CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 Teilchenphysik im Unterricht? Eine Herausforderung (Nicht nur für Lehrer) Netzwerk Teilchenwelt Workshop für Lehrkräfte.

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1 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 Teilchenphysik im Unterricht? Eine Herausforderung (Nicht nur für Lehrer) Netzwerk Teilchenwelt Workshop für Lehrkräfte CERN, 3. April 2012 Michael Rockstroh (Institut für Kern- und Teilchenphysik, TU Dresden)

2 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 Teilchenphysik im Unterricht? Eine Herausforderung  Warum Teilchenphysik?  Randbedingungen  Möglichkeiten und Materialien  EU-weite Initiativen: Discover the Cosmos  Ausblick

3 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 1. Teil Warum Teilchenphysik? …und nun?

4 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 1a) Teilchenphysik … warum überhaupt? Grundlagenforschung als Kulturgut: Erkenntnisgewinn Erforschung grundlegender Fragen nach Entstehung und Aufbau der Welt (Urknall, Bausteine, Kräfte, Kosmologie) Wichtige „Nebenwirkungen“: Anstoß für Entwicklung neuer Technologien

5 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 1b) Teilchenphysik … warum für Schüler? Begeisterung und Interesse an grundlegenden Fragestellungen Erlebnis Forschung, authentische Erfahrungen  wie arbeiten Wissenschaftler?  direkter, persönlicher Kontakt  Kommunikation und Zusammenarbeit Was ist „Wissen“?  Erforschung des nicht direkt Erfassbaren  Modelle, Vorhersagen und Experimente Die Idee dahinter  vereinheitlichende Prinzipien in der Physik  Symmetrien und Kräfte  Zusammenwirken von Kosmologie und Elementarteilchenphysik

6 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 Breites Interesse für Teilchenphysik ist in der Öffentlichkeit vorhanden! 1b) Teilchenphysik … warum …. ?

7 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 1c) Teilchenphysik … für alle! Scientific Literacy - naturwissenschaftliche Grundbildung Moderne Physik = Teil unseres Weltbilds Solide Basis an Fachinformation  Fähigkeit zum Einordnen z.B. CERN - zwischen Faszination und Skepsis: Wir brauchen: Akzeptanz von Forschung Nachwuchs für Wissenschaft Weltoffenheit

8 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 2. Teil Randbedingungen

9 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 2a) Verankerung im Lehrplan Nicht aufgeführt: Brandenburg, Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen, NRW, Saarland Fakultativ: Berlin, Hessen, Rheinland-Pfalz, Schleswig-Holstein Obligatorisch: Baden-Württemberg, Bayern, Bremen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Thüringen

10 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 2b) Immer wieder Neuland Eine intensive Einbeziehung aktueller Forschung in den Unterricht ist nicht selbstverständlich und eine Herausforderung:  Immer neue Themen und Arbeitsmittel  Änderungen erfolgen immer schneller und grundlegender  Wissensexpeditionen, teilweise gemeinsam mit Schülern  Einbeziehung externer Meister  Unterrichten auf unsicherem Boden

11 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3. Teil Möglichkeiten Angebote für Schüler, Lehrer und Multiplikatoren von: - Netzwerk Teilchenwelt - International Masterclasses - CERN – Teacher Program  Materialien  Ressourcen

12 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik Teilprojekt vom Netzwerk Teilchenwelt (2010 - 2012)  Manuela Kuhar / Fabian Kuger, Uni Würzburg Kontakt: mkuhar@physik.uni-wuerzburg.de Zielgruppen: - Lehrkräfte, - Jugendliche, - Nachwuchswissenschaftler (Masterclass-Betreuer) Ziele: - Praxisorientierte, flexibel einsetzbare Materialien - Unterstützen Vor- und Nachbereitung von Masterclasses im Unterricht

13 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012  „Teilchen-Steckbriefe“ Schüler systematisieren Materie- und Austauschteilchen eigenständig mithilfe von Symbolen  Vorschau verfügbar 3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik

14 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 Anleitung zum Bau einer einfachen Nebelkammer  siehe Workshop am Donnerstag  Vorschau verfügbar 3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik

15 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012  Material zum Thema "Wechselwirkungen" Schüler systematisieren die Wechselwirkungen und wenden ihr Wissen auf alltägliche Situationen an  Material zum ATLAS-Detektor Film als Gruppenpuzzle (4 Detektorkomponenten  4 Gruppen)  Entwurf verfügbar 3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik

16 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012  Weitere Materialien für Lehrkräfte und Jugendliche Themen: Geschichte und Entwicklung der Teilchenphysik (Theorie ↔ Experiment), experimentelle Methoden  FAQ, Glossar  In Planung 3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik

17 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3b) Weitere Ressourcen Linksammlung: www.teilchenwelt.de/materialwww.teilchenwelt.de/material Sortiert nach Materialart: Unterrichtsmaterialien, Lesestoff online, Bücher, Zeitschriften, Experimente, Videos, Spiele, Aktuelles …

18 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3b) Weitere Ressourcen Portal der Internationalen Masterclasses : www.physicsmasterclasses.org  Termine  Masterclass- Messungen: - Alice - Atlas - CMS …  Hilfs-Material

19 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3b) Weitere Ressourcen Offizielle deutsche Seite über den LHC: www.weltmaschine.de  Artikel über LHC und CERN: Detektoren, Physik, Sicherheit am LHC  Ask an Expert  Mobile Ausstellung: Termine, Standorte

20 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3b) Weitere Ressourcen CERN-Seiten Z.B.: cms.web.cern.chcms.web.cern.ch  Forschungsergebnisse, Ziele  Detektor  Multimedia … Project Physicsteaching  Experimente zur Teilchenphysik  Spiele, Videos, Präsentationen … siehe auch: www.atlas.ch/multimediawww.atlas.ch/multimedia

21 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3b) Weitere Ressourcen Internetbasierte reale Experimente: rcl.physik.uni-kl.de

22 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 3b) Weitere Ressourcen microcosm.web.cern.ch/microcosm/LHCGamemocern.dmt.fh-joanneum.at The World of Particle Dark Matters Video Kollisions-AnimationenLHC-Rap … und vieles mehr!

23 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4. Teil Initiativen für die Zukunft PISA (2000/3/6/9), Rocard-Bericht (2007), …. Handlungsbedarf: MINT-Nachwuchs, - Grundwissen und Akzeptanz  6. und 7. EU-Rahmenprogramm  POLLEN, SINUS, PARSEL, Fibonacchi, Pathway, Establish, Profiles … und seit 2011: Discover the Cosmos

24 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4a) Strategien für naturwissenschaftliche Bildung [Rocard et al] Pädagogik: Forschend-entdeckendes Lernen zur Erhaltung und Entwicklung der natürlichen Neugier unserer Schüler (IBSE) Früher Kontakt zur Wissenschaft & zu Wissenschaftlern Einbeziehung naturwissenschaftlicher Inhalte, Methoden, Konzepte Weiterbildung in Naturwissenschaften, Didaktik Entwicklung und Bereitstellung von Lernszenarien, Materialien Unterstützung durch Partner aus Wissenschaft und Industrie, Netzwerke mit Lehrern, Schülern und allen beteiligten Partnern  Ermittlung und Verbreitung von Best Practices: International Masterclasses, Netzwerk Teilchenwelt

25 Discover the Cosmos e-Science-Infrastrukturen für Faszination im naturwissenschaftlichen Unterricht 1.9.2011 - 30.8.2013 Förderung durch das 7. EU-Rahmen-Programm 15 Partner: CERN, TUD, IASA, IAP, LBL, …

26 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4b) EU-Projekt „Discover the Cosmos“ -E-Science-Initiativen mit Kontakt zu großen Forschungsinfrastrukturen -Langjährige Erfahrungen mit Hands-on-Aktivitäten Teilchenphysik: CERN, TUD, IASA, UB, LBNL LHC, Atlas, CMS Minerva, Hypatia, Amelia Learning with ATLAS@CERN Astronomie (HoU): IAP, UoC, UoG, UCM, NUCLIO, LJMU, UCAM Gaia, Faulkes – und Liverpool-Teleskop SalsaJ, LTImage, „Sun for all“ Discovery Space, COSMOS… sowie EA, BMUKK, SV

27 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4b) EU-Projekt „Discover the Cosmos“ Bereits vorhandene Materialien und Ressourcen: e-Science-Anwendungen Physik und Astronomie, Portale  Indigo Weitere werden folgen: www.discoverthecosmos.euwww.discoverthecosmos.eu

28 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4b) EU-Projekt „Discover the Cosmos“ Zielstellungen: Zusammenführung dieser Initiativen Entwicklung einer gemeinsamen Methodik Entwicklung und Durchführung von großmaßstäbigen Vermittlungsaktivitäten im Bildungsbereich Demonstrationen in Masterclasses, Sommerschulen, Wettbewerben, Science Festivals, Weiterbildungen Evaluation Herausgabe von Anleitungen und Empfehlungen (Good Practice Guides)

29 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4c) „Discover the Cosmos“ am IKTP (TU Dresden) Unterstützung und Weiterverbreitung der laufenden Aktivitäten: International Masterclasses Netzwerk Teilchenwelt Neu: Teilchenphysik-Stammtisch für aktive LehrerInnen ab 24.3. 2012 - Experimente, Materialien, Ideen - Ausprobieren, Austauschen, Nachnutzen - Geräte-Pool - Treffen aller 8 Wochen - Vorbild: QuarkNet (USA) Sie können mitmachen - Sie können uns auch helfen …

30 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 4c) „Discover the Cosmos“ am IKTP (TU Dresden) E-Science in Secondary Schools Future Challenges Report Erfahrungen mit E-Science-Tools und Forschen-Entdeckendem Lernen Welche IT-basierten Lerntechniken? Wie wichtig und wie wirksam ist die Zusammenarbeit Forschung und Schule? Wie wird e-Science z.Z. eingesetzt – und wie wünschen Sie es in Zukunft?  Online-Fragebogen: Mittwoch am Ende der Masterclass – Danke!

31 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 5. Teil Ausblick Wir wollen: Unterricht, der begeistert Wissen über aktuelle Forschung vermitteln Akzeptanz von Forschung Nachwuchs für Wissenschaft Weltoffenheit

32 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 5a) Spielräume für Teilchenphysik im Unterricht Anknüpfungspunkte für Teilchenphysik - Beispiele aus den Lehrplänen: Aufbau der Materie Energieerhaltung Elektrisches + magnetisches Feld, Kräfte auf stromdurchflossene Leiter bzw. freie Ladungen, Bewegung geladener Teilchen Relativitätstheorie Biophysik Quantenphysik Astrophysik

33 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 5a) Spielräume für Teilchenphysik im Unterricht Besondere Lernformate (ohne curriculare Vorgaben) Portfolioarbeit Betriebspraktikum Facharbeit 5. Prüfungsleistung Profil-Klasse Differenzierungskurs Naturwissenschaften Projektkurse Naturwissenschaften MINT-Schule BeLL

34 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 5b) Methodische Weiterentwicklung …  Forschend-entdeckender Unterricht (s. Discover the Cosmos) Individuelle Lehr- und Lernstrategien eigenständige Zugänge zu Wissen problemlösungs- und verständnisorientiert Lernstrategien und Lernprozesse mittels konkreter Inhalte Erhält Neugier und Motivation  FEL / IBSE und Naturwissenschaft sind wesensverwandt

35 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 5c) Paradigmenwechsel im naturwissenschaftlichen Unterricht Weniger ist mehr: nicht mehr alles ist lehrbar Kompetenz- und Methodenorientierung Vermittlung fundamentale Prinzipien Aktualität des vermittelten Stoffes Mitwirkung aller Beteiligten erforderlich: Lehrer, Lehrausbilder, Lehrplangestalter, Politiker, Wissenschaftler, Wissenschaftskommunikatoren, Schülerlaborleiter, Eltern, Schüler

36 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 Vielen Dank! & bis heute Abend: 20:00 – 21:30 Diskussionsrunde/Nachbesprechung: Was von dem Gehörten ist umsetzbar – und wie? -Eigene Ideen, Anregungen -Unsicherheiten, Zweifel -Erfahrungen 60-6-015 - Room Georges Charpak (Room F) – optional

37 Definition Inquiry [Linn, Davis, Bell 2004] zielgerichteter Vorgang zur 1.Problemdiagnose* für die 2.kritische Betrachtung von Experimenten und 3.Unterscheidung von Alternativen*, 4.für Planung von Untersuchungen*, 5.Aufstellen von Vermutungen, 6.Suche nach Informationen 7.Aufbau von Modellen 8.Diskussionen mit Kollegen 9.Formulierung kohärenter Argumente D (?): alles im Lehrplan, nur 3(*) Prüfungskriterium [ESTABLISH] !! Begriff, Zeit, Ausbildung, Ressourcen

38 CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012 E-Science electronic Science oder "enhanced Science” kollaborative Forschung auf Basis umfassender digitaler Infrastruktur (Ressourcen, Werkzeuge) technologischer Aspekt (Virtualisierung von Hardware) sozialer und wissenschaftspolitischer Aspekt (kooperative Forschung, Wiederverwendbarkeit von Daten, Interoperabilität digitaler Werkzeuge)  Wissensmanagement (Wissensvernetzung), Open Access, e-Learning und Grid-Computing