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Science Lab(s)

Das Gesamtkonzept „Science Lab“ setzt sich zusammen aus vielen Einzel-Labs, die einander in ihrem Grundaufbau entsprechen: Auf Grundlage ihres theoretischen Vorwissens und bisheriger praktischer Erfahrungen planen, realisieren und evaluieren Lehramtsstudierende an außerschulischen Lernorten in einem didaktisch begleiteten Rahmen naturwissenschaftlich ausgerichtete Unterrichtsarrangements für Schüler*innen unterschiedlicher Schulformen und Jahrgangsstufen.

Neben dem verstärkten Einbezug digitaler Medien zur Unterrichtsgestaltung und zur didaktischen Aufbereitung von Lerninhalten liegt ein weiterer Fokus aller Science Labs auf einem bewusst gestalteten Umgang mit Heterogenität (Binnendifferenzierung) sowie einer interdisziplinären Ausrichtung.

Entwickelt, produziert und getestet von Studierenden in den Science Labs

Virtual Reality

Abbildung: Eine gemischte Gruppe aus Studierenden des Lehramtes Physik und Studierenden der Wirtschaftsinformatik erklären ihre erste Vorstellung zum Aufbau der Strömungssimulation, die auf den Erfahrungen mit dem Strömungskanal in der 1. Förderphase aufbaut. (Links im Bild: Dr. Paul Benölken vom VR Lab des Regionalen Rechenzentrums RRZK. Dritter von Links: Dipl.-Biol. Maik Schössow von den Science Labs der Zukunftsstrategie Lehrer*innenbildung.)

Zur Zeit finden fünf miteinander koordinierte Science-Labs-Lehrveranstaltungen statt, in denen die Erfahrungen mit dem Strömungskanal genutzt werden, um eine realitätsnahe Simulation der Unterwasserwelt des Rheins in Köln zu generieren:

  1. Ein Seminar „Entwickeln mit Game Engines“ im VR Lab des Regionalen Rechenzentrums der Universität zu Köln (RRZK), in dem Lehramtsstudierende zusammen mit Studierenden des Fach-Studiengangs Wirtschaftsinformatik eine Computersimulation der Strömungsverhältnisse im Rhein in der Nähe der Ökologischen Rheinstation anfertigen.
  2. Ein Seminar im Medienlabor der Physikdidaktik, in dem Lehramtsstudierende verschiedener Fächer im Dialog mit den Studierenden im RRZK schulbezogene Arbeits- und Informationsmaterialien für Schüler*innen und Lehrer*innen erstellen.
  3. Ein Design Thinking Seminar, in dem Studierende des Mercator-Instituts für Deutsch als Zweitsprache (DaZ) zusammen mit Lehramtsstudierenden der Mathematik- sowie Physikdidaktik Interviews mit Schüler*innen zu ihren Vorstellungen von den Strömungsverhältnissen im Rhein und ihrem Einfluss auf die Tierwelt erfassen und die Prototypen aus den Seminaren 1 und 2 in der Schulpraxis testen werden.
  4. Das Modul „Science Lab Rheinstation“ mit Studierenden im Master of Education für Gymnasien und Gesamtschulen sowie Berufskollegs mit Biologie als Fach, in dem die Studierenden die erstellte Simulation mit Schüler*innen auf der Rheinstation testen und reflektieren.
  5. Das Modul „Science Lab E-Teaching” mit Studierenden im Master of Education für Gymnasien und Gesamtschulen sowie Berufskollegs mit Biologie als Fach, welche die Simulation selbst testen, fachwissenschaftlich überprüfen und Verbesserungsvorschläge für Seminar 1 generieren.

Während des Werft-Aufenthaltes der Ökologischen Rheinstation wird durch den Umbau der ehemaligen Werkstatt ein neuer Raum entstehen – das „Holodeck“ – in dem die Simulation „Virtual Rhine Riverbed“ aufgestellt und im direkten Bezug zum räumlich nahen Strömungskanal genutzt werden soll.

Strömungskanal

Besondere Unterstützung erhalten wir durch die Joachim-Herz-Stiftung in Hamburg. Auf Grundlage der Erfolge der Zukunftsstrategie Lehrer*innenbildung und des bereits jetzt sichtbaren Projekterfolges haben wir eine Förderzusage für Sachmittel und WHK-Mittel für ein weiterführendes Projekt erhalten. Hierbei werden durch professionelle Computergrafiker*innen hochwertige Computermodelle – sogenannte Assets – von Tieren, Pflanzen und Bodenobjekten gefertigt, mit denen das Ergebnis der Studierenden aus den Science Labs Lehrveranstaltungen konkurrenzfähig zu modernen Computerspielen erscheinen. Damit sollen die von Studierenden in den Science Labs gefertigten Simulationen ihren Weg auf die Spielkonsolen der Jugendlichen finden und dort als Lernspiel (Serious Game) eingesetzt werden. Dies ist, vor allem hinsichtlich der Verbreitungsmöglichkeiten, ein erheblicher Mehrwert und Zugewinn für das Gesamtprojekt.

Windkanal

Eng verwandt mit der Umströmung von Körpern im Wasser ist die Umströmung von Körpern in Luft. Der Unterschied: Wasser sieht man, kann man fühlen und greifen und Kinder haben ein unbewusstes Verständnis davon, dass Wasser eine*n trägt – sei es statisch durch Schwimmen im Wasser oder dynamisch durch „surfen“ über der Wasseroberfläche.

Ganz anders sieht es mit Luft aus. Dass ein 100 Tonnen schweres Verkehrsflugzeug trotz seines hohen Gewichts in der Luft fliegen kann, ist intuitiv nicht verständlich. Dass das Flugzeug dabei in jeder Sekunde 500 Tonnen Luft nach unten drückt und damit dynamischen Auftrieb erzeugt, sieht man ihm im Gegensatz zum/r Wasserskifahrer*in oder Surfer*in auf der Welle nicht an. Dies erzeugt Unsicherheit, Unverständnis und letzten Endes manchmal damit sogar Angst vor dem Fliegen.

Auf der Ökologischen Rheinstation werden deshalb der Windkanal und der Strömungskanal im engen Zusammenspiel miteinander eingesetzt. In wissenschaftlichen Settings untersuchen wir, wie sich durch das Zusammenspiel ein vertieftes Verständnis von Auftrieb und Widerstand in unterschiedlichen Medien erarbeiten lässt.
Diese Kompetenzen sind nicht nur für das Verständnis von Transportmitteln wie Flugzeuge, Schiffe und Autos notwendig – kurzum alles, was sich durch Luft oder Wasser bewegt – sondern auch für die Entwicklungen von Anlagen der regenerativen Energiewandlung wie Windkraftanlagen, Pumpspeicherkraftwerke oder Gezeitenkraftwerke. Deswegen setzten wir einen zweiten Windkanal fortwährend im „MINT Makerspace“ ein. Schüler*innen entwickeln hier am Computer eigene Bauteile für leichtere, leisere und effiziente Windkraftanlagen, Autos, Wasserfahrzeuge und Flugzeuge, die im Wind- oder Strömungskanal erprobt werden.

Begleitend wird wissenschaftliches Testinstument (Flip-CoIn: https://zus.uni-koeln.de/flip-coin.html) eingesetzt, welches Lehrenden Rückmeldung über Lernzuwächse ihrer Lehrinterventionen gibt und fortwährend weiterentwickelt wird.

Veröffentlichungen