zur Verfügung. Die ersten beiden Aufgabenblätter vertiefen die näherungsweise Bestimmung des Flächeninhalts eines Kreises. Des Weiteren wird der Vergleich mit dem algebraischen Ergebnis thematisiert. Die beiden folgenden Arbeitsblätter behandeln die Thematik "Flächeninhalt unter einer Geraden", wobei auch hier der Vergleich mit dem algebraischen Ergebnis möglich ist. Die letzten beiden Aufgabenblätter geben schon einen kleinen Einblick in die Integralrechnung, denn die Schülerinnen und Schüler sollen den Flächeninhalt unter einer Parabel bestimmen (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). An dieser Stelle wird die Notwendigkeit der Monte-Carlo-Methode richtig plastisch: Die Lernenden sind durch diese Methode in der Lage, einen Flächeninhalt näherungsweise zu bestimmen, den sie algebraischen noch nicht berechnen können. Makros aktivieren Damit alle eingebauten Funktionen genutzt werden können, müssen bei Excel die Makros aktiviert werden. Vor dem Öffnen der Datei muss dazu im Menü "Extras/Optionen", auf der Registerkarte die Makrosicherheit mindestens auf "mittel" gestellt werden. Dateien mit und ohne Blattschutz Die erste Tabelle (monte_carlo.xls) ist so angelegt, dass die Lehrperson diese komplett ändern kann. Allerdings können auch die Lernenden Dinge verändern, die sie eigentlich nicht ändern sollten. Die zweite Tabelle (monte_carlo_schutz.xls) ist mit dem für Excel üblichen Blattschutz teilweise geschützt, das heißt die Schülerinnen und Schüler können nur auf gewissen Feldern Eintragungen vornehmen, die nicht geschützt sind. Dopfer, G., Reimer, R. Tabellenkalkulation im Mathematikunterricht, Klett Verlag, Stuttgart 1995 Engel, A. Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik, Band 1, Klett Studienbücher, Stuttgart 1973 Hermann, D. Monte-Carlo-Integration, in: Stochastik in der Schule, 12 (1), 1992, Seite 18-27

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten Grundzüge der Truman-Doktrin, lernen die Ziele des Marshallplans kennen und beschäftigen sich abschließend mit der Etablierung des Kalten Krieges. Am 5. Juni 1947 hielt der amerikanische Außenminister George C. Marshall an der renommierten Havard-University eine Rede zur amerikanischen Außenpolitik und stellte dabei das European Recovery Program (ERP) vor, das zumeist nach seinem Initiator kurz Marshallplan genannt wurde und wird. Dieser Plan wollte den durch den Zweiten Weltkrieg arg geschädigten europäischen Ländern beim wirtschaftlichen Wiederaufbau helfen. Nicht nur aus wirtschaftlichen Interessen entstanden, sondern auch mit politischer Absicht, die einige Monate zuvor von US-Präsident Truman formuliert worden war, wurde das ERP die Basis für ein wieder erstarkendes Westeuropa. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zunächst anhand einer Textquelle die Grundzüge der Truman-Doktrin und lernen mithilfe von geeignetem Kartenmaterial die politisch-ideologische Situation in Europa kennen. Mittels eines "Werbe"-Films zum Marshallplan lernen sie dann die Ziele des European Recovery Programs kennen und erstellen mithilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms eine Grafik zur finanziellen Hilfe aus den USA. In einem letzten Schritt beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Haltung der UdSSR zum Marshallplan und erfahren in diesem Zusammenhang die Etablierung der geteilten Welt des Kalten Krieges. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen den politischen Hintergrund für den Marshallplan kennen lernen. die Inhalte des Plans erarbeiten. die Nutznießer und die Folgen des ERP recherchieren. die historischen Geschehnisse anhand unterschiedlicher Quellen rekonstruieren. Die Entfremdung zwischen den Großmächten sowie die sich immer stärker ausbildende Blockbildung kennen lernen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen im Internet nach Informationen recherchieren. Statistiken mithilfe einer Tabellenkalkulation erstellen. Text,- Bild- und Videoquellen gezielt auswerten. Textarbeit am Bildschirm zielgerichtet erproben. Thema Der Marshallplan Autor Stefan Schuch Fach Geschichte Zielgruppe Jahrgangsstufe 9 bis 12 Zeitraum 1 bis 2 Stunden Technische Voraussetzungen je ein Computer mit Internetzugang für zwei Lernende

"Traue keiner Statistik, die du nicht selbst gefälscht hast"! Dieses berühmte Zitat stammt von Winston Churchill und findet im Zusammenhang mit Manipulationen von Statistiken oft Verwendung. Was sich dahinter verbergen könnte, möchte diese Einheit den Lernenden näher bringen. Schülerinnen und Schülern sind Diagramme aus Printmedien, Fernsehen und aus dem Internet bekannt. Allerdings ist dies nur eine oberflächliche Vertrautheit. Die Möglichkeiten der Manipulation von Diagrammen wird nicht bewusst wahrgenommen. Um die Wahrnehmung zu schärfen, wird in dieser Einheit die Auswertung der Umsatzentwicklung von zwei Fast-Food-Unternehmen betrachtet. Es soll verdeutlicht werden, wie erstellte Diagramme verändert werden können, insbesondere was durch die Veränderung der Skalierung bewirkt wird. Die Unterrichtseinheit dient dazu, die vorab erworbenen Kenntnisse im Bereich der Tabellenkalkulation und der Erstellung von Diagrammen zu erweitern und auf eine kaufmännische Problemstellung anzuwenden. Die Schülerinnen und Schüler sollten Vorkenntnisse bei der Erstellung von Tabellen und in Bezug auf Diagrammtypen haben. Unterrichtsablauf Der Ablauf der Unterrichtsstunde wird detailliert unter Einbindung der Arbeitsmaterialien erläutert. Didaktische Überlegungen Hier werden didaktische Überlegungen zu Themenauswahl und Einbindung in den Unterricht dargestellt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen den Informationsbedarf und mögliche Informationsquellen nennen. eine Achsenskalierung durchführen. Strategien zur Verhinderung irreführender Veränderungen der Größenachse entwickeln. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Informationen zur Umsatzentwicklung zweier Fast-Food Ketten aus dem Internet auswerten. die gewonnenen Informationen in einem Diagramm darstellen. ihren Mitschülern die Ergebnisse ihrer Arbeit erklären. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen sich in Partner- und Gruppenarbeit üben. in der Gruppe eine gemeinsame Entscheidung für ein Partnerunternehmen treffen. Thema Manipulation mit Diagrammen Autor Andreas Otte Fach Wirtschaftsinformatik Zielgruppe kaufmännische Berufsschule, Höhere Handelsschule, Wirtschaftsgymnasium Zeitraum 1 Unterrichtsstunde Technische Voraussetzungen ein Computer für je zwei Schülerinnen und Schüler, Tabellenkalkulations- und Präsentationsprogramme, Beamer, OHP Planung Manipulation mit Diagrammen Kamphaus, Antonius: Excel 2002. Lernen durch Üben - ein handlungsorientiertes Unterrichtswerk, Darmstadt 2002. Als Einstieg werden vier Power-Point-Folien verwendet. Auf diesen wird die Entscheidungssituation eines Diskothekenbesitzers dargestellt: Er sucht ein Partnerunternehmen für den Verkauf von Fastfood. Diese Situation soll die Schülerinnen und Schüler aufgrund des Lebensweltbezugs motivieren. Zudem wird in der Stunde das Vorwissen im Bereich der kaufmännischen Problemstellungen aktiviert. Anhand der dargestellten Situation erhalten die Lernenden die Gelegenheit, in der Phase der Problemerkenntnis in einem Unterrichtsgespräch eigene Vorkenntnisse zu Kriterien bei der Auswahl der Lieferanten zu nennen. Sie benennen die benötigten Informationen und machen Vorschläge zu möglichen Informationsquellen. In der Phase der Arbeitsplanung informiert die Lehrkraft über den geplanten Verlauf der Stunde. In der Informationsphase werten die Schülerinnen und Schüler in arbeitsteiliger Partnerarbeit Informationen aus dem Internet zu der Umsatzentwicklung der beiden Fastfood-Unternehmen (McDonald´s, Burger King) aus. Die Klasse arbeitet mit authentischen, didaktisch nicht aufbereiteten Quellen aus dem Internet. Zugleich wird den Schülerinnen und Schülern Wikipedia als Rechercheinstrument nahe gebracht. In der Produktionsphase erstellen die Lernenden anhand der Informationen aus dem Internet in arbeitsteiliger Partnerarbeit eine Excel-Tabelle und ein dazuzugehöriges Diagramm. Die Aufgabenstellung entnehmen die Schülerinnen und Schüler einer vorbereiteten Excel-Datei. Durch die Partnerarbeit wird eine hohe Aktivität auch der zurückhaltenden Schülerinnen und Schüler erreicht. Die Lernenden verändern anschließend die Größenachse des Diagramms entsprechend der Aufgabenstellung. Dabei ist vermutlich nur wenigen unmittelbar bewusst, welche Auswirkung die Veränderung der Größenachse auf die Aussagekraft des Diagramms hat. In der Entscheidungsphase finden sich je zwei Schülerpaare mit unterschiedlichen Ausgangsunternehmen zu einer Gruppe zusammen. Sie stellen sich gegenseitig ihre Arbeitsergebnisse vor. Dazu nutzen sie ihre Schülerrechner. Anschließend treffen sie in der Gruppe eine gemeinsame Entscheidung für einen Lieferanten. Mittels farbiger Karten signalisieren die Schülerinnen und Schüler in der Austauschphase für welchen Lieferanten sich das Modellunternehmen entscheiden soll. Es ist aufgrund der manipulierten Diagramme zu erwarten, dass sich die Lernenden für das falsche Unternehmen (McDonald´s) entscheiden werden. In der Konfrontationsphase werden die Diagramme von zwei Schülerpaaren mit unterschiedlichen Unternehmen mittels Beamer und Overheadprojektor nebeneinander an die Wand projiziert. Nun sollen sie ihre Entscheidung begründen. Sie sollen erkennen, dass ihre Entscheidung durch die unterschiedliche Skalierung in eine falsche Richtung geleitet wurde. Des Weiteren machen sie Vorschläge wie eine solche Irreführung vermieden werden kann. In der Umsetzungsphase wenden die Schülerinnen und Schüler ihre Gestaltungsvorschläge auf ihre eigenen Tabellen an. Sie überdenken ihre Entscheidung unter Berücksichtigung der Umsatzentwicklung des anderen Unternehmens. Das Thema "Manipulation mit Diagrammen" hat für die Schülerinnen und Schüler keinen bewussten Gegenwartsbezug. Sie sind zwar häufig mit beeinflussend gestalteten Diagrammen konfrontiert, doch ist ihnen dies nicht bewusst. Hier soll die Unterrichtsstunde einen Beitrag zur kritischen Mediennutzung leisten. In Bezug auf die Berufsausbildung kommt dem Thema eine starke Zukunftsrelevanz zu. Es ist im Rahmen der Berufsausbildung notwendig, dass die Schülerinnen und Schüler in der Lage sind Diagramme kritisch zu hinterfragen. Anhand der Manipulation der Größenachse wird den Schülerinnen und Schülern exemplarisch verdeutlicht, dass Diagramme nicht "objektiv" sind, sondern immer auch einen Gestaltungsspielraum eröffnen. In der Folgestunde werden beeinflussende Wirkungen der grafischen Gestaltung von Diagrammen beleuchtet. Die Erarbeitung erfolgt anhand des neu eingeführten, schülernahen Modellunternehmens "G-fly". Die Manipulation mit Diagrammen ist ein abstraktes Thema. Daher sollen ihre Auswirkungen für die Schülerinnen und Schüler durch die methodische Aufbereitung der Thematik in der Stunde anschaulich gestaltet werden. Das Thema Manipulation mit Diagrammen wird in der vorliegenden Stunde auf die Veränderung der Größenachse reduziert. Manipulationen der Zeitachse und die Auswir-kungen einer logarithmischen Skalierung werden nicht thematisiert. Die Schülerinnen und Schüler zeigen Interesse an den Themen der Unterrichtsstunde. Dies ist unter anderem auf die dank des Diagrammassistenten schnell erzielbaren ansehnlichen Handlungsprodukte zurückzuführen. Auch das neu eingeführte Modellunternehmen wirkt sich aufgrund seiner Nähe zur Lebenswelt der Lernenden förderlich auf das Schülerinteresse aus.

In dieser Unterrichtseinheit für den Statistik-Unterricht lernen die Schülerinnen und Schüler ausgehend von eigenen Erhebungen zum Thema "Wie alt sind wir – eine empirische Betrachtung unseres Alters" wichtige statistische Kenngrößen kennen.Bereits in der Mittelstufe kommen die Schülerinnen und Schüler mit dem Thema "Beschreibende Statistik" in Berührung. Hier werden erstmals Begriffe wie Merkmal und Merkmalsausprägung, absolute und relative Häufigkeit, Grundgesamtheit und Urliste verwendet. Dies geschieht jedoch auf einem recht einfachen Niveau. Die Erfahrung der letzten Jahre und Jahrzehnte hat gezeigt, dass das einstige "Stiefkind" im Unterricht, die Beschreibende Statistik, für Studium und Beruf immer wichtiger wird. Daher findet dieser Themenkomplex seit geraumer Zeit Eingang in die Qualifikationsphase als Vorstufe der Beurteilenden Statistik.Im Rahmen der Qualifikationsphase kommen die Schülerinnen und Schüler vertiefend mit dem Thema "Beschreibende Statistik" im Fach Mathematik in Berührung. Hierbei lernen sie statistische Kenngrößen und Verfahren zu deren Berechnung kennen. In dieser Einheit wird der empirische Weg der Beschreibenden Statistik gewählt, aus dem sich zwangsläufig die statistischen Kenngrößen ableiten lassen. Wie alt sind wir? - Ablauf der Unterrichtseinheit Die Schülerinnen und Schüler erheben empirische Daten, werten sie aus und ordnen die Ergebnisse in wissenschaftliche Modelle ein. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden Fachbegriffe wie Merkmal, Merkmalsausprägung, empirische Grundgesamtheit, Stichprobe, Urliste, absolute und relative Häufigkeit, Median, Modus, Säulendia- oder Histogramm, arithmetische Mittel, Spannweite, Streuung an. veranschaulichen Daten graphisch, zum Beispiel mithilfe von Excel oder einem graphikfähigen Taschenrechner (GTR). berechnen und interpretieren das arithmetische Mittel, den Median, die Spannweite und die Standardabweichung. benennen Ursachen für die Altersverteilung. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler berechnen mithilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms oder eines graphikfähigen Taschenrechners bestimmte Kenngrößen und stellen sie graphisch dar. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten sowohl in Gruppen als auch selbstorganisiert. Erfassen von Altersangaben Jede Schülerin und jeder Schüler erhält die Aufgabe (bei einer Klassen- oder Kursgröße von etwa 20 Lernenden), je fünf Altersangaben aufzuschreiben, ganz egal von wem: Freund, Freundin, Mutter, Vater, Cousine oder andere. Diese Daten werden dann in eine Liste, die sogenannte Urliste, eingetragen. Dies kann mithilfe einer Tabellenkalkulation, beispielsweise Excel, oder auch mithilfe eines graphikfähigen Taschenrechners (GTR) geschehen. Es entsteht ein Datensatz von n=100 Daten, und dieser beschreibt damit die empirische Grundgesamtheit oder Stichprobe n. Geordnete Stichprobe Da die Urliste ungeordnet und recht unübersichtlich ist, entscheiden sich die Schülerinnen und Schüler intuitiv, die Liste zu ordnen (geordnete Stichprobe) und sie ansatzweise auszuwerten, indem sie eine Strichliste anlegen und somit die absolute Häufigkeit jeder Altersangabe bestimmen. An dieser Stelle kann man den Begriff Modus einführen, denn er beschreibt jenen Wert, der am häufigsten vorkommt. Stichprobe kontrollieren Nutzt man zur Auswertung der Daten das Tabellenkalkulationsprogramm Excel, so ist das Ordnen sehr einfach. Nutzt man allerdings einen GTR, so müssen die Daten zunächst per Hand geordnet und dann die übrigen Kenngrößen bestimmt werden. Hier sollte man die Gesamtsumme stets kontrollieren, sodass gesichert ist, dass die Stichprobe noch stimmt. Sinnvolle Klassen bilden Da die erhobenen Daten immer noch recht "unhandlich" zur Auswertung sind, entscheiden die Schülerinnen und Schüler, sinnvolle Klassen zu bilden. Es entstehen gleich große Klassen von "0 bis 10 Jahren" bis "mehr als 90 Jahre". Hier werden die absolute Häufigkeit und die relative Häufigkeit bestimmt, sodass man einen besseren Überblick darüber erhält, welche Altersklassen am häufigsten vertreten sind. Verknüpfung mit dem Fach Geographie An dieser Stelle bieten sich erste Anknüpfungspunkte an das Fach Geographie: Sind die Daten repräsentativ? Stimmt die Häufigkeit des Auftretens mit der Häufigkeit im Bund überein, oder gibt es starke Abweichungen? Diese Phase kann entweder im Unterrichtsgespräch oder aber in Partnerarbeit durchgeführt werden. Entscheidet man sich für Partnerarbeit, ist es hilfreich, diese Phase mit einem Arbeitsblatt zu unterstützen. An dieser Stelle kann man die Daten auch graphisch darstellen lassen, indem man mithilfe von Excel oder Taschenrechner ein Säulendiagramm (Befehl "Diagramm einfügen") oder ein Histogramm zeichnen lässt. Auftreten der verschiedenen Altersklassen Sehr auffällig ist hier, dass die Altersklassen "zwischen 11 und 20 Jahren" und "41 bis 50 Jahren" am stärksten vertreten sind. Die Erklärung dafür ist recht einfach: Die Schülerinnen und Schüler haben ihr Alter und das Alter der Eltern am häufigsten angegeben, sodass eben diese Altersklassen am stärksten vertreten sind. Die Altersklasse "von 0 bis 10 Jahren" und die Klasse "älter als 90 Jahre" ist am geringsten vertreten, da die Geschwister meist in der eigenen Altersklasse auftreten und die Generation der Großeltern jene Altersklasse "über 90 Jahre" noch nicht erreicht hat. Bezug zu Bevölkerungsprognosen und Lebenserwartung Betrachtet man an dieser Stelle den Bundesschnitt, stimmen die Werte gut überein, und die empirischen Daten sind repräsentativ, wie zum Beispiel diese Seite des Statistischen Bundesamtes verdeutlicht. An dieser Stelle kann man auf Bevölkerungsprognosen und Lebenserwartung eingehen und Verbindungen zu den Fächern Erdkunde und Biologie herstellen. Die Lebenserwartung in Deutschland steigt aufgrund einer sehr guten medizinischen Versorgung und Beschäftigungen, die kaum noch körperliche Anstrengungen verlangen. Ebenso gehen die Zahlen der Geburten zurück aufgrund einer zunehmenden Geburtenkontrolle, der Zunahme von Single-Haushalten und der steigenden Gleichberechtigung der Frauen. Diskussion über gesellschaftliche Rahmenbedingungen Die Schülerinnen und Schüler äußern an dieser Stelle vermutlich Kritik in der Form, dass die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen nicht stimmen würden. Dabei könnten sie thematisieren, dass Frauen häufig benachteiligt werden oder Einbußen hinnehmen müssen, wenn sie Kinder und Job vereinbaren wollen. Tagesaktuelle Schlagzeilen oder Diskussionsstoff über Frauen in Führungspositionen und eine mögliche gesetzliche Regelung können in die Diskussion einfließen. Je nach Vertiefung und Verfügung von Stunden kann man dies durch ein Arbeitsblatt unterstützen. Bestimmen des Mittelwertes Ausgehend von absoluter und relativer Häufigkeit ergibt es sich, die Daten genauer zu untersuchen und den Mittelwert beziehungsweise das arithmetische Mittel und den Median mithilfe von Excel oder des GTR berechnen zu lassen. An dieser Stelle ist es wichtig, das arithmetische Mittel deutlich vom Median zu unterscheiden. Beide beschreiben so etwas wie den Mittelwert, allerdings muss für den Median die Stichprobe geordnet sein. Beim arithmetischen Mittel ist das nicht erforderlich. Hierzu versetzen sich die Schülerinnen und Schüler in die Rolle von Mitarbeitern der Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit in einem Unternehmen, die im Rahmen von Pressemitteilungen oder Pressekonferenzen Daten stets kurz und prägnant präsentieren müssen. Berechnung der Spannweite und der empirischen Standardabweichung Hat man den Mittelwert berechnet, folgen nun die Berechnung der Spannweite und der empirischen Standardabweichung. Beide Kenngrößen sind als Streuungsmaße bekannt und ein wichtiges Element der Beschreibenden Statistik. Bei der Berechnung der empirischen Standardabweichung benötigt man den Befehl =STABWN (Zelle1:ZelleEnde). Gerade bei der Berechnung der Kenngrößen ist es wichtig, nach dem Sinn und Nutzen zu fragen und die gewonnenen Daten interpretieren zu lassen. In der Beschreibenden Statistik werden viele Begriffe verwendet, die einen ähnlichen Sachverhalt darstellen, sich aber doch deutlich in der Interpretation unterscheiden. Bei der empirischen Standardabweichung, also der Abweichung vom Mittelwert, sollte die Lehrkraft den Hinweis geben, dass circa 68 Prozent aller erhobenen Daten in einem symmetrischen Intervall um den Mittelwert liegen. Vergleich mit internationalen demografischen Daten Nachdem die erhobenen Daten ausgewertet und interpretiert worden sind, lohnt es sich über den Tellerrand zu schauen und die Daten mit den Daten von Partnerschulen oder aber mit internationalen demografischen Daten zu vergleichen. Auf der Seite www.census.gov finden sich beispielsweise zahlreiche Informationen über die verschiedenen Länder der Erde, mit denen die Werte verglichen werden können. Optional Datenpool vergrößern Um einen größeren "Datenpool" zu haben, ist es möglich, aus anderen Klassen und Kursen Altersangaben hinzuzunehmen. Damit nimmt die Größe der Stichprobe zu, und die Daten sind deutlich repräsentativer. Die Lehrkraft sollte zu Beginn der Reihe mehr Stunden einplanen. Die vorliegende Unterrichtsreihe lässt sich außerdem erweitern, indem neben dem Alter noch das Geschlecht erfasst wird. Einführung in wichtige Funktionen Bei der Arbeit mit Excel ist es sinnvoll, an der ein oder anderen Stelle wichtige Funktionen noch einmal zu wiederholen und zu üben. Das Gleiche gilt für die Arbeit mit dem GTR. Die Schülerinnen und Schüler können mit dem Rechner rechnen, benötigen aber eine Einführungsphase in das Erstellen und Auswerten von Listen beziehungsweise ausreichend Zeit, um ein Histogramm zu zeichnen. Excel-Datei digital zur Verfügung stellen Die Excel-Datei, in der sich die Urliste befindet, sollte den Schülerinnen und Schülern per Netzwerk oder einer für alle zugänglichen Dateiablage in der so genannten "Cloud" (etwa Dropbox) zur Verfügung gestellt und dort immer wieder gesichert werden. Die Listen, mit denen die Schülerinnen und Schüler im GTR arbeiten, sind dagegen stets präsent, da diese sich immer im Rechner befinden. Hierbei sind gegebenenfalls die eintsprechenden Einstellungen anzugeben.

In der Unterrichtseinheit "Daten und Kenngrößen" werden unterschiedliche Aspekte der Datenauswertung und sämtliche Grundbegriffe eingeführt. Ein besonderer Schwerpunkt wird hier auf verschiedene Formen des Mittelwerts gelegt: das arithmetische Mittel, das harmonische Mittel und das geometrische Mittel.Immer mehr Daten werden gesammelt. Um die Daten zu verwenden und aus ihnen Schlüsse zu ziehen, reicht das bloße Sammeln der Daten jedoch meist nicht aus: Sie müssen ausgewertet werden. Dabei sind häufig nicht die einzelnen Werte von Bedeutung. Das Zusammenspiel mehrerer Werte ist für die Datenauswertung in der Regel deutlich wichtiger. Neben der Kenntnis verschiedener Größen im Zusammenhang mit Daten ist die Aussagekraft dieser Werte sowie der Umgang damit für Schülerinnen und Schüler wichtig. Wie aussagekräftig ist beispielsweise eine Notendurchschnitt von 2,3? Haben alle Schülerinnen und Schüler eine 2 oder eine 3 geschrieben? Gibt es Ausreißer? Einzelne Kenngrößen müssen stets im Zusammenspiel mit anderen Größen betrachtet und ausgewertet werden. Nur so kann ein umfassender Gesamtüberblick entstehen. In der Unterrichtseinheit werden zentrale Begriffe und Methoden der Datenauswertung vorgestellt und beschrieben. In diesem Zusammenhang werden auch Boxplots und deren Erstellung beleuchtet. Ein zentraler Aspekt der Unterrichtseinheit sind verschiedene Formen des Mittelwerts. Sowohl das arithmetische Mittel, das harmonische Mittel und das geometrische Mittel werden einzeln vorgestellt und es wird erläutert, für welchen Zweck diese drei Formen verwendet werden. Zur Erweiterung und Ergänzung wird zudem optional die Möglichkeit des Einsatzes von Tabellenkalkulationsprogrammen geboten. Dabei können Zufallszahlen erzeugt und diese mit den zuvor erlernten Kenngrößen ausgewertet werden. Das Thema "Daten und Kenngrößen" im Unterricht Die Kenntnis von bestimmten Größen stellt ein wichtiges Fundament im Umgang mit Daten dar. Übungsaufgaben im Zusammenhang mit realen Bezügen sollen in der Unterrichtseinheit dazu dienen, die Definitionen anzuwenden und die Bedeutung der Größen zu verstehen. Aspekte über diese Berechnungen hinaus (zum Beispiel der Einsatz von Tabellenkalkulationsprogrammen und Stellungnahmen) runden die Einheit ab. Vorkenntnisse Sämtliche Begriffe und Definitionen werden neu eingeführt. Beim Auswerten von Daten sind Grundkenntnisse im Umgang mit Tabellenkalkulationen hilfreich. Für das Arbeitsblatt 5 sind diese jedoch unabdingbar. Didaktische Analyse "Umfragen haben gezeigt, dass..." – häufig werden mit diesem Beginn eines Satzes die Ergebnisse einer Datenauswertung präsentiert. Die Ergebnisse dieser Umfrage werden meist jedoch nicht einzeln präsentiert. Das Zusammenspiel mehrerer Daten ist von Interesse und relevant. Welche Daten dabei besonders relevant sind und wie diese ausgewertet werden, erfahren die Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit. Neben der Förderung und Forderung mathematischer Kompetenzen werden die Schülerinnen und Schüler auch im Umgang mit Daten geschult. Dies ist nicht nur im mathematischen Kontext als hilfreich anzusehen. Statistiken und Daten spielen fächerübergreifend eine große Rolle in der heutigen Zeit. Nicht zuletzt auch, da mit Daten mittlerweile viel Geld verdient wird. Methodische Analyse Einzelne Arbeitsblätter geben eine prinzipielle Reihenfolge zur Bearbeitung vor. Diese kann jedoch je nach Vorwissen auch abgeändert werden. Die Blätter beinhalten zudem immer eine Definition der Begriffe. Neben dem Anwenden der Definitionen soll zudem eine Interpretation der Daten erfolgen. In den Musterlösungen werden daher nur Vorschläge für die Lösung genannt. Grundkenntnisse im Umgang sind hierbei vor allem für die Arbeit mit Tabellenkalkulationsprogrammen wichtig. Die einzelnen Arbeitsaufträge werden grundsätzlich in Gruppenarbeit erledigt. Das bietet den Vorteil, dass sich die Lernenden gegenseitig bei Fragen und Problemen helfen können. Die Lehrkraft steht dabei stets beratend zur Seite. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler argumentieren mit ihrem mathematischen Wissen, um Ergebnisse der Datenauswertung zu analysieren und zu interpretieren. übersetzen reale Probleme in ein mathematisches Modell, lösen das Problem und übertragen die Lösung wieder auf das reale Problem. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stärken ihre Fähigkeiten im Umgang mit Tabellenkalkulationsprogrammen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich in der Gruppenarbeit ein. werten Daten kritisch aus. helfen sich gegenseitig bei Fragen.

In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten die Schülerinnen und Schüler Diagramme und Grafiken in der Tabellenkalkulation. Als Beispiel dienen das Säulen- und Balkendiagramm, welche Daten in übersichtlicher Form darstellen und so die schnelle Interpretation erleichtert. In einer medial geprägten Welt ist es von großer Bedeutung, Ergebnisse adressatenorientiert und anschaulich aufzubereiten, um zu präsentieren und zu überzeugen. Mit Hilfe einer Standardsoftware erwerben die Lernenden die allgemeine methodische Fähigkeit, statistische Daten in eine einfache graphische Darstellung zu überführen. Die Lernenden sollen für die Darstellung von Wahlergebnissen Diagramme erarbeiten. Das Thema erlaubt es, mit dem Säulen- und Kreisdiagramm zwei wichtige Diagrammtypen anzusprechen und diese sinnvoll miteinander zu verbinden. Die Schülerinnen und Schüler erschließen sich anhand eines Leittextes neue, fachliche Inhalte, die sie später in wirtschaftlichen Problemstellungen anwenden können. Darüber hinaus erarbeiten sie sich durch Internet-Recherchen und Informationstexte Verwendungsmöglichkeiten und Anwendungsbeispiele, um für andere Aufgaben den adäquaten Diagrammtyp auswählen zu können. Didaktische Reduktion in handlungsorientierter Lernschleife Das didaktische Verlaufsmodell der Stunde ist eine handlungsorientierte Lernschleife, in die eine Lernspirale eingebettet ist. Die Lernspirale gliedert ein komplexes Thema in Arbeitsinseln, die selbstständig von den Lernenden bearbeitet werden. Ein komplexer Lerngegenstand (Visualisierung von Statistiken, Tabellen, Texten) wird damit didaktisch reduziert. Die Lernspirale ist für diesen Unterricht so konzipiert, dass die Thematik mehrstufig unter verschiedenen Aspekten bearbeitet wird. Ablauf der Unterrichtseinheit Die Schülerinnen und Schüler sind im Rahmen des vorgegebenen Lernkorridors selbst für ihren Lernprozess verantwortlich und bestimmen in der Einzel- wie Teamarbeitsphase individuell ihr Lerntempo. Anfangssituation In einem problematisierenden, hinführenden Einstieg werden die Daten als Tabelle und danach als Graphik präsentiert. Die Lernenden sind aufgefordert, die Darstellungen nacheinander für eine kurze Zeit zu betrachten und dann wiederzugeben, welche Partei die meisten Stimmen erzielte. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass graphisch aufbereitete Inhalte leichter aufgenommen werden als Zusammenhänge, die in einer Tabelle dargestellt sind. Im Folgenden erhält die Klasse den Arbeitsauftrag. Selbstständig-produktive Erarbeitungsphase I Erste Stufe der Lernspirale Die Lerngruppe ist in die Teilgruppen A und B geteilt. Die Gruppen erarbeiten ein Säulendiagramm (A) beziehungsweise ein Kuchendiagramm (B). Der Arbeitsauftrag orientiert sich an der Leistungsfähigkeit und ist so gehalten, dass er im Nachgang zur Wiederholung einsetzbar ist. Ist das Diagramm in Excel angelegt, fertigen die Lernenden einen "Spickzettel" an. Mit Unterstützung dieser Merkhilfe halten sie in der zweiten Phase der Lernspirale (Tandem/Partnerarbeit) ihrem jeweiligen Partner aus der anderen Teilgruppe einen Kurzvortrag über die Diagrammerstellung. Selbstständig-produktive Erarbeitungsphase II Zweite Stufe der Lernspirale In dieser Phase wird in Tandems gearbeitet. Die Lernenden setzen sich aktiv im wechselseitigen Vortrag mit den Inhalten des Unterrichts auseinander, indem sie sprechen, zuhören und gegenseitig Fragen klären. Dabei erkennen sie die grundsätzlich gleiche Vorgehensweise beim Erstellen von Diagrammen in MS-Excel. Danach sind sie aufgefordert, in einer graphischen Darstellung (zum Beispiel in einer MindMap) das Vorgehen zur Erstellung eines Diagramms in Excel festzuhalten. Verwendungsbereiche ihres Diagrammtyps sollen dargestellt und Anwendungsbeispiele aufgezeigt werden. Als Input können hier Internetrecherchen oder ein Informationstext zu Diagrammtypen und Anwendungsbeispielen dienen. Präsentation der Ergebnisse und Reflexion Die einzelnen Plakate werden in einer Ausstellung präsentiert. Die Lernenden sind aufgefordert, die Ergebnisse anzusehen und hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit zur Vorbereitung auf eine Prüfung sowie als Gedankenstütze für einen Vortrag zu beurteilen. Am Ende der Phase kann der Inhalt der Stunde nochmals von einem Tandem, das zufällig gewählt wird, auf Basis des als am besten zur Vortragsstütze geeigneten Handlungsprodukts vorgetragen werden. Mit den zuvor erörterten Fragen bieten sich Anknüpfungspunkte zur Stundenreflexion. So können die Stärken und Schwächen der Handlungsprodukte thematisiert und daran Impulse zur Erweiterung der Handlungskompetenzen ausgelöst werden. Des weiteren können die Lernenden für sich nachdenken, was sie ganz persönlich in dieser Stunde gelernt haben. Die Ergebnisse der Stunde werden darüber gesichert, dass jeder Schüler die Informationstexte, sein erstelltes Diagramm sowie seinen "Spickzettel" zur Verfügung hat. Als Schlusssituation wird das Thema Visualisierung in einem Bilderrätsel aufgegriffen. Verknüpfung der Unterrichtseinheit In folgenden Unterrichtseinheiten können weitere Diagrammtypen oder Techniken zur manuellen Bearbeitung von Diagrammen eingeführt werden, zum Beispiel vertiefende Übungen zur nachträglichen Gestaltung von Diagrammen mittels Kontextmenü. Eine weitere Ergänzungsmöglichkeit bietet die Problematik der Manipulation mit Hilfe von Diagrammen . Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihre kognitive Kompetenz, indem Sie auf Basis eines Leittextes erarbeiten, wie eine Information softwarebasiert visualisierbar ist. schulen ihr Textverständnis, indem sie Informationen zu Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten bestimmter Diagrammtypen selektieren und strukturieren sowie mit eigenen Beispielen anreichern. sensibilisieren sich dafür, welcher Diagrammtyp für welche Daten sinnvoll verwendbar ist. wenden Fachwissen für eine Aufgabenstellung an, die bezogen auf einen wirtschaftlichen Kontext (Umsatzstatistiken, Marktanteile) bedeutsam ist. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ihre Fähigkeit, Texte selbstständig zu erschließen, wesentliche Aspekte zusammenzufassen und aufzubereiten, statistische Daten in Diagramme zu überführen sowie die erworbenen Einsichten in einem Vortrag an Dritte weiterzugeben. schulen ihre Selbsterschließungskompetenz, denn sie sind aufgefordert, im Rahmen des Lernarrangements eine Problemlösung zu erarbeiten. erweitern ihre Visualisierungskompetenz. gestalten auf Basis eines Informations-Sets ein Plakat zum Thema, das sie präsentieren. In einem problematisierenden, hinführenden Einstieg werden die Daten als Tabelle und danach als Graphik präsentiert. Die Lernenden sind aufgefordert, die Darstellungen nacheinander für eine kurze Zeit zu betrachten und dann wiederzugeben, welche Partei die meisten Stimmen erzielte. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass graphisch aufbereitete Inhalte leichter aufgenommen werden als Zusammenhänge, die in einer Tabelle dargestellt sind. Im Folgenden erhält die Klasse den Arbeitsauftrag. Erste Stufe der Lernspirale Die Lerngruppe ist in die Teilgruppen A und B geteilt. Die Gruppen erarbeiten ein Säulendiagramm (A) beziehungsweise ein Kuchendiagramm (B). Der Arbeitsauftrag orientiert sich an der Leistungsfähigkeit und ist so gehalten, dass er im Nachgang zur Wiederholung einsetzbar ist. Ist das Diagramm in Excel angelegt, fertigen die Lernenden einen "Spickzettel" an. Mit Unterstützung dieser Merkhilfe halten sie in der zweiten Phase der Lernspirale (Tandem/Partnerarbeit) ihrem jeweiligen Partner aus der anderen Teilgruppe einen Kurzvortrag über die Diagrammerstellung. Zweite Stufe der Lernspirale In dieser Phase wird in Tandems gearbeitet. Die Lernenden setzen sich aktiv im wechselseitigen Vortrag mit den Inhalten des Unterrichts auseinander, indem sie sprechen, zuhören und gegenseitig Fragen klären. Dabei erkennen sie die grundsätzlich gleiche Vorgehensweise beim Erstellen von Diagrammen in MS-Excel. Danach sind sie aufgefordert, in einer graphischen Darstellung (zum Beispiel in einer MindMap) das Vorgehen zur Erstellung eines Diagramms in Excel festzuhalten. Verwendungsbereiche ihres Diagrammtyps sollen dargestellt und Anwendungsbeispiele aufgezeigt werden. Als Input können hier Internetrecherchen oder ein Informationstext zu Diagrammtypen und Anwendungsbeispielen dienen. Die einzelnen Plakate werden in einer Ausstellung präsentiert. Die Lernenden sind aufgefordert, die Ergebnisse anzusehen und hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit zur Vorbereitung auf eine Prüfung sowie als Gedankenstütze für einen Vortrag zu beurteilen. Am Ende der Phase kann der Inhalt der Stunde nochmals von einem Tandem, das zufällig gewählt wird, auf Basis des als am besten zur Vortragsstütze geeigneten Handlungsprodukts vorgetragen werden. Mit den zuvor erörterten Fragen bieten sich Anknüpfungspunkte zur Stundenreflexion. So können die Stärken und Schwächen der Handlungsprodukte thematisiert und daran Impulse zur Erweiterung der Handlungskompetenzen ausgelöst werden. Des weiteren können die Lernenden für sich nachdenken, was sie ganz persönlich in dieser Stunde gelernt haben. Die Ergebnisse der Stunde werden darüber gesichert, dass jeder Schüler die Informationstexte, sein erstelltes Diagramm sowie seinen "Spickzettel" zur Verfügung hat. Als Schlusssituation wird das Thema Visualisierung in einem Bilderrätsel aufgegriffen. In folgenden Unterrichtseinheiten können weitere Diagrammtypen oder Techniken zur manuellen Bearbeitung von Diagrammen eingeführt werden, zum Beispiel vertiefende Übungen zur nachträglichen Gestaltung von Diagrammen mittels Kontextmenü. Eine weitere Ergänzungsmöglichkeit bietet die Problematik der Manipulation mit Hilfe von Diagrammen . Braun, W., Lösung kaufmännischer Probleme mit MS-Excel unter Office 2000, 1. Aufl., Darmstadt: Winklers 2001. Barkow, T., Diagramme mit Excel 2003...2002/XP, KnowWare Basics, www.knowWare.de. May Betriebswirtschaftliche Probleme mit Excel lösen, Stam: Köln 1997.

Auf dieser Seite haben wir Informationen und Anregungen für Ihren Physik-Unterricht zum Thema Atomphysik zusammengestellt. Ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Dieser Artikel ist die Basis aller Lehrer Online-Unterrichtseinheiten zum Einsatz von RCLs. Hier finden Sie grundlegende Informationen zu folgenden Themen: Prinzip von RCLs, allgemeiner und spezifischer Mehrwert von RCLs, Konzeption des RCL-Portals, Überblick zu RCLs auf dem RCL-Portal und Einordnung von RCLs unter den Physikmedien. Wie macht man aus einem MCL ein RCL? Um aus einem von Hand durchgeführten Experiment - einem Manually Controlled Laboratory (MCL) - ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) zu machen, müssen Experiment und Experimentator über Schnittstellen zum Internet miteinander verbunden werden (Abb. 1). Experimentseitig wird das MCL mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Aktoren sind meist Schrittmotoren, die das zu bewegende Element - wie beim RCL zum Fotoeffekt die Räder mit Grau- und Farbfiltern (Abb. 1) - sehr genau positionieren. Sensoren sind je nach RCL zum Beispiel Lichtsensoren, Geiger-Müller-Zählrohre, Schalter oder - wie beim Fotoeffekt - eine Fotozelle. Interface Das an einen Computer angeschlossene Interface mit Microcontroller und anpassbarer Sensor/Aktor-Elektronik übernimmt die Steuerung der Datenströme von und zu den Sensoren/Aktoren. Bereits jetzt kann ein Experimentator das RCL lokal vor Ort über ein Terminal-Programm mit dem programmierten Befehlssatz des Microcontrollers bedienen (Nahsteuerung). Ein auf dem Computer installierter Webserver mit Informationen zum RCL auf statischen Webseiten und mit der Bedienung des RCLs auf dynamischen Webseiten ermöglicht den Zugriff auf das RCL über das Internet (Fernsteuerung). Bildübertragung per Webcam Die Interaktivität zwischen dem RCL und dem Experimentator wird durch Videobilder von einer oder zwei Webcams (Beobachtung von Versuchseinstellungen und Versuchsergebnissen) und den dynamischen Webseiten (Auswahlfelder für Versuchseinstellungen, Ein- und Ausgabe von Versuchsdaten) hergestellt. Experimentatorseitig werden lediglich ein Internetzugang und ein Computer mit javafähigem Browser benötigt. Gestaltung von RCLs Die Entwicklung von RCLs ist zeitaufwändig und kostenintensiv. Die Investitionen müssen sich bei einer entsprechenden Gestaltung des RCLs und dem Einsatz der Internettechnologie in einem allgemeinen Mehrwert gegenüber MCLs auszahlen. Dazu werden folgende Aspekte beachtet: Authentizität zum MCL RCLs in der Raumfahrt müssen teilweise vollautomatisiert ablaufen. RCls zum Lernen von Physik müssen dagegen möglichst authentisch in der Durchführung zu einem MCL sein, um den Schülerinnen und Schülern Möglichkeiten und Anknüpfungspunkte für ihr eigenes Lernen zu geben. Dazu gehört, dass das RCL in ähnlicher Weise wie das MCL bedient (zum Beispiel Einschalten von Versuchsgeräten) und auf eine automatisierte Auswertung der Versuchsdaten verzichtet wird. Außer der schriftlichen Versuchsauswertung mit einem Taschenrechner können hierbei Tabellenkalkulationsprogramme und Computeralgebrasysteme genutzt werden (siehe Einordnung von RCLs unter den Physikmedien ). Barrierefreie Zugriffsmöglichkeit Der Zugriff auf die RCLs des RCL-Portals ist jederzeit, weltweit, kostenlos, ohne zusätzliche Software und ohne Anmeldung möglich. Ein Buchungssystem wird zukünftig auch die Reservierung von RCLs bieten (siehe Das RCL-Portal ). Intuitive Bedienbarkeit Die Bedienung der meisten RCLs erfolgt mit wenigen Bedienelementen bei maximaler Interaktivität des Nutzers mit dem RCL (siehe Das RCL-Portal ). Vollständigkeit Mit der Lernumgebung zum RCL kann der Nutzer ohne zeitaufwändige Suche von Informationen das RCL durchführen (siehe Das RCL-Portal ). Nachbaubarkeit Durch Dokumentation und durchgehenden Aufbau des RCLs mit Open-Source-Software ist ein Nachbau durch Schülerinnen und Schüler mit möglichst geringen Kosten möglich (siehe Zusatzinformationen ). Gestaltungsfreiheit Der Aufbau von RCLs bietet große Freiheiten in der Gestaltung der Experimentiermöglichkeiten mit dem RCL (siehe Spezifischer Mehrwert von RCLs ). Vorteile gegenüber MCLs und Kompensation von Nachteilen Ein zu flüchtiger Blick auf RCLs verleitet leicht zu der Aussage, dass eine Zwischenschaltung des Internets zwischen Experimentator und Experiment aufgrund der Distanz zu einem Verlust an Qualität gegenüber dem MCL führt. Das Dokument "vorteile_nachteile_RCL.pdf" informiert in Tabellenform über die Vorteile von RCLs gegenüber MCLs und zeigt, wie Nachteile von RCLs kompensiert beziehungsweise vorteilhaft genutzt werden können. Die Realisation eines RCLs nach dem mechanistischen Schema, die Versuchsdurchführung "irgendeines" Experiments fernbedienbar zu machen, ist wenig Erfolg versprechend, weil die Anforderungen an ein qualitativ hochwertiges RCL sehr komplex sind. Die nachfolgenden Leitfragen stellen die Entscheidung für oder gegen die Umsetzung eines in Planung befindlichen RCLs auf eine rationale Basis. Nur so lässt sich ein Mehrwert des realisierten RCLs gegenüber anderen Medien gewährleisten. Leitfragen zum Lehr-Lern-Kontext Ist das Thema des Experiments in der Physik, im Alltag und als Anwendung physikalischer Gesetze bedeutsam? Ist das Thema des Experiments auch Lehrplanthema? Ist das Experiment nicht an Schulen verfügbar (zu teuer)? Wird das Experiment im Unterricht nicht oder nur selten eingesetzt (zu zeitaufwändig, zu kompliziert, zu anspruchsvoll)? Haben Schülerinnen und Schüler Lern- oder Verständnisschwierigkeiten mit dem Thema des Experiments? Ist das Experiment nicht als Schülerversuch durchführbar (zu gefährlich: hohe Spannungen, gefährliche Strahlungen, giftige Substanzen)? Leitfragen zum Experiment Gibt es ausreichende und vielfältige Experimentiermöglichkeiten? Kann eine ausreichende Anzahl quantitativer Messungen durchgeführt werden? Sind über den Standardversuch hinausgehende Messungen möglich? Handelt es sich um ein völlig neues oder von Lehrgeräte-Herstellern nicht lieferbares Experiment? Kann das Experiment als Multi-Use-RCL mit vielen Experimentiermöglichkeiten im Rahmen eines Themengebiets realisiert werden? Leitfragen zur RCL-Realisation Ist der finanzielle und zeitliche Aufwand bei der Realisation durch den Mehrwert des RCLs gerechtfertigt? Ist die Verwendung von Standardkomponenten möglich? Sind alle Versuchsmaterialien beschaffbar oder herstellbar? Ist ein RCL wirklich das geeignete Medium (Simulationen und Messvideos als Alternativen)? Ist das Experiment bis jetzt noch nicht als RCL verfügbar? Können zeitabhängige Versuchsabläufe im Webcam-Bild dargestellt werden (Problem Datenübertragungsrate)? Folgende Punkte sind im Hinblick auf den Erwerb experimenteller Fertigkeiten und Fähigkeiten mit RCLs relevant: Die Anzahl der Experimente, die Schülerinnen und Schüler in Schulen selbst durchführen können, sind durch fehlendes Experimentiermaterial, zu große Klassen, zu hohen zeitlichen Aufwand oder dadurch, dass fast alle Oberstufenexperimente Lehrerdemonstrationsexperimente mit geringen Beteiligungsmöglichkeiten für die Lernende sind, stark begrenzt. Bei RCLs entfällt zwar der Aufbau und die haptische Durchführung des Experiments, was jedoch schneller höhere experimentelle Fähigkeiten in den Fokus rücken lässt. Bei der Nutzung von RCLs als Hausexperimente haben die Schülerinnen und Schüler genügend Zeit, um unbeeinflusst von anderen Lernenden und der Lehrkraft im eigenen Lerntempo experimentelle Fertigkeiten und Fähigkeiten zu üben. Das RCL-Portal zeichnet sich durch die folgenden Eigenschaften aus: Da auf RCLs im Internet weltweit zugegriffen werden kann, sind alle RCLs in englischer und deutscher Sprache, zwei zusätzlich in italienischer und französischer Sprache, verfügbar. Nutzer, die RCLs in ihre Landessprache übersetzen möchten, werden von der AG Didaktik der Physik an der TU Kaiserslautern unterstützt. Der Zugang zum RCL-Portal ist kostenlos und anmeldungsfrei (auch unter einem zukünftigen Buchungsystem). Die technischen Voraussetzungen sind: Ports 8080, 8081 (Windkanal), 8082 (Radioaktivität) und 8083 (Weltpendel Kaisersesch) müssen freigeschaltet sein. Zur Darstellung der Videobilder ist ein Browser mit installierter JRE (kostenloser Download) und mindestens DSL 1000 erforderlich. Zielgruppen des RCL-Portals sind technisch oder naturwissenschaftlich interessierte Laien, Schülerinnen und Schüler sowie Präsenz- oder Fernstudierende. Struktur der RCL-Webseiten Unter dem Hauptmenüpunkt "Labs" findet man die einzelnen RCLs. Nach der Auswahl eines RCLs gelangt man zu dem für alle Experimente einheitlich gestalteten Versuchs-Menü aus Einstieg (Einführung und Zielsetzung), Aufbau (Beschreibung und Daten), Theorie (theoretische Grundlagen und Hinweise zur Versuchsdurchführung), Aufgaben (experimentelle Fragestellungen), Labor (Versuchsdurchführung mit dem RCL), Diskussion (weiterführende Fragestellungen), Material (Versuchsmaterial, didaktisches Material und Literaturhinweise) und Betreuung (Inhaltliche Verantwortung und Versuchsentwickler). Abb. 2 (zum Vergrößern anklicken) zeigt einen Screenshot des RCLs "Windkanal". Struktur der Laborseiten Neben der linken Menüleiste (Abb. 2) werden die Videobilder (maximal zwei) der Webcams sowie die zur Durchführung und Auswertung des Versuchs unmittelbar benötigten Hinweise und Daten angezeigt. Im Bedienfeld rechts daneben kann der Experimentator über Buttons, Auswahllisten, Ein- und Ausgabefelder das RCL steuern. Mit dem Button "RCL RESET" lässt sich bei einer auftretenden Fehlfunktion der Webserver ferngesteuert neu starten. Verfügbarkeit der RCLs Da RCLs Liveexperimente sind, kann immer nur ein Experimentator die Kontrolle über das RCL haben. Ihm steht eine vom RCL abhängige, heruntergezählte Experimentierzeit zwischen zwei und fünf Minuten zur Verfügung (siehe Abb. 2, Bedienfeld oben). Innerhalb dieser Zeit setzt jede Aktion im Bedienfeld die noch verfügbare Experimentierzeit auf den Anfangswert zurück. Damit bleibt das Experiment auch für andere Nutzerinnen und Nutzer verfügbar, die die verbleibende Experimentierzeit angezeigt bekommen und die Aktionen des Experimentators im Videobild der Webcam(s) mitverfolgen können. Um in der Lehre das RCL mit Sicherheit verfügbar zu haben, wird zurzeit ein Buchungssystem entwickelt. Auf dem RCL-Portal sind derzeit die RCLs Elektronenbeugung, Lichtgeschwindigkeit, Fotoeffekt, Beugung und Interferenz, U-I-Kennlinen (zwei Varianten), Roboter im Labyrinth, Windkanal, Maut, Heißer Draht, Optische Pinzette, Optische Computertomographie, Radioaktivität, Rutherfordscher Streuversuch und Oszilloskop verfügbar. Eine verbesserte Variante von Beugung und Interferenz, Weltpendel, Optische Fouriertransformation/Ordnung und Unordnung werden bis Ende 2008 verfügbar sein. Der Datei "ueberblick_RCL_portal.pdf" können zu diesen fast 20 RCLs folgende Angaben entnommen werden: Fachgebiet, Zielgruppe und Lehrplanbezug Das RCL ist einem oder mehreren Fachgebieten zugeordnet. Es ist angegeben, ob das RCL in Sekundarstufe I, Sekundarstufe II oder der Universität und ob es im Rahmen der exemplarisch ausgewählten Lehrpläne von Rheinland-Pfalz eingesetzt werden kann. Single- oder Multi-Use-RCL Single-Use-RCLs sind solche, die in einem Themen- oder Fachgebiet der Physik nur einmalig eingesetzt werden. Häufig sind das Experimente zur Bestimmung von Konstanten. Dagegen decken Multi-Use-RCLs inhaltlich mit ihrer Vielfalt an Experimentiermöglichkeiten fast ganze Themengebiete der Physik ab. Motivation/Lernkontext Es ist angegeben, ob das RCL eher in einem anwendungsorientierten, einem alltagsorientierten oder einem innerphysikalisch Kontext eingesetzt werden kann. In den letzten zwei Jahrzehnten sind im Zuge der Entwicklung von Multimedia und Internet zahlreiche "Species" digitaler Medien entwickelt worden (Abb. 3, zum Vergrößern anklicken). Speziell der Vermittlung physikalischer Inhalte dienen Physikmedien wie Simulationen, Realexperimente sowie Informations- und Lehr-/Lernsysteme. Kognitive Werkzeuge entlasten die Lernenden von Routinearbeiten und regen sie gleichzeitig zu einer vertiefenden Informationsverarbeitung an. Unter den Realexperimenten sind RCLs und die digitale Messwerterfassung Live-Experimente, während bei der Videoanalyse, den interaktiven Bildschirmexperimenten (IBEs) und den Messvideos zunächst ein Video des Experiments aufgenommen und dann zeitversetzt das Experiment wiederholt und ausgewertet wird. Mit Live-Experimenten kann der gleiche Versuch beliebig oft wiederholt werden, was insbesondere bei der Gewinnung größerer Datenmengen und von statistischen Aussagen notwendig ist. Während Realexperimente und speziell RCLs der Untersuchung ausgewählter Realitätsbereiche dienen, werden diese mit Simulationen anhand bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten vom Programmierer (Applets, Physlets und Simulationsprogramme) oder von den Lernenden selbst (Modellbildung) nachgebildet und untersucht. Die Ergänzung von RCLs durch Simulationen ermöglicht die physiktypische Wechselwirkung von Experiment und Theorie. Innerhalb des RCL-Konzepts, das Experiment durch den Verzicht auf eine automatisierte Auswertung möglichst authentisch zum MCL zu gestalten, spielen die kognitiven Werkzeuge Tabellenkalkulation und Computeralgebrasysteme zur Auswertung und Weiterverarbeitung von Versuchsdaten sowie zum Vergleich von experimentellen und theoretischen Daten eine große Rolle. Die Schülerinnen und Schüler sollen Atommodelle kennen. die alpha-, beta und gamma-Strahlung kennen. künstliche Kernumwandlungen kennen. das Aufstellen von Zerfallsgleichungen beherrschen. erkennen, dass der Unterschied zwischen gesteuerter und ungesteuerter Kettenreaktion für die Nutzung der Kernenergie immens wichtig ist. Thema Atomphysik - vom Atommodell zur Kernenergienutzung Autor Jens Tiburski Fach Physik Zielgruppe Klasse 9, Klasse 10 zur Prüfungsvorbereitung Zeitraum 1-3 Stunden, je nach didaktischem Ort Technische Voraussetzungen Computerarbeitsplätze in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit); VRML-Plugin (zum Beispiel BlaxxunContact ), Java , Video-Player (zum Beispiel DivX oder RealOne Player ) Einsatz im Unterricht Der Einsatz der Sammlung von interaktiven Übungen und 3D-Animationen zur Atomphysik sollte unterrichtsbegleitend erfolgen. Nach der Behandlung des jeweiligen Themas im Unterricht (Arbeitsblätter als Word-Dokumente im Download-Paket "atomphysik_materialien.zip") können Übungsphasen im Computerkabinett den Unterricht lebendiger gestalten und zur Binnendifferenzierung genutzt werden. Die Verwendung der 3D-Animationen soll dabei die Anschaulichkeit erhöhen und die Visualisierung der Aufgabenstellung gerade bei den "unsichtbaren" Sachverhalten im submikroskopischen Bereich vereinfachen. Hinweise zur Nutzung der interaktiven Arbeitsblätter In der Klassenstufe 9 hat sich der Einsatz des Beamers bewährt, wenn die Schülerinnen und Schüler die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt waren. Für die Eingaben in die Formularfelder der interaktiven Übungen sollte ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise erfolgen. Dies führt zu erhöhter Konzentration und weniger Frusterlebnissen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber infolge falscher Rechtschreibung als falsch beantwortet wurden. Auch Partnerarbeit von Lernenden mit guten Deutschkenntnissen zusammen mit Schülerinnen und Schülern, welchen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), ist hier gut möglich. Technische Hinweise Um die 3D-Modelle öffnen zu können, ist ein VRML-Plugin nötig. Alle animierten GIFs und interaktiven 3D-Animationen der verwendeten Übungen wurden vom Autor der Unterrichtseinheit mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio erzeugt. Dieses Programm ist für die pädagogische Arbeit als Freeware verfügbar (~ ~http://www.sn.schule.de/~ms16l/virtuelle_schule/Projektwoche_2008/index_projekt.htm~~). Die Schülerinnen und Schüler sollen eine zeitgemäße Atomvorstellung kennen. die Entstehung von Licht beschreiben können. Kenntnisse über die geschichtliche Entwicklung von Modellen haben. physikalische Größen darstellen und interpretieren können. den Zusammenhang zwischen Linienspektren und atomaren Übergängen kennen. die Spektralanalyse anwenden und physikalisch erklären können. Thema der Unterrichtseinheit Das Elektronium-Modell Autor Patrick Bronner Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Klasse 10 (Fortsetzung in Sek II möglich) Zeitraum 9 Stunden (mit Lernzirkel zum Thema "Analogie Licht-Schall": 14 Stunden) Technische Voraussetzungen Demonstrationsrechner mit Beamer, kostenlose Plugins Quicktime-Player und Java3D Methoden Lernzirkel, Gruppenarbeit, Kugellager, Gruppenpuzzle, Theaterspiel, Schülerreferat, Lehrervortrag Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgänge bei der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium sowie das Ergebnis beschreiben können. das Funktionsprinzip des Magnetfeldkäfigs zum Einschließen des heißen Plasmas am Beispiel der beiden grundlegenden Reaktortypen Stellarator und Tokamak kennenlernen und erklären können. die Gefahren bei der Nutzung der Kernfusion erarbeiten und im Vergleich mit anderen Formen der Energieerzeugung bewerten. die Kernfusion als potenzielle, nahezu unerschöpfliche Energiequelle der Zukunft erkennen. Thema Wann "zündet" die Idee der Kernfusionstechnologie? Autorinnen und Autor Roland Wengenmayr, Dieter Lohmann, Sabina Griffith Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II, nach didaktischer Reduktion auch Klasse 9 und 10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (Arbeit in Kleingruppen), Flash-Player (kostenfreier Download) Planung Tabellarischer Verlaufsplan Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Ein weiteres Angebot der Gesellschaft ist das Fragen-Portal : Lernende und Lehrpersonen können hier Fragen an Forscherinnen und Forscher stellen. Unterrichtsverlauf und Materialien Fachliche Voraussetzungen, Einbettung des Themas in den Unterricht und der Verlauf der Doppelstunde werden hier skizziert. ITER ? der Weg zu neuer, sauberer Energie Für die Fortführung des Themas im Unterricht finden Sie hier weitere Informationen, Grafiken und Links zur internationalen Fusionsforschungsanlage. Ein Remotely Controlled Laboratoy (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Die hier vorgestellte Unterrichtsreihe in der Atomphysik nutzt die mediendidaktischen Eigenschaften des RCLs "Rutherfordscher Streuversuch". Lernende können das an Schulen nur selten vorhandene Demonstrationsexperiment als Hausexperiment durchführen, Messdaten in Gruppen zusammentragen und auswerten. Diese werden mit den Vorhersagen der Atommodelle von Dalton, Thomson und Rutherford verglichen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse aus der Mechanik, Elektrostatik und Radioaktivität zur Erklärung der Streuung von Alpha-Teilchen anwenden. mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" die Streuung von Alpha-Teilchen experimentell untersuchen. die Vorhersagen zur Streuung der Alpha-Teilchen nach dem Daltonschen, Thomsonschen und Rutherfordschen Atommodell mit den Messergebnissen vergleichen. Arbeitsergebnisse sachgerecht präsentieren. Thema Entdeckung des Rutherfordschen Atommodells mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" Autor Sebastian Gröber Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Sekundarstufe II, Grundstudium Physik und Chemie Zeitraum 10-15 Unterrichtsstunden, je nach Lerngruppe und Unterrichtszielen Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Zur Auswertung der Messergebnisse: Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) oder Computeralgebrasystem (zum Beispiel (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:646351) als kostenfreie 30-Tage-Testlizenz) Zur Simulation der Ablenkung von Alpha-Teilchen: Modellbildungsprogramm (zum Beispiel kostenlose Version von Powersim oder Coach 6 Studio MV. Der Rutherfordsche Streuversuch gehört zu den zentralen Versuchen der Physik. Historisch bildet das mit ihm abgeleitete Rutherfordsche Atommodell den Übergang von früheren Atomvorstellungen (antike Atommodelle und Thomsonsches Atommodell) zu unserer heutigen Atomvorstellung, nach der ein Atom aus einem positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Atomhülle besteht. Der Rutherfordsche Streuversuch liefert ebenso die physikalischen Grundlagen für die heutige Standardmethode der elementspezifischen Analyse von Festkörperproben mittels Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Damit ist dieser Versuch sowohl allgemeinbildend für Lernende in Schule und Hochschule als auch fachbildend für Studierende der Physik und Chemie. Vorteile und Lernpotentiale des RCL Welche Vorteile hat das RCL gegenüber dem traditionellen Experiment? Welches Lernpotenzial hat der Rutherfordsche Streuversuch? Steckbrief und Materialien zum RCL ?Rutherfordscher Streuversuch? Informationen zum Versuchsaufbau, zu den Experimentiermöglichkeiten und Link zum RCL; kommentierte Materialien der Unterrichtseinheit zum Herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die reibungsbehaftete Bewegung der Öltröpfchen in Luft qualitativ erklären können. das Ziel "Ladungsbestimmung" des Millikan-Versuchs erkennen. möglichst eigenständig die Formel einer Messmethode zur Bestimmung der Öltröpfchenladung herleiten. einzeln oder in Gruppen mit dem RCL "Millikan-Versuch" Messdaten erheben, zusammentragen und in Diagrammen darstellen. die Ladungsquantelung als Hypothese formulieren und bestätigen sowie die Elementarladung bestimmen. Beschießt man ein Plättchen aus Graphit mit beschleunigten Elektronen, dann beobachtet man auf einem Fluoreszenzschirm ein Muster aus konzentrischen Ringen. Das Erstaunliche dabei ist, dass mit dem "Materieteilchen" Elektron von der Struktur her die gleichen Beugungsmuster erzeugt werden wie mit elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlung). Mit dem RCL "Elektronenbeugung" können Schülerinnen und Schüler dieses Phänomen im Vergleich zum traditionellen Unterricht in einem ersten Schritt eigenständiger und ohne den lenkenden Einfluss der Lehrkraft entdecken und beginnen, es zu verstehen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse zur Röntgenbeugung an polykristallinen Kristallen im Versuch zur Elektronenbeugung anwenden. erkennen, dass Elektronen Welleneigenschaften zugeordnet werden können. ihre Arbeitsergebnisse an der Tafel oder mit einer PowerPoint-Präsentation vorstellen. Thema Elektronenbeugung - das Elektron als Welle Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Bei der Messung der Ringradien kommen ein Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) und ein Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zum Einsatz. Die Schülerinnen und Schüler sollen qualitative Experimente zum Fotoeffekt deuten können. Hypothesen zum Zusammenhang zwischen Größen des eingestrahlten Lichts und Größen der ausgelösten Elektronen formulieren. den Zusammenhang zwischen der Energie der Elektronen und der Frequenz beziehungsweise der Intensität des Lichts mit dem RCL "Fotoeffekt" untersuchen. begründet angeben können, welche Versuchsergebnisse zum Fotoeffekt sich im Wellenmodell nicht erklären lassen und wie diese im Fotonenmodell erklärt werden. technisch-physikalische Anwendungen des äußeren und inneren Fotoeffekts kennen lernen. Thema Fotoeffekt und Fotonenmodell des Lichts Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum etwa 4 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder zuhause, javafähiger Browser Software Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel), Computeralgebrasystem ( Maple ) oder spezielles Datenanalyseprogramm (zum Beispiel Origin ) für die Hochschule Wellen- und Fotonenmodell des Lichts sind in ihrer Struktur sehr unterschiedlich: Ist beim Wellenmodell die Lichtenergie über den Raum verteilt, abhängig von der Amplitude und unabhängig von der Frequenz der elektromagnetischen Welle, so ist beim Fotonenmodell die Lichtenergie in einzelnen Fotonen konzentriert und frequenzabhängig. Schülerinnen und Schüler mit dem Fotoeffekt vom Wellen- zum Fotonenmodell zu führen, ist nicht einfach: Anhand eines Versuchs sollen relevante experimentelle Ergebnisse gewonnen und als im Wellenmodell nicht erklärbar erkannt werden. Das Fotonenmodell wird eingeführt und der Fotoeffekt damit erklärt. Die Unterrichtseinheit folgt diesem Weg und versucht die genannten Schritte zum besseren Verständnis für die Lernenden möglichst klar gegeneinander abzugrenzen. Das RCL "Fotoeffekt", eine Tabelle und Aufgaben sind dazu die wichtigsten Medien und Materialien dieser Unterrichtseinheit. Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien Lernvoraussetzungen, Unterrichtsverlauf, Steckbrief des RCLs "Fotoeffekt" und Arbeitsmaterialien zur Unterrichtseinheit

Die Arbeit an einer medienorientierten Fragestellung soll Jugendlichen die Auseinandersetzung mit ihren Erfahrungen in einer von Medien bestimmten Umwelt ermöglichen. Insbesondere sollen die Aufmerksamkeit für Unterschiede im medialen Handeln und damit einhergehende Beweggründe gefördert werden.Die Schülerinnen und Schüler sammeln zunächst Ideen für Fragestellungen zur Thematik "(digitale) Medien im Alltag". Anhand von festgelegten Kriterien formulieren sie eine konkrete Fragestellung und planen eine Befragung. Die gewonnenen Daten analysieren und interpretieren die Jugendlichen unter Berücksichtigung der ursprünglichen Fragestellung und dokumentieren ihre Ergebnisse und Schlussfolgerungen in Form von Präsentationen. Selbstbestimmtes Arbeiten In Kooperation mit Lehrkräften entwickelten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des learning labs der Universität Duisburg Essen im Rahmen des Schülerkollegs Pädagogik ein Unterrichtskonzept, das Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit bietet, sich mit ihren Erfahrungen im Umgang mit digitalen Medien auseinanderzusetzen. Die Grundlage bildet ein medienpädagogisches Projekt in Anlehnung an die empirische Sozialforschung. Zu den einzelnen Projektabschnitten wurden Materialien entwickelt, die Schülerinnen und Schülern ein weitgehend selbstbestimmtes und -organisiertes Arbeiten ermöglichen. Alltagsbezug Im Zuge der regelmäßigen Durchführung der Unterrichtsprojekte haben sich die Schülerinnen und Schüler als sehr motiviert und engagiert gezeigt. Dabei wiesen die bearbeiteten Fragestellungen häufig Parallelen zu den in der alltäglichen Medienberichterstattung erörterten Aspekten auf. Ablauf der Unterrichtseinheit Ablauf der Unterrichtseinheit "Schülerkolleg" Hier wird der Ablauf der Unterrichtseinheit "Schülerkolleg Pädagogik" in einzelnen Schritten erläutert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler gewinnen einen Einblick in die empirische Sozialforschung. erlernen Gesichtspunkte für die Erstellung von Fragebögen. lernen Grundlagen der Datenanalyse und -interpretation kennen. erlernen Präsentationsformen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler reflektieren ihr Nutzungsverhalten von digitalen Medien. entdecken Stärken und Schwächen verschiedener Medien. entwickeln einen kritischen Umgang mit Medien und der Berichterstattung über Medien. lernen den Einsatz digitaler Medien zur Auswertung und Ergebnissicherung kennen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlernen das Arbeiten im Team. erproben selbstbestimmtes und ?organisiertes Lernen. Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten Zur Einführung stellt die Lehrkraft das Projekt im Plenum vor. Erste Einblicke in wissenschaftliches Arbeiten sowie den exemplarischen Ablauf eines Forschungsprojekts vermittelt das Arbeitsblatt 1. Ideensammlung Im nächsten Schritt erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Gruppenarbeit mögliche Ideen und Fragestellungen. Dabei können sich die Jugendlichen von ihrem persönlichen Interesse leiten lassen. Welche Themen finden sie relevant? Was wird gerade in der Öffentlichkeit diskutiert? Als Hilfestellung kann Arbeitsblatt 2 ausgeteilt werden. Ethisches Forschen Im Plenum werden zunächst die Grundregeln für die Durchführung der Datenerhebung besprochen. In Arbeitsblatt 3 liegt der Fokus vor allem auf den ethischen Standards für die Forschungsarbeit, die es bei der Durchführung des Projekts zu beachten gilt. Fragestellung und Fragebogen erarbeiten Die Jugendlichen erarbeiten in kleinen Gruppen zunächst eine zentrale Fragestellung, der sie nachgehen wollen. Darauf aufbauend wird der Fragebogen erstellt. Wie eine Forschungsfrage entwickelt werden kann und wie diese sich in einen Fragebogen umsetzen lässt, erfahren die Schülerinnen und Schüler in den Arbeitsblättern 4 und 5. Befragung durchführen Wurde der Fragebogen konzipiert, bietet es sich an, diesen zunächst zu testen. Dabei fallen kleine Fehler oft noch rechtzeitig auf. Anschließend kann die Befragung durchgeführt werden. Es sollte vorab genau geplant werden, wie viele Teilnehmerinnen und Teilnehmer befragt werden sollen, um eine ausreichende Anzahl an Fragebögen zur Hand zu haben. Daten übertragen und interpretieren Wurden alle Fragebögen verteilt und ausgefüllt, werden die Fragebögen zunächst kodiert, um anschließend alle Daten strukturiert in einer Tabelle erfassen zu können. In Arbeitsblatt 6 finden die Schülerinnen und Schüler hilfreiche Kodierungstipps. Ergebnisse interpretieren Bei der Ergebnisinterpretation geht es darum, die bei der Auswertung gewonnenen Zahlen auf die ursprüngliche Frage zu beziehen. Die Schülerinnen und Schüler sollen herausfinden, was die Zahlen jeweils für ihre Grundfragestellung bedeuten (AB 7). Ergebnispräsentation Nachdem die Ergebnisse ausgewertet und interpretiert wurden, haben die Jugendlichen die Aufgabe, diese ansprechend zu dokumentieren. Dazu bieten sich verschiedene Möglichkeiten an: der Abstract, das wissenschaftliche Poster oder der wissenschaftliche Vortrag (AB 8, 9 und 10). Die Gestaltung der Ergebnispräsentation erfolgt in Gruppenarbeit, anschließend können die Arbeitsergebnisse im Plenum vorgestellt werden.