Projekt DigiPhysLab: Physik-Praktika in Pandemiezeiten

Projektziele

Laborarbeit ist ein wichtiger Teil des Physikstudiums, weil sie einerseits Verständnis vertieft und andererseits die Fähigkeiten der Studierenden zum kritischen Denken, zur Problemlösung und zur Beherrschung der Datenanalyse sowie zur Teamarbeit und zur Zusammenarbeit fördert.

Es gibt in der aktuellen Forschung einige Bedenken hinsichtlich des tatsächlichen Lernens in Physik-Praktika, denn anstatt aktive Laborerfahrungen zu schaffen, beinhalten viele Laboraufgaben kleinschrittige Anleitungen. Dies kann dazu führen, dass die Studierenden experimentelle Fertigkeiten nur auf niedrigem Niveau einüben. Als außerdem die COVID-19-Pandemie Europa heimsuchte, mussten die Physikfakultäten ihre Labore größtenteils schließen und die Laboraufgaben in einen Online- und Fernlernmodus umwandeln. Die Fakultäten mussten sich etwas einfallen lassen, um den Studierenden die Durchführung der Laborarbeiten zumindest in geringerem Umfang doch zu ermöglichen. Die Umstellung wurde in der Regel ad hoc vorgenommen und die Änderungen bestanden z. B. darin, den Studierenden vorgefertigte Datensätze zur Verfügung zu stellen oder von der Fakultät aufgezeichnete Videos über das Sammeln von Daten bereitzustellen. Die Verwendung von Daten aus zweiter Hand kann das eigentliche Experimentieren nur schwer ersetzen.

Daher besteht ein Bedarf an neuen digitalen Aufgaben für die Praktika, die notfalls auch von zu Hause aus durchgeführt werden können und möglichst authentische Laborarbeit darstellen. Durch den Einsatz von z.B. Smartphones als Experimentierwerkzeuge können Laborexperimente näher an die authentische Wissenschaft herangeführt werden. Die eingebauten Sensoren ermöglichen es den Studierenden, ihre eigenen Daten zu sammeln, Phänomene in ihrem täglichen Leben zu untersuchen und Datenanalysen mit ausreichender Genauigkeit für Lehrzwecke durchzuführen. Weitere Möglichkeiten der digitalen Technologie sind z.B. die Möglichkeit, Simulationen zu nutzen, um Daten von zu Hause aus zu sammeln.

Das DigiPhysLab-Projekt hat die folgenden praktischen Ziele:

Die Erstellung eines Frameworks, das die verschiedenen Arten und Möglichkeiten von digitalen Laboraufgaben für die Fernlehre skizziert. Dieser Rahmen wird durch eine Literaturübersicht über die Forschung zur Laborarbeit und durch das Studium der verschiedenen Laborarbeiten, die von den teilnehmenden Organisationen während des COVID-19-Zeitraums entwickelt wurden, erstellt. Das Framework zeigt auf, wie digitale Technologien genutzt werden können, um traditionelle Laboraufgaben für die Fernlehre umzugestalten.

Die Erstellung und Erforschung von 15 digitalen Physik-Laboraufgaben für die Fernlehre. Diese Aufgaben werden verschiedene Physik-Themen abdecken (Mechanik, Optik etc.) und Beispiele für qualitativ hochwertige Physik-Laboraufgaben liefern, die von verschiedenen Physik-Fakultäten implementiert werden können. Diese Aufgaben streben ein höheres Maß an Authentizität und Studentenaktivierung als traditionelle Laboraufgaben an, was sie nicht nur für Zeiten von Pandemien und erzwungener Fernlehre, sondern auch für die "normalen Zeiten" attraktiv macht.