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

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)


Teilchenphysik im Unterricht? Eine Herausforderung

Warum Teilchenphysik?

Randbedingungen

Möglichkeiten und Materialien

EU-weite Initiativen: Discover the Cosmos

Ausblick


1. TeilWarum Teilchenphysik?

…und nun?


1a) Teilchenphysik … warum überhaupt?

Grundlagenforschung als Kulturgut:

• ErkenntnisgewinnErforschung grundlegender Fragen nach Entstehung und Aufbau der Welt (Urknall, Bausteine, Kräfte, Kosmologie)

Wichtige „Nebenwirkungen“:

• Anstoß für Entwicklung neuer Technologien


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


Breites Interesse für Teilchenphysik ist in der Öffentlichkeit vorhanden!

1b) Teilchenphysik … warum …. ?


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


2. TeilRandbedingungen


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


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


3. TeilMöglichkeiten

Angebote für Schüler, Lehrer und Multiplikatoren von:

- Netzwerk Teilchenwelt

- International Masterclasses

- CERN – Teacher ProgramMaterialienRessourcen

http://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2001/www/The%20World%20of%20Particles/The%20World%20of%20Particles.ppt

http://atlas.ch/multimedia/


3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik

Teilprojekt vom Netzwerk Teilchenwelt (2010 - 2012)

Manuela Kuhar / Fabian Kuger , Uni Würzburg

Kontakt: [email protected]

Zielgruppen:- Lehrkräfte, - Jugendliche, - Nachwuchswissenschaftler (Masterclass-Betreuer)

Ziele: - Praxisorientierte, flexibel einsetzbare Materialien- Unterstützen Vor- und Nachbereitung von Masterclasses im Unterricht


„Teilchen-Steckbriefe“ Schüler systematisieren Materie- und Austauschteilchen eigenständig mithilfe von Symbolen

Vorschau verfügbar



• Anleitung zum Bau einer einfachen Nebelkammer siehe Workshop am Donnerstag

Vorschau verfügbar



Material zum Thema "Wechselwirkungen"Schüler systematisieren die Wechselwirkungen und wenden ihr Wissen auf alltägliche Situationen an

Material zum ATLAS-DetektorFilm als Gruppenpuzzle (4 Detektorkomponenten 4 Gruppen)

Entwurf verfügbar




Weitere Materialien für Lehrkräfte und JugendlicheThemen: Geschichte und Entwicklung der Teilchenphysik(Theorie ↔ Experiment), experimentelle Methoden

FAQ, Glossar

In Planung



3b) Weitere Ressourcen

Linksammlung: www.teilchenwelt.de/material

Sortiert nach Materialart: • Unterrichtsmaterialien, • Lesestoff online, Bücher,

Zeitschriften, • Experimente, • Videos, • Spiele, • Aktuelles …

http://www.teilchenwelt.de/material



Portal der Internationalen Masterclasses : www.physicsmasterclasses.org

Termine

Masterclass-Messungen:- Alice- Atlas- CMS …

Hilfs-Material



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



CERN-Seiten

Z.B.: cms.web.cern.ch

Forschungsergebnisse, Ziele

Detektor

Multimedia …

Project Physicsteaching

Experimente zur Teilchenphysik

Spiele, Videos, Präsentationen

… siehe auch: www.atlas.ch/multimedia

http://cms.web.cern.ch/

http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/index.htm

http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/index.htm

http://www.atlas.ch/multimedia/



Internetbasierte reale Experimente: rcl.physik.uni-kl.de



microcosm.web.cern.ch/microcosm/LHCGame mocern.dmt.fh-joanneum.at

The World of Particle

Dark Matters Video

Kollisions-Animationen LHC-Rap

… und vieles mehr!

http://microcosm.web.cern.ch/microcosm/LHCGame




http://mocern.dmt.fh-joanneum.at/







http://vimeo.com/22956103




http://www.youtube.com/watch?v=7VshToyoGl8




http://www.youtube.com/watch?v=7VshToyoGl8


4. TeilInitiativen 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


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

Discover the Cosmose-Science-Infrastrukturen für Faszination im

naturwissenschaftlichen Unterricht

1.9.2011 - 30.8.2013Förderung durch das 7. EU-Rahmen-Programm

15 Partner: CERN, TUD, IASA, IAP, LBL, …


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


4b) EU-Projekt „Discover the Cosmos“Bereits vorhandene Materialien und Ressourcen:

e-Science-Anwendungen Physik und Astronomie, Portale Indigo

Weitere werden folgen: www.discoverthecosmos.eu

http://www.discoverthecosmos.eu/


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)


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 …


4c) „Discover the Cosmos“ am IKTP (TU Dresden)

E-Science in Secondary Schools Future Challenges Report

• Erfahrungen mit E-Science-Toolsund 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!


5. TeilAusblick

Wir wollen:

• Unterricht, der begeistert

• Wissen über aktuelle Forschung vermitteln

• Akzeptanz von Forschung

• Nachwuchs für Wissenschaft

• Weltoffenheit


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


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


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


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


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

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