CERN - Workshop für Lehrkräfte 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)

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte Teil Warum Teilchenphysik? …und nun?

CERN - Workshop für Lehrkräfte a) 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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte c) 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

CERN - Workshop für Lehrkräfte Teil Randbedingungen

CERN - Workshop für Lehrkräfte a) 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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik Teilprojekt vom Netzwerk Teilchenwelt ( )  Manuela Kuhar / Fabian Kuger, Uni Würzburg Kontakt: Zielgruppen: - Lehrkräfte, - Jugendliche, - Nachwuchswissenschaftler (Masterclass-Betreuer) Ziele: - Praxisorientierte, flexibel einsetzbare Materialien - Unterstützen Vor- und Nachbereitung von Masterclasses im Unterricht

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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte  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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) Weitere Ressourcen Linksammlung: Sortiert nach Materialart: Unterrichtsmaterialien, Lesestoff online, Bücher, Zeitschriften, Experimente, Videos, Spiele, Aktuelles …

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) Weitere Ressourcen Portal der Internationalen Masterclasses :  Termine  Masterclass- Messungen: - Alice - Atlas - CMS …  Hilfs-Material

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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:

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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!

CERN - Workshop für Lehrkräfte 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

CERN - Workshop für Lehrkräfte a) 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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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 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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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)

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte c) „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!

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte a) 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

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte b) 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

CERN - Workshop für Lehrkräfte c) 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

CERN - Workshop für Lehrkräfte 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 Room Georges Charpak (Room F) – optional

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

CERN - Workshop für Lehrkräfte 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