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U.EDU assoziierte Projekte
SUSmobil

Befähigung und Begleitung von Schülern zur Durchführung von Umweltstudien mit Smartphone und mobiler Messtechnik – Bewertung von Luftqualität und Abgasen durch Erfassung umwelt- und gesundheitsrelevanter Schadstoffe

Im Jahr 2012 waren gut 60.000 Todesfälle in Deutschland und mehr als eine halbe Million in der EU auf Luftverschmutzung zurückzuführen, gleichzeitig wurde der Klimawandel in den letzten Jahren immer deutlicher. Trotz aller Anstrengungen zur Reduzierung stellen damit Schadstoffemissionen nach wie vor eines der größten Umweltprobleme dar. Das persönliche Handeln wird aber trotzdem noch nicht in ausreichendem Ausmaß nachhaltig gestaltet, auch weil Feedback für Umweltbelastungen, z. B. durch unmittelbare Erfassung, fehlt. Systemische Risiken wie Luftverschmutzung und Treibhausgasemission bleiben von den Menschen unbemerkt, weil unsere Sinne solche Einwirkungen oder deren absolutes Ausmaß zum Zeitpunkt der Exposition nicht wahrnehmen bzw. erfassen können. Im Rahmen dieses Projektes sollen daher neue Methoden und Instrumente der Kommunikation, des Lernens, des Dialogs und der Beteiligung entwickelt werden, die primär auf Kinder und Jugendliche sowie auf Schulen als Multiplikatoren und Vermittler zielen.

Dies soll realisiert werden, indem zunächst moderne Methoden der Umweltmesstechnik, insbesondere auf Basis von Smartphones/Tablets verknüpft mit aktuellen Sensorlösungen, Schülern nahegebracht und diese anschließend zur Entwicklung eigener Fragestellungen und Durchführung von Studien im Bereich der Umweltmesstechnik angeregt werden. Die Methoden sollen in Schülerlaboren in enger Zusammenarbeit zwischen Fachwissenschaftlern, Fachdidaktikern und Lehrkräften entwickelt und erprobt sowie schließlich über Schülerforschungszentren und Einbettung in den Schulunterricht einem größeren Kreis zugänglich gemacht werden. Durch die Verbindung von formellen Lernanlässen in Schülerlaboren und informellen Lernanregungen außerhalb dieser Einrichtungen kann ein Mobile Assisted Seamless Learning initiiert werden, wodurch die Initiierung von „Citizen Science“-Ansätzen ermöglicht wird. Arrondiert werden die fachdidaktisch fundierte, auf BNE bezogene Entwicklung der Bildungsmodule und ihre dauerhafte Etablierung durch eine empirische Begleitforschung zu Wirksamkeit und Reichweite der entwickelten Angebote.

Die im Projekt entwickelten Schülerexperimente und Schülerumweltstudien werden nach Ende der Förderlaufzeit dauerhaft bei den drei beteiligten Partnern im Schülerlaborbetrieb, im Schülerforschungszentrum sowie für Schulprojekte etabliert, d. h. die Bildungsmodule sind regional für alle Schulen zugänglich. Ergänzend werden Lehrerfortbildungen in Zusammenarbeit mit den Landesinstituten etabliert, die den Lehrkräften die notwendigen Grundlagen näherbringen und aufzeigen, wie diese Module in den Unterricht eingebunden werden können. Schließlich werden Unterlagen und Schulungen für eine Übertragung der Bildungsmodule an andere Nutzer entwickelt und beispielhaft erprobt; nach Abschluss des Projektes werden diese auch interessierten Dritten zur Verfügung gestellt.

 

Förderer: DBU

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Lehrerfortbildung:  Smartphone-Photometer

Hervorgegangen aus einem auf Schülerlernen ausgerichteten Projekt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) findet das hier vorgestellte Projekt nun eine Fortsetzung als Lehrerfortbildung, angegliedert an das Projekt „U.EDU - Medienbildung entlang der Lehrerbildungskettte“ aus der Qualitätsoffensive Lehrerbildung, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Im Projekt „Smartphone-Experimente“ wird das Handy als Experimentiergegenstand vorgestellt. Da inzwischen mehr als 90 % der Jugendlichen in Deutschland ein Smartphone besitzen knüpft das Projekt direkt an die Lebenswirklichkeit der Schülerinnen und Schüler an.

Das Projekt vermittelt Lehrern, wie die internen Sensoren genutzt werden, um physikalische Daten zu erfassen und mit zusätzlichen Apps auszulesen. An der Technischen Universität Kaiserslautern wurde ein Testsystem für Schwermetallkontaminationen speziell entwickelt, getestet und evaluiert. Mit diesen Sensoren und Messsystemen werden qualitative und quantitative Experimente ermöglicht. Dadurch können Smartphones als kleine, transportable, mobile Messlabore zum Experimentieren im naturwissenschaftlichen Unterricht und speziell in der Umweltbildung eingesetzt werden. Gleichzeitig können sie unübersichtliche und kostspielige Versuchsapparaturen ersetzen. Daraus ergibt sich ein großes Potenzial für ihren Einsatz in der Umweltbildung.

Förderer: DBU, MWWK

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Lehrerfortbildung: Prozesstechnik

Die Bioverfahrenstechnik stellt mit der kontinuierlich zunehmenden Bedeutung der Nachwachsenden Rohstoffe und einer nachhaltigen Energiever

sorgung viele Potentiale für den Prozess des Rohstoffwandels in Gesellschaft und Industrie offen. Jedoch werden neben diesen technischen Möglichkeiten sowohl gesellschaftliche als auch vielfältige bildungs-technische Herausforderungen auf die gegenwärtige und kommende Generationen zukommen. Hier bietet die gymnasia

le Sekundarstufe II ausgezeichnete Bedingungen, um bestehende Inhalte des aktuellen Lehrplans, wie z. B. die Biokatalyse, mit moderner Verfahrenstechnik zu verknüpfen. Aus dieser Motivation heraus wurde das vorliegende Konzept „Prozesstechnik ‑ Vom Gen zum technischen Produkt“ an der TU Kaiserslautern in vorangegangenen Projekten (gefördert durch das Land Rheinland-Pfalz und die Deutsche Bundesstiftung Umwelt) erarbeitet. In der nun im Kontext von U.EDU fortgeführten Lehrerfortbildung „Prozesstechnik“ wird den Teilnehmerinnen und Teilnehmern nach einer theoretischen Einführung in das vielseitige Themenfeld der Bioverfahrenstechnik die Möglichkeit entlang kleiner Laborexperimente geboten die wissenschaftliche Methoden und Prinzipien im Kontext alltäglicher Anwendungen nachzuvollziehen.

Förderer: DBU, MWWK

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Spin+Education

SPIN+Education ist ein Projekt des Sonderforschungsbereichs SPIN+X, der seit 01.01.2016 an der TU Kaiserslautern und der JGU Mainz besteht. In einer interdisziplinären Zusammenarbeit von PhysikerInnen, ChemikerInnen und IngenieurInnen werden verschiedene Aspekte von Spin-Phänomenen untersucht. Obwohl die technologischen Anwendungen von Magnetismus und Spin-Phänomenen unseren Alltag stark verändert hat, beispielsweise in Form von Datenspeichern, Sensoren in Fahrzeugen oder bildgebenden Verfahren in der Medizin, ist das zugrundeliegende Forschungsfeld in der allgemeinen Öffentlichkeit kaum bekannt. Magnetismus wird außerdem oft als eher abstraktes Konzept angesehen und sowohl bei Schülern, als auch teilweise bei Lehrern bestehen Fehlvorstellungen zu den physikalischen Grundlagen. Um mehr kompetente und motivierte SchülerInnen dazu zu bewegen, Physik als Leistungsfach in der Schule bzw. als Studienfach an der Universität, speziell mit Schwerpunkt Magnetismus und Spin-Phänomene zu wählen, sollen Experimentiermodule für SchülerInnenlabore konzipiert werden. Diese sollen dann sowohl im iPhysicsLab an der TU Kaiserslautern, als auch im NatLab in Mainz, sowie in der Aus- und Fortbildung von Lehrkräften eingesetzt werden. Gegenstand dieser Module ist  z.B. die Untersuchung der magnetischen Wirkung stromdurchflossener Leiter um ein vertieftes Verständnis zu erzeugen, dass Magnetismus auf Spin basiert. Dazu erfolgen auch die Nutzung von Smartphones bzw. Tablets als mobile Mini-Labore zur Messung magnetischer Feldstärke.

Förderer: DFG

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Be-greifen - Begreifbare, interaktive Experimente: Praxis und Theorie im MINT-Studium verbinden

In den MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technikwissenschaften) herrscht ein großer Bedarf an Fachkräften. Hinzu kommt, dass gerade hier die Quote der Studienabbrüche besonders hoch ist. Daher ist es notwendig, junge Menschen langfristig für ein MINT-Studium zu begeistern und komplexe Lernstoffe möglichst anschaulich darzubieten. Hier setzt das Projekt „Be-greifen“ an: Theoretische Grundlagen naturwissenschaftlicher Experimente sollen mit neuen Interaktionsformen erfahrbar und begreifbar gemacht werden. Ziel des Projekts sind innovative Interaktionsmethoden durch die Integration digitaler Informationen in die reale Welt. Mit Hilfe von interaktiven Experimenten sollen physikalische Zusammenhänge für Lernende in der universitären MINT-Ausbildung besser verständlich gemacht werden. Physikalische Grundlagen der Mechanik und Thermodynamik, wie beispielsweise die Schwingungseigenschaften eines Fadenpendels sollen in Echtzeit interaktiv erforschbar sein. Dabei erfolgt eine dynamische Anpassung der Interaktion an den Wissensstand, eine direkte Rückspiegelung des Lernfortschritts sowie eine adaptive Anpassung des Systems auf Basis der Interaktion der Lernenden mit dem System. Im Projekt werden anfassbare, manipulierbare Objekte („Tangibles“) mit Technologien zur erweiterten Realität („Augmented Reality“) kombiniert, um intuitive Nutzerschnittstellen umzusetzen. Mit Hilfe dieser interaktiven Experimente wird es möglich, den Lernprozess im MINT-Studium aktiv zu unterstützen und Lernenden theoretische Inhalte der Physik praktisch zu veranschaulichen.

Förderer: DFG

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VorleXung - Verbindung von Vorlesung und Übung in Physik durch eXperimentbezogene Videoanalyseaufgaben

Eine Ursache für die große Anzahl an Studienabbrechern im Fach Physik wird vor allem darin gesehen, dass anspruchsvolle, theoriestarke Vorlesungen wenig mit den begleitenden experimentalphysikalischen Übungen verknüpft sind. Um eine inhaltliche Verbindung zwischen Vorlesung und Übungen zu erleichtern, werden im Vorhaben experimentbezogene Videoanalyse-Aufgaben eingesetzt. Die Studierenden nutzen dazu digitale Medien um Experimente selbst durchzuführen, aufzuzeichnen und auszuwerten. Hierdurch sollen in der Vorlesung eingeführte physikalische Inhalte, welche von den Studierenden passiv rezipiert wurden, aktiv und mit höherer Verarbeitungstiefe zum Lösen physikalischer Probleme verwendet werden. Eine geplante Studie wird die Lernerfolge in Vergleichsgruppen mit und ohne den Einsatz videobasierter Aufgaben untersuchen.

Förderer: BMBF

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gLabAssist - Smartglasses als Assistenzsystem für natur- und ingenieurwissenschaftliche Hochschullaborpraktika

Physikalische Laborpraktika sind in natur- und ingenieurswissenschaftlichen Studiengängen wesentliche Elemente. Um in den Laborpraktika den Studierenden einen leichten Zugriff auf komplexe physikalische Vorgänge beim realen Experimentieren zu ermöglichen, sollen in dem Projekt gLabAssist Datenbrillen – sogenannte SmartGlasses – eingesetzt und in ihrer Wirksamkeit analysiert werden. Ziel ist es, eine Verschmelzung physischer Realität mit einer verständlichen digitalen Aufbereitung zu erreichen und die Lernwirkung physikalischer Laborpraktika deutlich zu verbessern. Dabei sollen die Nutzungspotenziale der Verbindung von Experiment und seiner digitalen Aufbereitung erforscht werden.

Förderer: BMBF

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iNature - Experimentelle Umweltbildungsangebote in Schülerlaboren unter Entwicklung und Verwendung neuer Smartphone-Experimente

Durch den Einsatz von Smartphone und Tablet-PC kann eine Verbindung zwischen den im Alltag auftretenden Umwelteinflüssen wie Kernkraft, Lärmbelastung, Luft- und Wasserverschmutzung und der zeit- und ortsunabhängigen Erfassung dieser „unsichtbaren“  Einflüssen hergestellt werden, da unsere menschlichen Sinne solche Einwirkungen nicht wahrnehmen bzw. erfassen können. Ein Großteil der Jugendlichen in Deutschland nutzen einen Tablet-PC oder ein Smartphone. Diese Geräte gehören zum alltäglichen Werkzeug und stehen zeit- und ortsunabhängig

zur Verfügung. Sie können vielfältig als kleine, transportable, mobile Messlabore zum Experimentieren im naturwissenschaftlichen Unterricht und speziell in der Umweltbildung eingesetzt werden. Diese Alltagsmedien sind mit vielen internen Sensoren ausgestattet. Die mit den Sensoren erfassten Daten lassen sich auslesen, was sowohl qualitative als auch quantitative Experimente ermöglicht. Sie können somit unübersichtliche Versuchsapparaturen ersetzen, sind den Lernenden aus ihrem Alltag gut bekannt und es besteht eine hohe Vertrautheit mit ihrer Bedienung. Diese Erfahrungen kann das Umweltbewusstsein und speziell die

experimentelle Untersuchung aktueller Umweltthemen auch im Rahmen forschend-lernender Ansätze genutzt und gefördert werden. Daraus ergibt sich ein großes Potenzial für den Einsatz neuer digitaler Medien in der Umweltbildung – speziell im Blick auf Jugendliche, die Naturerfahrungen aus eigenen Stücken nicht anstreben würden. Neben der Entwicklung neuer Lehrkonzepte im Bereich Umweltbildung stellt die Lehrerfort- und Lehramtsausbildung ein zweites bisher noch offenes Handlungsfeld dar. Erst wenn Lehrkräfte als Multiplikatoren zur Umsetzung und Vermittlung von Umweltthemen qualifiziert sind, können sie auch im eigenen Unterricht diese Konzepte entsprechend einsetzen.

In diesem Projekt werden schulbezogene Smartphone-Experimente zur Umweltbildung für alle Klassenstufen der Sekundarstufen entwickelt und sowohl in Lehreraus-, fort- und -weiterbildung als auch für Schülerinnen und Schüler aufbereitet.

Förderer: DBU

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