Integration von Hypertext und Simulation

Im Arbeitsgebiet "Computerunterstütztes Lernen" am IPN werden seit mehreren Jahren Entwicklungsarbeiten durchgeführt, die durch den Einsatz von Computersimulationen das Lehren und Lernen im Physikunterricht unterstützen und verbessern sollen.

In Ergänzung dieser Arbeiten wurde die Möglichkeit der Vernetzung aufgegriffen mit dem Ziel, dem Mangel an didaktisch anspruchsvollem Übungsmaterial abzuhelfen und damit einen konstruktiven Beitrag zu einem didaktischen Grundproblem zu liefern.

Die Bedeutung eigenständigen Übens zur Sicherstellung und Vertiefung eines Lernergebnisses wird wohl von niemandem bestritten, in aller Regel aber weitgehend in die Verantwortung der Lernenden verlegt. Dabei wird häufig übersehen, daß die zur Verfügung stehenden Hilfsmittel wie Lehrbuch und Aufgabenkatalog gerade für diejenigen Schüler wenig motivierend und hilfreich sind, die dieses Üben besonders nötig haben.

Simulationsbasierte und zum Unterrichtsinhalt passende Übungsmaterialien, die außerdem im Netz verfügbar und damit jederzeit abrufbar sind, schaffen eine qualitativ verbesserte Ausgangsposition, um gerade auch die leistungsschwächeren Schüler zum eigenständigen Üben zu motivieren.

Konkretisiert wurde diese Idee anhand eines Simulationsprogramms, genannt xyZET, mit dem sich eine große Zahl unterschiedlicher Vorgänge und Konzepte physikalischer Natur veranschaulichen lassen. Die Steuerung dieses Programms kann auf zwei unterschiedliche Arten geschehen: über die zum Programm gehörende Bedieneroberfläche sowie über aktive Links innerhalb eines Hypertext-Dokumentes im html-Format.

Die letztere Möglichkeit ist hier die entscheidende. Durch die Verwendung des html-Formats sind die erstellten Übungsmaterialien im Internet zugänglich mit all den damit verbundenen Vorteilen (zentrale Verwaltung, Ort-, Zeit- und Plattformunabhängigkeit). Unter Verwendung der neu auf dem Markt erscheinenden Editoren wird eine Veränderung bzw. Anpassung solcher Dokumente an aktuelle Bedürfnisse zu einer Routineangelegenheit. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß für diese Art des Einsatzes von Simulationen die Schüler nicht mit einer komplexen Bedieneroberfläche konfrontiert werden, die überfordert oder ablenkt. Vielmehr besteht die einzige Bedienungsaufgabe darin, einzelne, sich selbst erklärende Zeilen anzuwählen, die in den Aufgabentext eingebettet sind.

Bei der Entwicklung von Übungsmaterialien besteht somit die Möglichkeit, in den Text einzelne Befehlszeilen einzufügen, die bei Anwahl bestimmte Simulationen aufrufen, steuern, Parameterwerte setzen, Alternativen vorstellen, Lösungshinweise geben u.ä. Selbstverständlich können auch Teile der Bedieneroberfläche aufgerufen werden, um Raum für mehr eigenständiges, entdeckendes Lernen zur Verfügung zu stellen. Die Einfügung solcher Befehle bedarf einer Einführung, ist jedoch ohne tiefergehende System- oder Programmierkenntnisse zu leisten. Die Aufgabe besteht darin, bei der Erstellung und Namensgebung kurzer batch-Dateien eine bestimmte Syntax zu befolgen.

Wie schon erwähnt kann das am IPN entwickelte Simulationsprogramm xyZET durch einzelne, von außen eingegebene Befehle gesteuert werden. Somit eignet es sich sehr gut dazu, das Potential des hier skizzierten Ansatzes zu demonstrieren. In diesem Sinne wurde in dem IPN-Arbeitsgebiet "Computerunterstütztes Lernen" Material für einen Einführungskurs zum Thema Mechanik entwickelt, der den Stoff eines entsprechenden Kurses der 11. Klasse umfaßt. Die in diesem Material angesprochenen Themen sind: Koordinaten im Raum, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zeitdiagramme, Grundgesetz der Mechanik, Hookesches Gesetz, Vektoren und Komponenten, Wurfbewegungen/Gravitationsgesetz, Actio = Reactio, Massenmittelpunkt, Kollision, Kreisbewegung, Arbeit und Energie, Harmonischer Oszillator, Pendel.

Dieses Material wurde in zwei Durchgängen unter Laborbedingungen am IPN evaluiert. Zur Zeit läuft mit einer revidierten Fassung eine Erprobung mit einer 11. Schulklasse eines Kieler Fachgymnasiums, die für das gesamte Schuljahr geplant ist.

Um dieses Kursmaterial zu verwenden, muß das Programm xyZET auf dem lokalen Rechner installiert sein, während die für den Mechanikkurs entwickelten Anleitungs- und Arbeitsblätter im html-Format entweder ebenfalls lokal vorhanden sind oder von einem beliebigen Rechner im Schulnetz oder im Internet abgerufen werden können.