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Physical Computing im MINT-Unterricht am Beispiel der senseBox:edu S2

Physical Computing verbindet die Alltagswelt mit der Entwicklung von Soft- und Hardwaresystemen. Durch die Verknüpfung entsteht durch vielseitige Herangehensweisen ungenutztes Potential, um Schülerinnen und Schüler für den Informatikunterricht nachhaltig zu begeistern. Mithilfe von elektronischen Bauteilen und Umweltsensoren können Projekte umgesetzt werden, bei denen eine Interaktion mit der Umgebung stattfindet. Ein mögliches Herzstück für den Unterricht stellt dabei der speziell für die Lehre entwickelte Mikrocontroller senseBox MCU (https://sensebox.de/) dar. Dieser bildet zusammen mit einem Set an Sensoren und elektronischen Bauteilen die Basis für eine Vielzahl an Experimenten aus den Bereichen Internet of Things (IoT) und Umweltsensorik.

Im Workshop werden die Teilnehmenden auf den Einsatz der senseBox im MINT-Unterricht vorbereitet, indem nach einem theoretischen Input zur Vorstellung des senseBox-Ökosystems das eigenständige projektbasierte Arbeiten mit der Hardware und Software fokussiert wird. Dabei wird die senseBox:edu S2 verwendet - eine neue Version der senseBox, mit noch vielfältigeren Möglichkeiten, wie die Verwendung einer LED-Matrix und die Nutzung von CircuitPython.

Inhalte des Workshops auf Basis der senseBox:edu S2:

• Grundlagen des graphischen Programmierens mit Blockly und der Arbeit mit Mikrocontrollern
• Einblick in die Möglichkeiten der textbasierten Programmierung mit dem Code Editor und Circuit Python
• eigenständige Durchführung von Projekten aus den Bereichen Umwelt & Smart City
• Verfügbarkeit und Einsatz von Open-Educational Resources als Unterrichtsmaterialien

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Science on Stage Festival 2018

Auf der größten deutschen Ideenbörse für MINT-Lehrkräfte von der Grundschule bis zur Oberstufe, treffen sich rund 100 Kolleginnen und Kollegen aus dem ganzen Land, um sich auf unserem Bildungsmarkt über Materialien und Konzepte auszutauschen und neuen Schwung für ihren Schulalltag mitzunehmen. Neben dem Bildungsmarkt, auf dem ausgewählte Lehrkräfte ihre Projekte an einem Stand vorstellen, gibt es spannende Kurzpräsentationen und praxisorientierte Workshops. Interessierte Lehrkräfte sind herzlich dazu eingeladen, das Festival am 17. November am Open Day zu besuchen.

Die vorgestellten Projekte sind eingeteilt in folgende Leitthemen und werden nach dem Motto "Von Lehrkräften für Lehrkräfte" präsentiert:

- Naturwissenschaften für die Jüngsten

- Naturwissenschaften und unsere Umwelt

- Digitale Bildung in den Naturwissenschaften

- Inklusion in den Naturwissenschaften

- Low-Cost-Projekte in den Naturwissenschaften

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Faszination Weltraum: wie Satellitenteleskope das All sehen – vom Farbbild zur Wissenschaft

Die bekannten Farb-Bilder kosmischer Objekte vom Hubble-Weltraum-Teleskop haben unsere Wahrnehmung des Universums in den mehr als 30 Betriebs-Jahren grundlegend verändert und dabei auch zu vielen wichtigen wissenschaftlichen Erkenntnissen geführt.

Doch wie entstehen solche Bilder genau und haben die Farben eine Bedeutung?

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Sterne und Weltraum leicht gemacht. Das Planetarium im Klassenzimmer

Welche Sternbilder sind heute Nacht zu sehen? Wo steht der Mond? Wie (und warum) bewegen sich die Planeten über den Himmel? Wie unterscheiden sich Sterne? Wie sieht der Himmel in Australien aus? Und wann kann ich die Internationale Raumstation am Himmel sehen?

Diese und viele andere Fragen lassen sich natürlich bei einem Besuch im Planetarium besonders anschaulich beantworten. Aber nicht nur in Corona-Zeiten kann nicht jede Schulklasse ins Planetarium kommen. Die Fortbildung zeigt, wie mit einer frei verfügbaren und kostenlosen Software der Sternenhimmel auf einfache Weise in jedes Klassenzimmer kommt.

Die Anwendungen, die vorgestellt werden, knüpfen an die Unterrichtsinhalte der weiterführenden Schulen an. Wünsche nach konkreten Schwerpunkten können von den teilnehmenden Lehrer*innen auch im Vorfeld benannt werden. Zu den Themen gehören neben dem Basiswissen unter anderem die Bewegungen der Planeten am Himmel, die Struktur des Sonnensystems, Entfernungen im Kosmos und die Farben und damit auch die Physik der Sterne, die in den Lehrplänen der Oberstufe verankert ist. Eine Rolle spielt auch die Erde als Beobachtungsort. Wie sieht sie eigentlich aus dem Weltall aus? Und was ist am Himmel außer Sternen und Planeten noch zu sehen? Erdsatelliten auch jenseits der ISS sind häufiger zu sehen als man meint, und sie können auf einfache Weise identifiziert werden.

Die etwa zweistündige Fortbildung wird vom Planetarium Bochum in Zusammenarbeit mit ESERO Germany veranstaltet. Die Referenten kommen aus einem Kreis erfahrener Astronom*innen, Astronomiedidaktiker*innen und Wissenschaftsjournalist*innen.

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Die Sterne über uns. Sterne und Sternentwicklung

Die Sterne über uns begleiten uns jede Nacht. Nur selten schweift unser Blick jedoch bewusst zu den Sternen. Wir stellen ein Materialheft vor, in dem wir mit den Schüler*innen Schritte der modernen wissenschaftlichen Arbeit gehen: Über die (Natur-) Erfahrung des Beobachtungsabends, die Erstellung einer eigenen kleinen Auswahl an Sternen, die Recherche verschiedener Größen zur Charakterisierung dieser Sterne und die Einführung grundlegender Analyseverfahren (z.B. Entfernungsbestimmung und Hertzsprung-Russel Diagramm) um weitere Aussagen über die Sterne über uns treffen zu können. Dabei werden einfache astrophysikalische Zusammenhänge angewandt.

Das Material ist modular aufgebaut. Je nach zur Verfügung stehender Zeit kann das Material in diesem Heft modular und flexibel eingesetzt werden; sei es in Astronomie AGs, in Schüler*innenlaboren, als projektbasierte Unterrichtseinheit oder in einzelnen Unterrichtsstunden zum Thema Sterne und Sternentwicklung.

Die Fortbildung stellt anhand des Materialheftes auch noch einmal die wichtigsten Grundlagen zu den Themen Sterne und Sternentwicklung vor und gibt Anregungen für den Einsatz des Materials in unterschiedlichen Klassenstufen. Diese Fortbildung wird von der Westfälischen Volkssternwarte, dem Planetarium Recklinghausen und dem Astronomischen Institut der Ruhr-Universität Bochum durchgeführt.

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Aus dem All ins Klassenzimmer – Erdbeobachtung und Weltraummissionen curriculumsnah eingesetzt

Der Blick von oben auf die Erde fasziniert uns seit jeher. Satellitenbilder ermöglichen es uns, die Erforschung von räumlichen Mustern aus der Größenordnung des für das menschliche Auge Überschaubaren herauszuheben und auf das Globale und Unsichtbare auszuweiten. Diese bieten sich hervorragend dazu an, Themen des Curriculums bspw. der Fächer Physik und Erdkunde miteinander zu verknüpfen und auf eine interaktive Weise anschaulich zu vermitteln. Hierzu gehören die physikalischen Hintergründe wie Reflexion und Absorption oder das elektromagnetische Spektrum, aber eben auch die geographischen Anwendungsgebiete wie Hochwasserhilfe, Braunkohletagebau und Atmosphärische Zirkulation. Selbst in die Rolle eines Satellitenbauers können Schüler*innen beim Deutschen CanSat-Wettbewerb schlüpfen. Dabei erleben sie beim Bau eines eigenen Minisatelliten alle Phasen einer echten Raumfahrtmission: Planung der Mission, Konstruktion des Satelliten, Test der einzelnen Komponenten und des Gesamtsystems, Durchführung der Mission, Aufbereitung und Auswertung der Daten, Kommunikation der Ergebnisse. Der Workshop zeigt die vielfältigen Möglichkeiten Schüler*innen mit Themen der Raumfahrt für Naturwissenschaften und Technik zu begeistern. Je nach Länge des Workshops erhalten die Lehrkräfte selbst einen Einblick in die Programmierung mit Arduino.

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Interaktiver MINT-Unterricht mit Satellitenbildern und ISS-Videos

Der Blick von oben auf die Erde fasziniert uns seit jeher. In den letzten Jahren liefert eine Vielzahl von Sensoren räumlich und zeitlich sehr hoch aufgelöste Bilder, die im Alltag überall zu finden sind – wie im Wetterbericht, in den Nachrichten oder beim Surfen im Internet. Dabei bieten sich die Produkte von Fernerkundungssensoren hervorragend dazu an, Themen des Curriculums der MINT-Fächer miteinander zu verknüpfen und auf eine interaktive Weise anschaulich zu vermitteln. Der Workshop setzt sich zum Ziel, in die Grundlagen der Fernerkundung einzuführen und verschiedene Webportale zur Fernerkundung im Schulunterricht vorzustellen. Es werden interaktive Unterrichtseinheiten und Apps in der Schnittstelle zwischen Fernerkundung, Geographie und Physik gezeigt.

Für die Fortbildung werden keine speziellen Computerkenntnisse benötigt. Laptops können auf Anfrage gestellt werden.

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Einsatz von Augmented-Reality-Apps im Physik-Unterricht

Wie wird elektromagnetische Strahlung zur Gravitationsmessung verwendet? Was hat das mit Höhenmodellen zu tun? Und wie lässt sich das spannend unterrichten?

Zwei grundlegend verschiedene Arten elektronischer Entfernungsmessung werden vorgestellt und mit einem digitalen Experiment in einer Augmented Reality App zu den Themen „Gravitation im Erde-Mond-System“ sowie “Satellitensysteme” verdeutlicht.

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Reise zu einem neuen Planeten – Scratch im Weltraum

In diesem Projekt lernen die Schüler*innen mit der bildlich gestalteten Programmiersprache „Scratch“ erste Schritte im Bereich der Programmierung kennen. Verknüpft mit der Thematik Weltraum ist ein mehrstündiges Konzept entstanden, bei dem die Schüler*innen neben der Programmierung auch spannende Inhalte über unser Sonnensystem und vor allem über dessen Grenzen hinaus kennen lernen.

Die Lehrkraftfortbildung dient dazu das entstandene Konzept vorzustellen und zu präsentieren, aber auch die Programmiersprache Scratch näher kennen zu lernen. Die Programmiersprache ist sehr leicht aufgebaut, schnell zu lernen und daher geeignet für den Einsatz in JG 5 und 6.

Das Konzept kann im Physikunterricht im Zusammenhang mit Weltraumfragestellungen eingesetzt werden oder im neuen Fach Informatik (das ja ggf. auch von Physiklehrkräften nach Fortbildungen unterrichtet wird).

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Vom Klassenzimmer zur ISS – Programmieren mit Mikrocontrollern (Calliope mini und Raspberry Pi) auf der Erde und im All

Der Workshop gibt einen Überblick über die Anwendungsmöglichkeiten des Calliope mini im Schulunterricht und einen Einblick in die Programmierung. Es soll gezeigt werden wie man mit dem Simulator des MakeCode Editors eigene Codes erstellen kann. Durch die graphische und objektorientierte Programmierung ist diese Programmiersprache auch später für Schüler*innen schnell und leicht anwendbar. Die Lehrkraftfortbildung stellt auch konkrete Unterrichtskonzepte und Arbeitsblätter für den Calliope mini vor, die den Schüler*innen einen einfachen Zugang zu Technik & Programmierung erlauben. Darüber hinaus wird im Rahmen des Workshops das deutsche Bildungsbüro der ESA (ESERO Germany) einen kurzen Einblick in die verschiedenen ESERO Unterrichtsmaterialien geben und insbesondere auf die Schüler*innenwettbewerbe mit Calliope mini und für Fortgeschrittene mit Raspberry Pi auf der Internationalen Raumstation (ISS) eingehen.

Die vorgestellten Unterrichtseinheiten können im Physikunterricht im Zusammenhang mit Weltraumfragestellungen eingesetzt werden oder in den Fächern Erdkunde und Informatik.