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Überblick

Zielsetzung

Die folgenden Ziele erscheinen als wesentlich für die Entwicklung von zukunftsorientierten und erfolgversprechenden Lehr/Lernmaterialien:

• Unterstützung der Selbstätigkeit der Schüler
• Anregung der Schüler zur Übernahme von Verantwortung für den eigenen Lernprozeß
• Ermöglichung von Lerngelegenheiten an jedem Ort und zu jeder Zeit
• Nutzung des didaktischen Potentials moderner Medien zur Optimierung der Darstellung komplexer Lerninhalte
• Vermeidung eines primär auf Gleichungen und Formeln orientierten Unterrichts

Eine Möglichkeit der Realisierung dieser Ziele kann am Beispiel eines Kurses zum Thema "Mechanik" aufgezeigt werden.
Wichtiger Bestandteil dieses Kursmaterials ist ein Simulationsprogramm, genannt "JavaXYZ", mit einer vielseitigen Bedienoberfläche, die zu Erkundungen und zu forschendem Lernen anregt.
Das entwickelte Kursmaterial wird sowohl im pdf-Format als auch im html-Format angeboten. Es stellt eine Mischung dar aus traditionellen Lerntexten und vorbereiteten Simulationen. Die zur Eigabe von Parametern notwendigen Kenntnisse bezüglich der Bedienoberfläche werden im Lerntext schrittweise erläutert.

Thematischer Umfang des Programms JavaXYZ

Die Grundelemente des Programms sind einzelne Massenpunkte, die beliebig in einem vorgegebenen Kubus angeordnet werden können und deren Wechselwirkung individuell einstellbar ist. Dieser Kubus kann um zwei vertikal zueinander angeordnete Achsen gedreht werden, so daß die jeweilige Anordnung aus unterschiedlicher Perspektive betrachtet werden kann.
Als Wechselwirkung kann unter folgenden Kräften ausgewählt werden:

• Kontaktkräfte (elastisch/unelastisch)
• Federkräfte
• Gravitationskräfte
(gegenseitig und extern)

• Coulombkräfte
(gegenseitig und extern)

• Reibungskräfte

Weiterhin sind für jeden Massenpunkt die folgenden Parameter individuell einstellbar:

• Ortskoordinaten
• Geschwindigkeitskoordinaten
• Formgebung
• Masse
• Ladung
• Elastizitätsfaktor

Die jeweilige Geschwindigkeit und Beschleunigung kann während der laufenden Simulation für jedes Teilchen als Vektor angezeigt werden.
Die folgende (nicht vollständige) Liste gibt einen Überblick über mögliche Themen, die mit Hilfe von JavaXYZ unterstützend behandelt werden können:

Kinematik Newtonsche Axiome Ausbreitung von Wellen Hookesches Gesetz Gravitationsgesetz Elastischer und unelastischer zentraler Stoß Erhaltung des Impulses

Harmonischer Oszillator Pendelbewegungen Streuversuche Massenmittelpunkt Ladung und elektrisches Feld Äquipotentialflächen

Zu diesen Themen sind dem Programm eine Reihe von vorbereiteten Simulationen beigegeben, die das Spektrum möglicher Anwendungen aufzeigen sollen. Diese Beispiele sind innerhalb von JavaXYZ und ohne besondere Hilfsmittel erstellt worden. Sie können jederzeit vom Benutzer erweitert oder verändert werden.

Programmtechnischer Hinweis

Das in Java geschriebene Programm JavaXYZ basiert auf den Erfahrungen, die mit dem ursprünglich unter UNIX entwickeltem Programm xyZET gesammelt wurden.
Programierung: Dr. Sasa Divjak, Universität Ljubljana

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