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Projektvorschläge 2018


Gymnasium Altona: Auf dem Weg zu Robotern und künstlicher Intelligenz

Rahmenbedingungen– erste Schritte

In unserer modernen Gesellschaft spielt Technologie eine sehr große und zentrale Rolle. Durch die Erschwinglichkeit der Geräte und schnelle Internetverbindungen ist die Technik mittlerweile in jedem Winkel unseres Lebens vorgedrungen und es ist kein Ende abzusehen. Der kompetente Umgang mit diesen Technologien ist ein zentraler Schlüssel, um die eigenen Zukunftspläne erfolgreich zuverwirklichen.


Naturwissenschaften

Pilotprojekte- „Start in die nächste Generation“ und „Digitalisierung macht Schule“

Das Gymnasium Altona ist eine der sechs Pilotschulen, die an dem Projekt „Start in die nächste Generation“ teilnehmen. Durch ein sicheres schulisches WLAN und den Zugang zu diversen digitalen Lerninhalten sollen die umfangreichen technischen Möglichkeiten von heute ein selbstverständlicher Teil des Unterrichts werden. Ziel ist es, das Lernen durch überlegten und effizienten Umgang mit Dateien, Daten, Informationen und anderen Medien zu ergänzen und zu bereichern. Aus denselben Gründen haben die IT-Unternehmen Dataport, Capgemini und Microsoft ein Pilotprojekt „Digitalisierung macht Schule“ aufgelegt, in dem Schulen ein Ausrüstungsset für naturwissenschaftliche Experimente mit digitalen Daten erhalten. Auch diesen erprobt das Gymnasium Altona als eine der wenigen Hamburger Schulen. Dabei ist es unser Ziel die Schülerinnen und Schüler auf die Zukunft vorzubereiten und dazu gehört selbstverständlich auch der sichere Umgang mit digitalen Medien. Zu dem neuen Ausrüstungsset gehört ein sogenannter Nucleus-Koffer, der neben einem Minicomputer und einer IP-Kamera Sensoren für das Erfassen von Temperatur, Bewegung, Licht und Strom sowie Heizungsthermostate beinhaltet. Die erfassten Sensorendaten werden per Minicomputer in die von Microsoft und Dataport bereitgestellten Cloud hochgeladen, wo sie über ein von Capgemini entwickeltes Portal ausgewertet werden können. Der Inhalt des Koffers ist aber zunächst nur eine erste Grundausstattung. Zusammen mit der Erprobung des Sets geht man eine Partnerschaft mit Capgemini ein, die sich bereit erklären, auch weitere Sensoren nach Bedarf zu entwickeln. Mit diesen wäre z. B. physikalisches Kräftemessen, Messung der durch die Solarzellen gespeicherten Energie usw. möglich. Geplant sind außerdem Projekte, die das Umweltbewusstsein der Schülerinnen und Schüler wecken sollen, indem Ihnen der Energiebedarf für Heizung, elektrische Versorgung etc. der Schule z. B. an einem Schultag vor Augen geführt werden kann. Die Experimente, die mit den in dem Koffer enthaltenen Sensoren durchgeführt werden, ermöglichen es den Schülern moderne mediengestützte Experimente in den Fächern Biologie (z. B. zum Thema Photosynthese), Physik (z. B. im Bereich der Wärmelehre) und Natur und Technik (z. B. zum Thema Umwelt) durchzuführen.


Arbeit mit Sensoren

Zur Zeit besitzt das Gymnasium Altona lediglich einen solchen Nucleus-Koffer, der aufgrund der festen Installation des Raspberry Pie nur in einem Raum genutzt werden kann. Sinnvoll wäre aber eine Ausstattung aller naturwissenschaftlichen Räume damit, um die fächerübergreifenden Projekte und einen modernen Unterricht in allen Naturwissenschaften zu gewährleisten.

Auch Smartphones verfügen über eine Vielzahl von verschiedenen Sensoren wie Beschleunigungssensor, Magnetometer, Barometer usw. Ergänzt durch weitere Sensoren, können damit Messungen und Experimente durchgeführt werden, die sonst sehr viel Zeit- und Kostenaufwand bedeuten würden oder gar nicht umsetzbar wären. So können z. B.die Erdbeschleunigung oder die Zentrifugalbeschleunigung gemessen werden. Die Smartphone-App „Phyphox“ liefert die Messwerte in einer Wertetabelle und erstellt die zugehörigen Graphen, die dann an einem Computerbildschirm dargestellt und ausgewertet werden können. Die Experimente können von einem Webbrowser gesteuert werden. Das Experiment kann vom Computer aus kontrolliert werden und die Messdaten dort sofort heruntergeladen werden. Um die Auswertung aber durchführen zu können, ist eine Ausstattung mit Tablets oder Laptops nötig, die dem Gymnasium Altona zur Zeit noch fehlt.


Virtuelles Labor

Virtual Reallity Experimente (VRE) simulieren ausgewählte physikalische Versuche, die aufgrund von Gefahren durch z. B. Hochspannung oder wegen ihres Aufwands im Schulunterricht nicht (mehr) real durchgeführt werden, in einer dreidimensionalen, realitätsnahen und inhaltlich korrekten Darstellung. Die Software ist auf umfangreiche, einfache und intuitive Interaktionsmöglichkeiten und den Einsatz moderner Unterrichtsmedien, wie Tablets optimiert.

Die VRE werden zur Zeit von der Uni Mainz entwickelt und stehen demnächst zum Einsatz im Unterricht zu Verfügung. Seit März 2018 steht auch schon das erste Experiment aus dem Bereich Kernphysik zur Erprobung an Schulen zur Verfügung.

Auf eine ähnliche Art und Weise funktionieren auch die interaktiven Bildschirmexperimente (IBE). Sie ermöglichen ebenfalls das Experimentieren am Computerbildschirm. Diese Experimente bestehen aus einer fotographischen Repräsentation eines realen Experiments. Diese sind von der freien Universität Berlin, der Universität Kaiserslautern und der Universität Bayreuth entwickelt worden, stehen schon jetzt zur freien Verfügung und werden am Gymnasium Altona regelmäßig als Demonstrationsexperimente eingesetzt. Eine Ausstattung mit Tablets/Laptops würde den Schülerinnen und Schülern aktives Experimentieren mit Geräten, die für Schüler aus Sicherheitsgründen sonst nicht zugelassen sind, in einem virtuellen Labor ermöglichen.


Projektlernenmit agilen Methoden

Der digitale Transformationsprozess macht es erforderlich, dass Unternehmen „agil“ agieren. Ein Produkt auf den Markt zu bringen, dass im Vorfeld durchgeplant ist und keine Anpassungen bedarf, erscheint im rasanten Tempo der heutigen Zeit nichtmehr machbar. Anforderungen und Bedürfnisse ändern sich schnell. Konkurrenten kommen mit Innovationen auf den Markt und disruptieren diesen in einer nie dagewesenen Geschwindigkeit. Die Tatsache, dass die Planung von Projekten nachdem „Wasserfallprinzip“ an seine Grenzen stieß, erforderte ein methodisches Umdenken. Aus diesem heraus entstanden agile Methoden, die ein inkrementelles und iteratives Vorgehen veranschlagen. Scrum ist aktuell die bekannteste Methode, nach der Unternehmen arbeiten. Nebenbei sind auch das Kanban Board und sogenannte Daily Stand-ups zu nennen. Alle Methoden vereint, dass sie wichtige Werte verkörpern. Hierzu gehören z. B. Offenheit, Transparenz und damit einhergehend eine gelebte Kommunikation. Diese Methoden und Werte lassen sich in die Schule übertragen, sodass der Unterricht verändert werden kann.

Projektlernen ist eine Herausforderung! Wenn Schülerinnen und Schüler an einem selbstgewählten Thema mit persönlichem Sinn arbeiten, hat die Lehrerin oder der Lehrer die Aufgabe, sowohl inhaltlich als auch methodisch zu unterstützen. Stets auf der Höhe sein, Lernprozesse begleiten und Lernwege zusammen mit den Schülerinnen und Schülern zu planen und im Bedarfsfall zu korrigieren, sind anspruchsvolle Tätigkeit für alle Beteiligten.

Um Projektlernen im oben genannten Sinne zu ermöglichen, müssen Schülerinnen und Schüler Methoden und Werkzeuge an die Hand bekommen, um gesammelte Informationen festzuhalten, sie zu strukturieren sowie kollaborativ und transparent an diesen zu arbeiten. Agile Methoden können hierbei helfen. So können Projekte mit „Scrum“ organisiert werden. Dabei lernen die Schülerinnen und Schüler früh, ihren Lernprozess und ihre Lernwege in kleinen Schritten zu planen, Aufgaben zu priorisieren und diese verbindlich umzusetzen. Scrum als agile Methode hilft an dieser Stelle, reflexiv in kurzen Abständen über das Geleistete zu schauen und Konsequenzen zu ziehen. Gelebte, offene und transparente Kommunikation verändern die Haltung der Schülerinnen und Schüler zueinander, da sie lernen, miteinander zu arbeiten, zu lernen und sich gegenseitig zu helfen. Bei sogenannten Stand-Ups wird reflexiv über die vorherige Arbeitsphase geschaut und zusammen mit der Klasse Probleme besprochen. Im positiven Sinne lernen alle Schülerinnen und Schüler voneinander, wenn in Stand-Ups gute Ergebnisse geschildert werden.

Das Projektlernen in Kombination mit Web 2.0 hat ebenfalls eine Veränderung erfahren. War es noch vor Jahren inhaltlich stark orientiert an Inhalten in Büchern und Zeitschriften, ermöglicht Projektlernen heutzutage ein sinnstiftendes Lernen am eigenen Thema. Das Web 2.0 ist eine unendliche Quelle des Wissens und löst das Buch und den Lehrer als allwissendes Medium ab. Ein Beispiel hierfür sind ökologische Themen. Der Aufbau eines Ökosystems kann mit digitalen Medien vielfältig erarbeitet werden. Die Elbe, als ein Fluss in der Nähe der Schule in Altona, die Ostsee oder die Gebirgsketten der Anden sind mit digitalen Medien erreichbar. Zudem ermöglichen digitale Kommunikationsmittel das Kontaktieren von Experten, die gerne Rede und Antwort stehen und das Lernen voranbringen.

Projektlernen kann auch zeigen, dass sich das Interesse im persönlichen Lernen verschiebt, sich weitere Themengebiete erschließen und das Endprodukt (z. B. Blog, Lernvideo uvm.) somit angepasst werden muss. Zum einen ist das Erstellen und Anpassen von Lernprodukten mit digitalen Medien heute einfacher geworden. Zum anderen ermöglichen digitale Medien aber auch eine agile Didaktik, die Schülerinnenund Schüler in jeder Lage Flexibilität ermöglicht. Wenn Schülerinnen und Schüler mit eigenem Sinn und unter Bezugnahme des Internets an selbst gewählten Themen arbeiten, muss die Lehrerin und der Lehrer in seiner Didaktik agil agieren und situativ reagieren. Und an dieser Stelle wird die Bedeutung agiler Methoden deutlich: Zum einen ermöglichen es agile Methoden, iterativ vorzugehen und zum anderen bieten die Visualisierungsmöglichkeiten die Chance für Schülerinnen und Schüler aber auch besonders für die Lehrerin und den Lehrer, Lernprozesse transparent zu machen und so eine kurzfristigere Reflexion und evtl. Anpassung zu ermöglichen. So kann im Sinne einer agilen Didaktik situativ gesteuert werden.

Projektlernen neu zu denken, Experten in der ganzen Welt zu befragen und zurate ziehen und dabei agile Methoden zu verwenden, ist unablässig mit der Nutzung digitaler Medien verbunden.  Damit einher geht, dass Projektlernen im oben beschriebenen Sinn maßgeblich zur Förderung der Kompetenzen „Bildung in der digitalen Welt“ der KMK von 2016 beiträgt. Nicht wenige Kompetenzbereiche werden innerhalb eines Projekts angerissen und die Schülerinnen und Schüler haben die Möglichkeit, vielfältige Kompetenzen zu erwerben.

Ein weiterer wichtiger Punkt, der das Projektlernen mit digitalen Medien unterstützt, ist, dass Unternehmen heute mehr denn je, das Lernen nach Bedarf fordern.  Qualifizierte Arbeitskräfte zeichnet u.a. aus, dass sie in der Lage sind, sich selbständig Informationen zu erschließen und zu lernen, um das Gelernte im Sinn des Unternehmens einfließen zulassen.  Auch hierzu leistet das Projektlernen einen wichtigen Beitrag. Ohne digitale Geräte wäre dieses Projekt nicht durchführbar.


Augmented Reality

AR bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Am Gymnasium Altona besitzen wir „Virtuali Shirts", die mittels der App eine Sicht in das innere Organsystem ermöglichen. Die Schüler erhalten einen Einblick in die Lage, Größe, Funktion und Arbeitsweise ihres eigenen Organsystems. Die Shirts eignen sich zur Erkenntnisgewinnung aber auch um ausgehend von den Beobachtungen Fragen, die den eigenen Körper betreffen, zu entwicklen. So wurden die Shirts schon gewinnbringend mit dem Fach Sport (hier: Seitenstechen) verknüpft und fächerübergreifend genutzt.

Diese Shirts erlauben zudem die Entwicklung neuartiger Aufgabenstellungen nach dem SAMR-Modell.


Zur Umsetzung bzw. zum weiteren Ausbau unserer innovativen und zukunftsweisenden Projekt benötigen wir Tablets bzw. Laptops und mindestens einen weiteren Nucleus-Koffer mit weiteren Sensoren. Das Gymnasium Altona hat sich durch die Teilnahme an verschiedenen Projekten bereits auf den Weg zur digitalen Schule gemacht und möchte auch beispielhaft für andere Schulen, den Weg in die digitale Welt ebnen.

Durch eine Entwicklung des FiPS Projektes des Fachbereiches Physik der Universtität Kaiserslautern ist es seit kurzem möglich, ein- oder zweidimensionale interaktive Bildschirmexperimente der ersten Generation auch ohne die Anschaffung einer speziellen Software und ohne weitgehende Computerkenntnisse selbst zu erstellen. Dazu wird neben den fotografischen Aufnahmen des Experiments in seinen verschiedenen Zuständen nur ein kleines Java Applet, d.h. ein in eine Webseite eingebettetes, plattformunabhängiges Programm benötigt. Dieses "ISEViewer" genannte Applet wurde im Rahmen des FiPS Projektes entwickelt und steht der Allgemeinheit unter der URL
www.fernstudium-physik.de/software/iseviewer/documentation/
für den nicht kommerziellen Einsatz kostenlos zur Verfügung.


Religion

Die Wahrnehmung von Kirche erfolgt sowohl analog in der Gemeinde, in der man verwurzelt ist, als auch digital im Internet. Beide Formen sind inzwischen untrennbar miteinander verbunden, ergänzen und beeinflussen sich wechselseitig. Die mediale Wahrnehmung der Kirche spielt für das Bewusstsein der Zugehörigkeit zu ihr und die Verbundenheit mit ihr eine erhebliche Rolle. Die Zahl derjenigen evangelischen Christen, die nur über die Medien erreicht werden und dennoch treu zu ihrer Kirche stehen, wird in unserer globalisierten Welt immer größer.

Kirchenräume „haben eine Ausstrahlungskraft weit über die Gemeinden hinaus, denen sie gehören. Wer eine Kirche aufsucht, betritt einen Raum, der für eine andere Welt steht. [...] Kirchen sind Orte, die Sinn eröffnen können und zum Leben helfen können, der Gastfreundschaft und der Zuflucht, die Glauben symbolisieren, Erinnerungen wach halten, Zukunft denkbar werden lassen und Beziehungen ermöglichen: zu sich selbst und zu Gott.” Gleichzeitig sind Kirchenräume Medien der Gemeindebildung und Ressourcen individueller Lebensbegleitung und Sinnerschließung.

Die Gemeinden könnten durch eine attraktive und digitale Virtual Reallity (VR)-Kirchendarstellung eine höhere Reichweite, eine Öffnung gegenüber Interessierten, eine Inszenierung ihrer Gemeinde und deren Besonderheiten und die Möglichkeit zur aktiven Auseinandersetzung mit eigenem kulturellen Erbe erhalten.

Zur Umsetzung würden zuerst die Kirchen Hamburgs erschlossen und exemplarisch präsentiert, indem die Kirchen in VR abfotografiert und verbunden werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen Besonderheiten recherchieren oder mit Anekdoten in Videos und Audio-Clips erläutern. Die Videos/ Audioclips werden dann mit dem Rundgang verbunden.

Die didaktischen Ziele hinter dem Projekt sind zum einen, die Kirche als heilige, lebendige Räume zu begreifen, die durch Zeit und Glaube geprägt und verändert werden, und an denen die Schülerinnen und Schüler teilhaben und sich selbst und ihre Lebensgeschichte je nach ihrer Lebensphase einschreiben.  Zum anderen sollen mit dem Projekt die Kirchenräume mit SuS im Sinne der Kirchenraumpädagogik erschlossen werden sowie Zugänge zu Kirchenräumen für zukünftigen Religionsunterricht kompetenzorientiert und mediendidaktisch verantwortungsvoll eröffnet werden. Außerdem sollen die SuS lernen, die Kirchen als Kulturgüter wahrzunehmen, zu erschließen und für ein breites Publikum aufzubereiten bzw. für Schulen im Sinne des Konzepts kultureller Bildung zu erschließen.

Die Gemeinden würden in diesem Fall eine professionelle Unterstützung bei der Umsetzung dieses Vorhabens und den HTML-Code zur Einbettung der Präsentationen in ihre Homepage erhalten.

Zur Realisierung des Vorhabens gehen die Schülerinnen und Schüler für je einen Vormittag in die Kirche, um die Fotoaufnahmen zu machen. Die Kirchengemeinde stellt entweder einen Ortskundige/n für Infos oder kann eine Peer-to-Peer-Betreuung der Konfirmanden durch die Schüler erhalten. Zur digitalen Umsetzung werden 360°-Grad Rundgänge auf einer Kirchen-Homepage integriert werden. Ideal wäre eine Karte der Kirche, in die immer weiter hineingezoomt werden kann, ähnlich wie aroundme.com.  Denkbar ist aber auch eine Zusammenstellung in Kirchenkreisen oder eine Erschließung durch Schlagworte, die eine Vergleichbarkeit oder Traditionen herausstreichen. Dort können dann die Kirchen aufgerufen werden; in einem PopUp, besser in einer Lightbox, bekommt man den 360°-Rundgang. Alternativ kann sich ein neues Fenster öffnen, in dem der Rundgang zu finden (ThingLink) ist und dort auch die Informationen zum VisdP, Copyright usw. Dann muss es bei Klick auf die Kirche eine Voransicht und kurze Informationen zur Kirche geben. Als Grundlage für die 360°-Grad Touren dient „ThingLink“ in einer Premium (Schools + Districts) Version. So kann das Logo der Kirchengemeinde eingebunden werden.

Zur technischen Umsetzung werden mehrere schon genau dafür zusammengestellte Koffer benötigt, die jeweils:

· Eine 360°-Kamera,

· Materialien für die unterschiedlichen Arbeitsgruppen,

· ein Rechner mit vorgefertigten Formularen für die unterschiedlichen Layer,

· Formulare zu Datenrechten,

· 1 Handy,

· Cardboards

· (EinWLAN-Stick für den Notfall)


Zusammenfassung

Die hier aufgeführten Projekte aus den Berecihen Naturwissenschaften und Religion sollen ein fester Bestandteil des Unterrichts werden. Einige Bestandteile werden jetzt schon im Biologie-, Physikunterricht und Religionsunterricht erprobt. Aufgrund der mangelnden Ausstattung können die genannten Unterrichtsvorhaben bisher weitestgehend nur frontal und nur in einigen wenigen Testklassen vorgeführt werden. Das Ziel ist es aber, dass der Unterricht mit digitalen Medien schülerzentriert stattfinden kann. Die genannten Projekte sollen fest in die Curricula der Fächer Natur und Technik, Biologie, Physik und Religion integriert werden und damit nicht nur ein einzelnes Projekt für wenige Schüler darstellen, sondern ein fester Bestandteil der naturwissenschaftlichen und gesellschaftswissenschaftlichen Bildung in den Klassenstufen 6 bis 12 am Gymnasium Altona darstellen.

 


Hier können Schülerinnen und Schüler dieser Schule den Projektvorschlag kommentieren.
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