Handys im Unterricht?

Eigentlich verboten – aber trotzdem allgegenwärtig: SMS-Nachrichten werden unter der Bank geschrieben, in WhatsApp wird während der Klassenarbeit über die richtige Lösung diskutiert, ...


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Aber es geht auch anders:

Smartphones können den Unterricht bereichern! Vor allem in den Naturwissenschaften ist das Smartphone ein absolutes Highend-Allround-Messinstrument. Zahlreiche fest eingebaute Sensoren ermöglichen unzählige Experimente (siehe Literaturliste). Schülerinnen und Schüler des Physik-Leistungskurses des Friedrich-Gymnasiums Freiburg erforschten im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der Pädagogischen Hochschule Freiburg, wie viel Mathematik und Naturwissenschaft mit dem Smartphone möglich ist. Die über 60 verschiedenen Experimente wurden am 13.05.2015 im Rahmen einer Ausstellung an der PH Freiburg präsentiert, im Anschluss überarbeitet und schließlich auf dieser Homepage veröffentlicht.

 

Experimente der Ausstellung:

Die folgenden Seiten geben einen Überblick über die von den 16 Schülerinnen und Schüler erarbeiteten Experimente. Die Versuche lassen sich sowohl mit Smartphones als auch mit Tablets durchführen. Die Messungen und Erklärungen sind nicht perfekt, bieten aber vielfältige Ideen und Vorschläge zur Umsetzung im eigenen Unterricht. Viele der Experimente können auch vereinfacht oder erweitert werden - hier ist Ihre Kreativität gefragt.

 

Bring Your Own Device - Konzept:

Die von den Schülerinnen und Schülern erarbeiteten Experimente funktionieren mit kostenlosen Apps, integrieren den Alltagskontext, können mit verschiedenen Betriebssystemen (Android, iOS) sowie unterschiedlichen mobilen Endgeräten (Smartphones, Tablets, Convertibles) durchgeführt werden und leisten einen wichtigen Beitrag zur Medienbildung (Leitperspektive in den neuen Bildungsplänen 2016 in BW). Durch den Einsatz von  Mobilgeräten im Klassenzimmer lässt sich der Unterricht individualisierter und binnendifferenzierter gestalten. In Kombination mit dem Ansatz von BYOD (Bring Your Own Device) ergibt sich ein Mehrwert für die Schule, der nur durch Smartphones bzw. Tablets erreicht werden kann. Nach der Schülerausstellung erfolgte am Friedrich-Gymnasium Freiburg eine Erweiterung des BYOD-Smartphone-Konzepts auf alle Fächer. Hierzu wurde eine schulweite WLAN-Infrastruktur installiert und die MINT-Fächer erhielten eine Ausstattung mit externen Sensoren (siehe Gruppe 3).

 

Kooperation zwischen Schule und Hochschule: 

Die Smartphone-Schülerausstellung war eine Kooperationsveranstaltung zwischen Schule und Hochschule. Die Ideen für die Schülerversuche bei der Ausstellung gehen auf die Entwicklungs- und Forschungsarbeit von Dr. Patrik Vogt (Abteilung für Physik, PH Freiburg) zurück, der das Unterrichtsprojekt unterstützt hat. Das EU Projekt mascil unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Katja Maaß (IMBF, PH Freiburg) förderte die Ausstellung mit über 1500€ und half bei der Organisation.

 

Bild
Werbeplakat zur Ausstellung. Ausstellungsstand "Smartphone-Experimente mit dem CCD-Sensor".

 

 

Weitere Informationen zum Medienkonzept der Schule:

 

1. WLAN und Smartphones im regulären Unterricht

2. In fünf Schritten vom Schülerprojekt zum BYOD Schulkonzept

3. Schülerausstellung: Arbeitsauftrag, Literatur und Zeitplan

4. Forschendes Lernen & Smartphone-Einsatz

5. Veröffentlichungen zum Projekt

6. Fortbildungen

7. Weiteres Material zum Thema

 

 

1. WLAN und Smartphones im regulären Unterricht

Für Experimente mit kostenlosen Apps im Klassenzimmer ist eine Internetverbindung nicht zwingend erforderlich. Zum sinnvollen Einsatz von privaten Endgeräten im Unterricht (Download der Apps, Internetrecherche, Übertragung der Messdaten) ist eine WLAN-Infrastruktur jedoch zu empfehlen. Nach der Schülerausstellung wurde in einer Gesamtlehrerkonferenz entschieden, dass probeweise im Schuljahr 2015/16 Smartphones und Tablets gemäß des BYOD-Konzept im Unterricht am Friedrich-Gymnasium Freiburg zugelassen werden. In den Sommerferien 2015 erfolgte die Installation von stationären WLAN Geräten in allen Fachräumen. Für die Klassenzimmer stehen variable WLAN Geräte in tragbaren Kisten im Lehrerzimmer zur Verfügung. Um Missbrauch und Unklarheiten zu vermeiden wurden die Dokumente "Regeln zum WLAN Einsatz im Klassenzimmer" und "Regeln zur Smartphone-Nutzung im Unterricht" als Ergänzung zur Schulordnung mit dem Schulleitungsteam erarbeitet.

Regeln Smartphones im Unterricht Regeln WLAN im Klassenzimmer
 Download: Regeln Smartphones - PDF Download: Regeln WLAN - PDF

 

Damit sich die Datenlast von z. B. 30 mobilen Geräten beim Herunterladen größerer Dateien aus dem Internet gleichmäßig auf mehrere Access-Points verteilen kann erfolgte der Kauf eines zentral basierten WLAN-Management-Systems (Unifi Ubiquiti Pro). Um die privaten Smartphones drahtlos mit dem pädagogischen Netz der Schule und dem Internet zu verbinden müssen sich die Schülerinnen und Schüler mit ihrem  eigenen Schul-Account anmelden. Durch den personengebundenen Login haben die Lernenden mit dem privaten Smartphone über die kostenlose App Pydio Zugriff auf ihr persönliches Schulserververzeichnis und können Dateien in die Tausch-Verzeichnisse der Klasse legen (Schulserver: LogoDidact, Firma SBE).

Zum drahtlosen Übertragen des Smartphone-Bildschirms an den Beamer im Klassenzimmer (peer to peer) erfolgte der Kauf von HDMI-Dongles (Mira Screen 5G - unterstützt alle Betriebssysteme). Mit einem entsprechenden Halter (z. B. Tabimax 2 oder TabletStage) und dem HDMI-Dongle lässt sich jedes Smartphone bzw. Tablet als drahtlose und mobile Dokumentenkamera im Unterricht einsetzen. Tablets mit Stifteingabe (Digitizer) können im Unterricht als mobiles interaktives Mini-Whiteboard eingesetzt werden. Eine fest installierte Medieneinheit im Klassenzimmer mit Computer, Dokumentenkamera und interaktivem Whiteboard ist somit nicht mehr notwendig.

 

Anschluss Klassenzimmer Smartphone Visualizer
"WLAN Kiste" zum Anschluss in allen
Klassenzimmern (Schritt 2: Schulversuch).
Smartphone als drahtlose Dokumentenkamera für das Klassenzimmer mit einem entsprechenden Halter.

 

In den Sommerferien 2016 wird die Medienausstattung der Unterrichtsräume des Friedrich-Gymnasiums Freiburg komplett auf mobile Endgeräte umgestellt: Jedes Klassenzimmer erhält neben Beamer und Aktivboxen ein Universal-HDMI-Dongle, ein WLAN-Access-Point und ein Smartphone-Halter. Die installierte mediale Infrastruktur der Unterrichtsräume ist mit allen mobilen Endgeräten und Betriebssystemen kompatibel.

Die Lehrerinnen und Lehrer der Schule sollen für den Medieneinsatz im Klassenzimmer ein eigenes Dienst-Tablet mit Stifteingabe erhalten. Im Unterricht selbst wird das Lehrer-Tablet als Computer, als Dokumentenkamera und als interaktives Mini-Whiteboard eingesetzt.

 

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2. In fünf Schritten vom Schülerprojekt zum BYOD-Schulkonzept

Die Einführung von Smartphones und Tablets in den regulären Unterricht erfolgt am Friedrich-Gymnasium Freiburg über zwei Jahre hinweg in fünf Schritten:

1. Schritt - Schülerprojekt: Smartphones im Unterricht? Schüler zeigen was möglich ist! - Frühjahr 2015

2. Schritt - Schulversuch: Smartphones und Tablets (BYOD) im regulären Schulunterricht - Schuljahr 2015/16

3. Schritt - Klassenzimmer: BYOD-Medienausstattung der Klassenzimmer - Sommerferien 2016

4. Schritt - Lehrer-Tablets: Tablets mit Stifteingabe und einheitlichem Betriebssystem für den Unterricht - Herbst 2016

5. Schritt - Schüler-Tablets: 1:1 Tablet-Ausstattung mit einheitlichem Betriebssystem - Frühjahr 2017

Der kleinschrittige Weg bietet die Möglichkeit, durch unterrichtspraktische Beispiele und Erfahrungen im Klassenzimmer Vorbehalte von Lehrern, Schülern und Eltern gegenüber dem mobilen Lernen und der Technik abzubauen. Gleichzeitig können die neuen Komponenten (WLAN, HDMI-Dongles, MDM-Systeme) schrittweise erprobt, verbessert und an die Nutzung im Klassenzimmer angepasst werden.

Zur didaktischen Steuerung der Tablets im Unterricht und der temporären Verteilung von kostenpflichtigen Apps ist die Einbindung der Lehrer- und Schülergeräte in eine Mobilgeräteverwaltung (Mobile Device Management - MDM) zu empfehlen: Zu Hause lassen sich die Tablets frei bedienen, im Klassenzimmer ist eine Steuerung durch den Lehrer möglich.

Die Erfahrung aus den Schritten 1-3 zeigte, dass es für die Tablet-Ausstattung von Schülern und Lehrern notwendig ist, dass sich die Personen mit dem Gerät identifizieren und das Tablet sowohl in der Schule als auch zu Hause nutzen. Die größte Identifizierung liegt vor, wenn das Tablet dem Lehrer bzw. Schüler selbst gehört. Gleichzeitig zeigte sich vor allem bei Schritt 3, dass die Vielfalt an Betriebssystemen (Android, Windows & iOS) die gemeinsame Nutzung der Endgeräte an pädagogische und technische Grenzen führen kann. Am Friedrich-Gymnasium Freiburg wurde deshalb für die Tablet-Ausstattung (Schritt 4 und 5) am etablierten BYOD-Konzept mit der Einschränkung eines einheitlichen Betriebssystems festgehalten. Schüler und Lehrer werden beim Kauf der Geräte über Volumenpreise und Sponsoring unterstützt oder können ihr bereits schon vorhandenes Tablet in die MDM-Struktur der Schule einbinden lassen.

 

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3. Schülerausstellung: Arbeitsauftrag, Literatur und Zeitplan

Das Projekt startete mit einem Einführungsvortrag zum Thema von Herrn Dr. Vogt. Die 16 Schülerinnen und Schüler wurden daraufhin in Partnergruppen augeteilt, erhielten einen Arbeitsauftrag und konnten sich einen von 10 Sensoren aussuchen. Zum Einlesen in das Thema bekam jede Schülergruppe eine Mappe mit didaktischer Literatur zum gewählten Sensor (Download Literaturübersicht). Die folgenden Wochen arbeiteten die Schüler eigenständig: Einige Gruppen versuchten zunächst Experimente aus der Literatur nachzustellen um im Anschluss eigene experimentelle Ideen zu entwickeln. Wie bei Konferenzen üblich musste mit den Ergebnissen von jeder Schülergruppe ein wissenschaftliches DINA0 Poster mit Hinweisen auf die entsprechende Literatur erstellt werden. Alle Poster durchliefen eine Woche vor dem Druck ein Review-Verfahren mit zwei unabhängigen "Gutachtern".

Damit sich die Schüler zeitlich über die vier Wochen orientieren können wurde ein Zeitplan mit den erforderlichen Aufgaben aus dem Arbeitsauftrag ausgegeben. Trotz mehrfachen Hinweisen haben viele Schülerinnen und Schüler die Zeiteinteilung ignoriert, was zu einer erheblichen Arbeitsbelastung und vielen Diskussionen über das Projekt wenige Tage vor der Ausstellung führte.

 

Literatur Bild Vorbereitung
Literaturmappe für jede Gruppe:
Pro Sensor zwischen 3 und 12 Artikel.
Eigenständige Schülerexperimente im Physikraum
der Schule zur Vorbereitung der Ausstellung.

 

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4. Forschendes Lernen & Smartphone-Einsatz

Forschendes Lernen ist ein Lernkonzept, bei dem sich Schülerinnen und Schüler durch eine aktive und kreative Auseinandersetzung mit offenen naturwissenschaftlichen Fragestellungen selbstständig Wissen erarbeiten und dabei wichtige Kompetenzen erwerben. Die Schüler sollen dabei den Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung vollständig und möglichst selbstständig durchlaufen: Von der Frage zum gezeigten Phänomen über die Hypothese bis hin zur experimentellen Bestätigung. Mit einem entsprechend offen formulierten Forschungsauftrag können in heterogenen Lerngruppen sowohl leistungsschwache als auch leistungsstarke Schüler entsprechend ihres Vorwissens und ihres Leistungsvermögens gefördert werden. Das Ziel in einem solch forschend - entdeckenden Unterricht sollte es sein, Schülerinnen und Schüler in die Lage zu versetzen, immer eigenständiger an offene und unstrukturierte naturwissenschaftliche Probleme heranzugehen und diese entsprechend ihres Vorwissen und ihrer Fähigkeiten erfolgreich zu bearbeiten.

Kreislauf forschendes Lernen

Möglicher Kreislauf der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise
als Orientierung beim forschenden Lernen.

 

Im Smartphone-Projekt haben die Schüler im Tandem über vier Wochen eigenständig an der Erforschung von Experimenten zum ausgewählten Sensor gearbeitet. Am Anfang stand immer die Forschungsfrage, mit der im Idealfall eine Hypothese formuliert, das Experiment geplant und durchgeführt werden sollte. Im Physikunterricht wurden die Schüler langsam (Tabelle: Stufe I-IV) an das eigenständige Arbeiten im Sinn des forschenden Lernen herangeführt. Zahlreiche Aufgaben aus dem Physikunterricht zum forschenden Lernen ohne Smartphone-Einsatz sind in der Aufgabensammlung Physik des EU Projekts Primas verfügbar.

Tabelle forschendes Lernen

Tabelle: Schrittweise Öffnung des Physikunterrichts hin zum forschenden Lernen. 

 

Bei Schülerinnen und Schüler erzeugt das Konzept des forschenden Lernens aufgrund des hohen Grades an Handlungsorientierung und Selbstbestimmung eine hohe Motivation: Eigene Fragen stellen, Hypothesen formulieren, Entscheidungen treffen, Versuche planen, diskutieren, zusammenarbeiten, Ergebnisse kommunizieren und nachvollziehbare Erklärungen finden, ... In Konsequenz haben Lehrer bei einem solchen Unterricht nicht mehr die Aufgabe nur Wissen zu vermitteln, sondern die Schüler zu motivieren und als kooperativer Lernberater zu unterstützen.

Im Smartphone-Projekt war dies genau der Fall: Bei 16 individuell arbeiteten Schüler (Tabelle: Stufe V) kann der Lehrer neben der Aufsicht nur noch beratend tätig sein. Bei der Arbeit mit dem Medium Smartphone mit unterschiedlichen Betriebssystemen und Apps können viele Fragen der Schüler nicht sofort oder manchmal auch gar nicht beantwortet werden. Als Lehrer kann man meist nur Ideen zur weiteren Untersuchung der Frage liefern.

Die Verbindung von forschendem Lernen und dem Einsatz von Smartphones ist somit eine ideale Kombination für den Unterricht - nicht nur für solche Projekte sondern auch für kleinere Unterrichtssequenzen.

 

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5. Veröffentlichungen zum Projekt

 

 

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6. Lehrerfortbildungen zum Einsatz von mobilen Endgeräten im MINT-Unterricht:

 

    • Fortbildung des EU Projekts mascil:
      Funktionale Zusammenhänge aufs Smartphone gebracht
      17.06.2015, Kolping Hotel Freiburg
    • Fortbildung des EU Projekts Sails:
      Workshop: Differenzieren, forschendes Lernen und Smartphone-Einsatz im Physikunterricht
      16.07.2015, Parkhotel Kronsberg, Hannover
    • Fortbildungen des Regierungspräsidiums Freiburg:
      Workshop: Smartphones im Mathematik- und Physikunterricht? Bitte einschalten!
      Download Ausschreibung
      Termin 1: 14.10.2015, Friedrich-Gymnasium Freiburg
      Termin 2: 21.10.2015, Hochrhein-Gymnasium Waldshut-Tiengen
      Termin 3: 11.11.2015, Fürstenberg-Gymnasium Donaueschingen
      Termin 4: 18.11.2015, Oken-Gymnasium Offenburg
    • Schulinterne Fortbildung:
      Workshop: Smartphones im Unterricht? Bitte einschalten!
      09.11.2015, Gymnasium Wilhelmsdorf
    • Tagung zu digitalen Medien im Unterricht der Joachim Herz Stiftung:
      Workshop: Smartphones im Unterricht? Schüler zeigen was möglich ist!
      15.01.2016, Hamburg
    • Vorträge zum Schülerprojekt auf der Didacta 2016, Köln:
      Forum der Firma Phywe, Halle 9, Stand B-054
      Download Abstract
      Freitag, den 19.02.: 09:30 Uhr, 11:30 Uhr und 14:00 Uhr,
      Samstag, den 20.02.: 10:00 Uhr und 12:00 Uhr
    • Fortbildung des EU Projekts mascil:
      Differenzierung durch forschendes Lernen mit Smartphone-Einsatz
      Download Abstract
      16. März 2016 und 08. Juni 2016, PH Freiburg / Rotteck-Gymnasium
    • Fortbildung der Raabe-Akademie:
      Tüfteln, forschen, staunen? Mit Smartphones und Tablets Schüler für Physik & Mathematik begeistern!
      Abstract und Anmeldung
      11.05.2016, 08:30-13:00 Uhr, Klett Treffpunkt Mannheim


 

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7. Weiteres Material zum Thema

 Bild Projektstand
Informationsstand zum Projekt bei der Ausstellung.

 

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Autor: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, Friedrich-Gymnasium Freiburg
Bilder: PH Freiburg, Schulfotografin FG Freiburg: Gwendolin Rapp
Prüfung: Die Texte auf den Projektseiten wurden auf intertextuelle Fehler geprüft (freiwillige Plagiatskontrolle).


CC BY-NC-SA 4.0 © Patrick Bronner (Friedrich-Gymnasium Freiburg / mascil project)

 

Für die kabellose Anbindung der Schüler-Smartphones oder Lehrer-Tablets direkt mit dem Beamer in dem jeweiligen Klassenzimmer erfolgte der Kauf von HDMI-Dongles. Mit einem entsprechenden Halter (Tabimax2) können Smartphones und Tablets im Unterricht auch als Dokumentenkamera genutzt werden. Die Erfahrung im Schuljahr 2015/16 zeigte, dass das Smartphone bzw. Tablet des Lehrers einen fest installierten Computer und eine teure Dokumentenkamera in jedem Klassenzimmer komplett ersetzen kann.