Werner Hartmann
Beispiele zum Einsatz des Internets
Bringt das Internet im Fachunterricht einen Nutzen oder handelt es sich nur um eine Modeerscheinung? Konkrete Beispiele zum Einsatz illustrieren die neuen Möglichkeiten. Die Beispiele stehen stellvertretend für viele vergleichbare Anwendungen in den verschiedenen Fächern.
Im Vordergund steht der Einsatz in der Unterrichtsvorbereitung, bei selbständigen Projekten, in der Stunde (z.B. für Demonstrationen) und für vorbereitete Lerneinheiten. Bei allen Beispielen wird ganz bewusst auf eine Bewertung verzichtet. Es gibt zu viele Bewertungskriterien (Didaktische Qualität, inhaltliche Aspekte, Netzbelastung, notwendige Ressourcen, etc.). Mindestens inhaltlich kann jede Lehrerin und jeder Lehrer selber abschätzen, ob ein Beispiel im eigenen Unterricht umsetzbar ist.
Das Internet wird möglicherweise dazu führen, dass es in Zukunft weniger Lehrmittel im traditionellen Sinne geben wird. Lehrerinnen und Lehrer können sich mit Internet und eigenem Computer die Lehrmittel genau nach ihren Wünschen zusammenstellen (publishing on demand, customized retrieval) Dies ist jedoch noch Zukunftsmusik. Doch schon heute leistet das Internet gute Dienste bei der Unterrichtsvorbereitung. Für gewisse Fächer stehen komplette Unterrichtseinheiten auf dem Internet zur Verfügung. Ein Lehrer oder eine Lehrerin kann so zu einem Spezialthema eine Unterrichtseinheit übernehmen und muss sie nicht selber neu entwickeln. In dieselbe Kategorie gehört auch der Bezug von Programmen für den Einsatz im Unterricht oder auch zur Weitergabe an die Schülerinnen und Schüler zum selbständigen Lernen. Als Beispiel frei beziehbarer Unterrichtsmaterialien wird hier auf Leitprogramme hingewiesen, die an der ETHZ in verschiedenen Fachbereichen entwickelt wurden. Auf EducETH (http://educeth.ethz.ch/) stehen verschiedene Leitprogramme als frei beziehbare Unterrichtseinheiten zur Verfügung. Im Bereich Mathematik / Informatik können "Wer Schulden macht, muss rechnen können (ca. 60 Seiten, 6-10 Lektionen)" und "Rekursives Progammieren (ca. 80 Seiten, 15-20 Lektionen)" gratis heruntergeladen und als Kopiervorlagen für den Unterricht verwendet werden.
Neben dem Bezug von Unterrichtsmaterialien bietet das Internet auch ein gute Quelle für den Bezug von Unterrichtssoftware. Als Beispiel sei eine Mathematiklehrerin angeführt, die in ihrem Unterricht das numerische Verfahren der Newton-Iteration behandelt. Die Lehrerin möchte gerne das chaotische Verhalten und die Struktur der auftretenden Attraktoren mittels einer Computeranimation illustrieren. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, selber eine solche Animation zu schreiben. Der Programmieraufwand würde aber in keinem Verhältnis zum Nutzen stehen, werden doch solche Animationen meistens nur für kurze Sequenzen im Unterricht eingesetzt. Deshalb hat unsere Lehrerin auf dem Internet Ausschau gehalten. Von früher her weiss sie, dass sich unter http://archives.math.utk.edu/ ein ganzes Verzeichnis von Unterrichtsmaterialien zur Mathematik findet. Unter der Rubrik Software findet sich das folgende Verzeichnis:
Cabri Demo programs Linear Algebra
Calculus Logic
College Algebra Miscellaneous
Differential Equations Modern Algebra
Discrete Math Number Theory
Elementary Education Numerical Analysis
Fractals Precalculus
.................. .....................
Unter dem Eintrag Fractals stösst die Lehrerin auf das Programm 1-D-ChaosExplorer. Dieses Progamm erfüllt genau die Anforderungen und ist so einfach zu bedienen, dass die Lehrerin gerade beschliesst, die Klasse selber am Computer experimentieren zu lassen.
Auch in selbständigen Projekten der Schüler und Schülerinnen stellt heute das Internet eine wichtige Informationsquelle dar. Für diesen Internet-Einsatz müssen die Schüler Internet-Zugang haben; entweder einzelne Arbeitsplätze in der Bibliothek oder in einem Computerraum mit Internet-Anschluss. Zudem müssen den Schülerinnen und Schülern die Grundsätze der Informationsbeschaffung auf dem Internet bekannt sein, damit sie das Internet effizient einsetzen können. Das folgende Beispiel stammt aus einer Projektwoche. Eine Gruppe von Schülerinnen und Schülern hat den Auftrag erhalten, sich mit physikalischen Fragen rund um den Regenbogen auseinanderzusetzen. Wie entsteht der Regenbogen? Warum ist der Regenbogen rund? Welche Bewandtnis hat der Nebenregenbogen auf sich? Eine naive Suche nach dem Stichwort "rainbow" auf der Suchmaschine AltaVista lieferte Ende 1996 ein Verzeichnis von 375'791 Dokumenten. Das nur die wenigsten dieser Dokumente mit dem Informationsbedürfnis der Schüler und Schülerinnen zu tun haben, liegt auf der Hand. Die Suchmaschine Lycos liefert auf dieselbe Anfrage immerhin nur 9058 Verweise und teilt mit, dass bei der Suche 60'434'860 Dokumente berücksichtigt wurden. Diese Zahlen zeigen sehr schön die Problematik der vorhandenen Datenflut und die Notwendigkeit, gute und sinnvolle Fragestellungen zu formulieren. So liefert auf Lycos die gleichzeitige Suche nach den Stichworten "rainbow" und "geometry" auf Anhieb äusserst interessante Verweise: 1.Interactive Application: Rainbow Lab , 2.The University of Minnesota Calculus Initiative, 3. What's New on the Geometry Center Web, 4. A Gallery of Interactive On-Line Geometry , 5.Math Forum Internet Collection. Auf diesen Servern findet sich eine Fülle von Informationen zur Physik des Regenbogens: Interaktive Simulationen zur Lichtbrechung bei Wassertropfen, ganze Unterrichtseinheiten zum Thema, weiterführende Literaturangaben usw. Ein idealer Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen. In einer "normalen" Bibliothek hätte sich die Suche wohl wesentlich aufwendiger und weniger ergiebig gestaltet.
Im Rahmen von selbständigen Arbeiten tritt oft auch das Bedürfnis auf, Kontakt mit Experten in einem bestimmten Bereich aufzunehmen. Über das Internet ist dieser Kontakt sehr informell möglich. Die meisten Personen freuen sich über E-Mail und beantworten sie auch freundlich. Ausgenommen sind höchstens vielbeschäftige Menschen, an die auch über andere Kommunikationskanäle kaum heranzukommen ist. Eine Klasse beschäftigte sich im Mathematikunterricht mit einem wissenschaftlichen Artikel über die imaginäre Zahl i. Dabei traten einige Fragen auf. Was lag näher als den Autor um Rat zu fragen? Die Klasse schickte folgende E-Mail an Prof. Strang am MIT:
Dear Prof. Strang
We are a class at the Swiss "Kantonsschule" (~17 years old). At the moment we are reading your article "A chaotic Search for i" from the College Mathematics Journal. We would like to know more about it. We have a few questions:
1. How did you come up with this idea?
2. Why did you choose this topic of Newton iteration, if you normally do advanced research?
3. Have you worked more on the structure of the cycles for any length k?
4. Could you recommend another article or a book on this topic?
Thank you very much for your time, and we await your reply.
The class 1aR
Und tatsächlich kam auch bald eine Antwort:
I was very pleased to receive the message from class 1aR in Baden. The idea of looking at Newton's method for x^2 + 1 = 0 was "in the air". Other authors have been close to this too. My recommendation is a book by R. Devaney "A First Course in Chaotic Dynamical Systems" Addision-Wesley Reading MA (and also in Europe).
The cycle structure is probably understood but I didn't develop it myself. Deveny is in the math dept Boston 02215 bob@math.bu.edu
His work is terrific.
Very best regards, Gilbert Strang.
Das folgende Beispiel zeigt eine Anfrage über News. Eine Schülerin und ein Schüler haben sich im letzten Jahr mit einer eher ungewöhnlichen Frage beschäftigt. Nachdem der Physiklehrer auch nicht weiterhelfen konnte, beschlossen die beiden, ihr Problem den Leserinnen und Lesern einer News-Gruppe zu unterbreiten. Die Anfrage wurde ganz gezielt in nur eine News-Gruppe geschickt.
Newsgroups: sci.physics.computational.fluid-dynamics
Subject: Spilling of softdrink cans
We are two 19 year old students at the Kantonsschule Baden in Switzerland and plan a science project concerning the 'not spilling of shaked softdrink aluminum cans'. As we all know, softdrink cans spill if you open them as normal right after shaking. Now, to avoid the spilling of such a can I remember a trick I learned in the US: We shake a softdrink aluminum can (12 oz., mostly Coca Cola) for about a minute. Then we put it on a table, holding it with one hand and tap on the top of the can with the forefinger of the other hand. We do that only once but with quite some force and exactly on the prefixed opening spot. Immediately after knocking on the can, we open the can with the same hand exactly the way everybody does...and await the result. By doing this, about 40% of the cans we tested didn't spill at all, another 40% spilled a lot less than cans we didn't knock on as well as the last 20%. This result of our experimental research leads us to a lot of questions:
1. What is the phenomena behind the not spilling of 'tapped' cans?
2. Why does it not always work?
3. Is there any clear physical theory that states this phenomena?
4. Furthermore we would like to know if you think it would be possible to program a computer simulation of this phenomena; stating the facts and animate the experiment?
For any information and hints we thank you already in advance!
Stephanie Rosa & Stefan Haas, Kantonsschule Baden
Innert wenigen Tagen nachdem die Anfrage veröffentlicht war, erhalten die beiden allerlei Informationen. Während einige Antworten eher humoristischer Art sind, gibt es auch ernsthafte Reaktionen und zwei Leute setzen sich mit der Schülerin und dem Schüler direkt per email in Verbindung. Die folgende E-Mail ist ein Beispiel:
Subject: Re: Spilling of softdrink cans
I have heard about this trick too. There was a difference however. The way I learned it, it was good enough to tap the can on the side. The explanation that I was offered goes something like this: As you shake the can, CO_2 will leave the liquid and a) bubble up and join the gases above the liquid, b) stick to the walls of the can as small bubbles. When the can is opened the bubbles on the walls will expand a lot and force a substantial amount of liquid out of the can.
By tapping the sides, the bubbles at the walls are knocked loose and can rise to the surface. The elevated pressure will not go down, but as the can is opened the pressurized gases can rush out without pushing liquid in front of itself.
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I should add that I have never tried the trick myself and that I would be interested in hearing about what you find out about it.
One overly ambitious source of info:
Christopher E. Brennen. Cavitation and bubble dynamics. Oxford University Press 1995, ISBN 0-19-509409-3
It deals mostly with cavitation, but talks about growth of bubbles in liquids that contain dissolved gases also. Don't buy it, taking a quick look at it at your local library will do.
Yours .......
Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden
Mit diesen neuen Informationen und Literaturangaben machen sich die beiden nun ans Werk. Erst die Tatsache, dass sie bei weiteren Fragen auf die Unterstützung von Fachleuten zählen können, ermöglicht es, dieses Projekt mit doch eher ungewissem Ausgang in Angriff zu nehmen.
Die angeführten Beispiele zeigen nur einen kleinen Teil des Spektrums der Möglichkeiten. Von Fach zu Fach werden Anwendung und Einsatz des Internets verschieden ausfallen und erst mit ausreichend Erfahrung wird man Aufwand und Ertrag richtig optimieren können.