Skip to content

Verwendung digitaler Modelle im naturwissenschaftlichen Unterricht

Eine zentrale Anforderung an Lehrende der naturwissenschaftlichen Fächer war schon immer die Notwendigkeit, komplexe und abstrakte Inhalte zu unterrichten. Eine neuere Herausforderung ergibt sich für Lehrkräfte der Naturwissenschaften dadurch, dass diese komplexen Themen nun in immer heterogeneren Klassen unterrichtet werden müssen. Die Nutzung von digitalen Methoden ermöglicht es Lehrkräften, auf diese Herausforderungen einzugehen und gleichzeitig die Entwicklung der digitalen Kompetenz aller Schüler*innen zu unterstützen.

Im Rahmen eines von der Akademie für Lehrentwicklung (ALe) an der Friedrich-Schiller-Universität Jena geförderten Projekts wird eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um angehenden Lehrer*innen der naturwissenschaftlichen Fächer zu vermitteln, wie sie digitale Modelle im Unterricht nutzen und ihre eigenen Modelle im Unterricht erstellen können, um das Lernen in den Naturwissenschaften für alle Schüler*innen interessanter und zugänglicher zu gestalten. Hier geben wir einen kurzen Überblick über dieses Projekt zusammen mit Vorschlägen, wie diese Technologien in Übereinstimmung mit den staatlichen Lehrplänen eingesetzt werden können.

Beispiel eines der ersten digitalisierten Modelle aus der Sammlung der AG Biologiedidaktik, Friedrich-Schiller Universität Jena

Beispiel eines der ersten digitalisierten Modelle aus der Sammlung der AG Biologiedidaktik, Friedrich-Schiller Universität Jena. Mit einem Klick auf das Bild gelangen Sie zum Modell.

 
 

Erstellung und Verwendung von digitalen 3-D-Modellen aus bestehenden analogen Modellen

Die historische biologiedidaktische Sammlung beinhaltet ca. 1.200 analoge Modelle. Diese sollen zum Teil digitalisiert und in den bestehenden Online-Katalog (digiCULT) integriert werden. Um die Modelle der historischen Sammlung für Lehrer*innen besser verfügbar und zugänglich zu machen, wird die Sammlung derzeit im Rahmen eines größeren Digitalisierungsprojekts der Friedrich-Schiller-Universität Jena digitalisiert. Der Digitalisierungsprozess erfordert eine enge Kooperation mit universitätsübergreifenden Partnern sowie die Unterstützung durch externe
Stellen. Hierbei werden die Modelle mit einem High-End-3D-Scanner gescannt und die fertigen Produkte dann in eine Online-Bibliothek hochgeladen, wo sie zur Sichtung zur Verfügung stehen.

Digitale Modelle im Klassenzimmer

Während die Schüler*innen in der Klasse physische Modelle nur abwechselnd untersuchen können, hat jede*r Schüler*in mit dem persönlichen Endgerät Zugang zu einem eigenen digitalen Modell. Im Gegensatz zu herkömmlichen physischen Modellen haben die Schüler*innen mit digitalen Modellen die Möglichkeit, so viel Zeit mit der Untersuchung des Modells zu verbringen, wie sie möchten, und es sogar mit nach Hause zu nehmen. Die Modelle können je nach Plattform entweder am Endgerät, mit Augmented Reality (AR) oder Virtual Reality (VR) betrachtet werden. Die Lehrenden haben die Wahl, ob sie beispielsweise die Modelle im Voraus annotieren oder die Beschriftung den Schüler*innen überlassen. Auf diese Weise können sich die Lernenden nicht nur über die im Modell dargestellten Inhalte informieren, sondern auch mit digitalen Prozessen wie dem Einsatz von AR und digitalem Etikettieren vertraut machen. Sie bekommen so die Möglichkeit, sowohl ihre naturwissenschaftliche als auch ihre digitale Kompetenz auf einen Schlag zu steigern.

Download Lehrerhandreichung

Verwendung digitaler Modelle für den Unterricht zur Anatomie und Physiologie des menschlichen Herzens.

Diese Handreichung enthält Anleitungen, wie Lehrer*innen digitale 3-D-Modelle für den Unterricht verwenden können, sowie eine Schüler*innenaktivität zur Verwendung derselben Modelle

Die Erstellung und Verwendung von 3-D-Modellen aus vorhandenen 2-D-Illustrationen

Neben der Erstellung digitaler 3-D-Modelle durch das Scannen physischer Modelle ist es auch möglich, 2-D-Illustrationen in 3-D-Modelle umzuwandeln. Mit Microsoft Paint 3D ist es möglich, zweidimensionale Illustrationen in 3-D-Darstellungen umzuwandeln. Dabei können die Schüler*innen entweder ihre eigenen 3-D-Modelle von Grund auf mit 3-D-Zeichenwerkzeugen erstellen oder 2-D-Illustrationen in 3-DModelle verwandeln, wobei sie Texturen hinzufügen können, um sie realistischer zu gestalten. Auf diese Weise können komplexe Systeme leichter verständlich und ansprechender gestaltet werden. Bei der Erstellung von 3-D-Modellen ist es möglich, die Aufgaben zu differenzieren, um den heterogenen Bedürfnissen der Schüler*innen in der Klasse gerecht zu werden. Die Aufgaben können von der einfachen Beschriftung vorhandener digitaler Modelle über die Erstellung von Modellen und deren Beschriftung bis hin zur Integration selbst erstellter digitaler Modelle in wissenschaftliche Präsentationen reichen. Auf diese Weise lernen alle Schüler*innen die gleichen wissenschaftlichen Inhalte, aber durch individuell unterschiedliche Aufgaben, um ihre derzeitige digitale Kompetenz zu erweitern.

Beispiel dafür, wie 2-D-Illustrationen mit Paint 3D in 3-D-Modelle umgewandelt werden können

Fazit

Im Bereich der Digitalisierung sehen wir das Potenzial, den Zugang zum Lernen zu verändern und ein personalisiertes Lernen zu ermöglichen, das an die Bedürfnisse jedes einzelnen Lernenden angepasst werden kann.

 

Dr. Elizabeth Watts
Julia Fleischmann

Beitrag teilen:

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Arbeit mit Werkzeugen
13. August, 2024
Der Wolpertinger (lateinisch crisensus crisensus) ist ein bayrisches Fabelwesen, das sich aus mehreren Tierarten zusammensetzt und in verschiedenen Formen auftreten kann. Er eignet sich besonders für den Einsatz im naturwissenschaftlichen Unterricht, da ebendiese individuelle Zusammensetzung eine tiefergehende Beschäftigung mit den Lebewesen des Waldes und den unterschiedlichen Besonderheiten erlaubt, die sie auszeichnen. Hier kommen konkrete Ideen, wie das auf spannende Weise umgesetzt werden kann.
Kinder an Laptops
3. Juli, 2024
digi.reporter ist ein kinderleicht zu bedienendes Content-Management-System (CMS) für Schüler:innen ab der Grundschule, mit dem sie lernen, eigenständig und rechtskonform multimediale Beiträge für eine webbasierte Veröffentlichung wie einer Online-Schulzeitung zu verfassen.
Mädchen nutzt KI im Unterricht am Telefon
26. Juni, 2024
Einen kreativen Unterrichtseinstieg suchen, differenzierte Lernziele erstellen, Fehlerschwerpunkte in Klassenarbeiten erarbeiten oder auch einen Entwurf für einen Elternbrief formulieren lassen – künstliche Intelligenz (KI) eröffnet uns schon jetzt ganz schön nützliche Möglichkeiten zur Vereinfachung unseres Unterrichtsalltags. Aber auch unseren Schüler:innen bietet KI mindestens genauso viel Hilfestellung bei der Bearbeitung schriftlicher Lern- und Leistungsaufgaben.
LEGO Education Fußball-Unterrichtseinheit
Gesponserte Inhalte
27. Mai, 2024
Ab Juni wird ganz Deutschland wieder verstärkt im Fußball-Fieber sein. Auch viele Kinder begeistern sich bereits früh für den Sport und haben mindestens genausoviel Vorfreude wie Erwachsene. Dank der neuen Lerneinheiten von LEGO® Education SPIKE™ Essential bringen Sie den Fußball-Hype ab sofort auch in Ihr Klassenzimmer. Spiel, Spaß und maximale Aufmerksamkeit sind beim Bauen und Programmieren von Modellen rund um das Thema Fußball garantiert!
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (15)
21. Mai, 2024
Die Vorgaben des Instituts zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB) für das Abitur in Mathematik lassen den Schulen zwei Alternativen bei der Wahl des rechnerischen Hilfsmittels: das modulare Mathematiksystem (MMS) und den wissenschaftlichen Taschenrechner (WTR). Bei der Entscheidung sollte jedoch nicht das Abitur im Fokus stehen, sondern der fachdidaktische Nutzen für den Unterricht.
LE-SPIKE Essential-1920x1080px
Gesponserte Inhalte
9. April, 2024
Unsere Welt verändert sich schnell, fast täglich gibt es technische Innovationen. Die Art und Weise, wie Kinder lernen und wichtige Fähigkeiten erwerben, muss mit diesen Veränderungen Schritt halten. Wir brauchen einen Unterricht, der die Kinder optimal auf die Welt von morgen vorbereitet und die lebenslange Lust am Lernen weckt.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (17)
25. März, 2024
Trotz einer Reihe internationaler Programme wie der Weltdekade „Bildung für nachhaltige Entwicklung“ (2005–2014) oder dem UNESCO-Weltaktionsprogramm BNE“ (2015–2019) sind Inhalte aus dem Kontext Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) noch nicht an allen Stellen in der deutschen Schulbildung und insbesondere im Fachunterricht Mathematik angekommen.
Version 2
29. Januar, 2024
Energieträger sind für die Wärmeerzeugung in Gebäuden unerlässlich und werden oft in Form von fossilen Brennstoffen wie Gas, Öl, Holz oder Kohle bereitgestellt. Einerseits ist aufgrund ihres begrenzten natürlichen Vorkommens ein sorgsamer Umgang mit diesen Ressourcen geboten. Andererseits entsteht durch die Verbrennung fossiler Energieträger das Treibhausgas CO2, das als Katalysator des Klimawandels gilt.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (6)
16. Januar, 2024
Es gehört zu den Kernaufgaben einer Lehrkraft, Schüler*innen Rückmeldungen auf ihre Lernleistung zu geben – in Form von Noten oder mit mündlichem oder schriftlichem Feedback. Bei der Methode des Peer Assessments wird diese Aufgabe von den Lernenden selbst übernommen: Sie geben sich wechselseitig Rückmeldung auf ihre erbrachte Leistung. Ob sie davon profitieren können, untersucht das Forscherteam Double, McGrane und Hopfenbeck in einer 2020 erschienenen Metaanalyse. Sie prüfen dabei zudem, wie die Methode effektiv im Unterricht umgesetzt werden kann.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (5)
11. Januar, 2024
Anlässlich des Internationalen Tags gegen Rassismus am 21. März 2023 veröffentlichte das Thüringer Bildungsministerium eine Handreichung für Thüringer Schulen zur Anwendung der Jenaer Erklärung gegen Rassismus im Unterricht. Die Publikation der Autoren Karl Porges und Uwe Hoßfeld und der AG Biologiedidaktik der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist ein konkretes inhaltliches Angebot für rassismuskritische Bildungsarbeit an Thüringer Schulen.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (2)
20. Dezember, 2023
Der Einsatz von Escape Games oder EduBreakouts im Unterricht ist heute bei Weitem keine so exotische Methode mehr wie noch vor ein paar Jahren. Mittlerweile gibt es zahlreiche Formate dieses kreativen Konzepts und alle sorgen für motivierende Abwechslung im Klassenzimmer. Auch aus meinem Unterricht sind Escape Games kaum noch wegzudenken und meine Schüler*innen fordern diese regelmäßig mit den Worten ein: „Herr Bendlow, wann machen wir mal wieder ein Escape Game?“
Header_Entdeckt_04-2023
20. Dezember, 2023
Vor dem Hintergrund einer immer komplexer werdenden und zunehmend technisierten Gesellschaft werden Medienbildung und digitales Lernen auch im Bildungsbereich unabdingbar. Es gibt mehr und mehr hoch spezialisierte Berufsbilder, für die die sogenannten 21st century skills wie digitale Affinität, vernetztes Denken und Problemlösefähigkeit eine zentrale Rolle spielen. Gleichzeitig ist im Hinblick auf aktuelle gesamtgesellschaftliche Themen und Probleme wie den Klimawandel ein interdisziplinäres Denken und Arbeiten notwendig geworden. Ziel der Schulen muss es dabei sein, genau hier anzusetzen, um Schüler*innen auf neue Herausforderungen in der Berufs- und Lebenswelt vorzubereiten.