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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)
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
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
1. TeilWarum Teilchenphysik?
…und nun?
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
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
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
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
Breites Interesse für Teilchenphysik ist in der Öffentlichkeit vorhanden!
1b) Teilchenphysik … warum …. ?
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
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2. TeilRandbedingungen
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
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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
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
3. TeilMöglichkeiten
Angebote für Schüler, Lehrer und Multiplikatoren von:
- Netzwerk Teilchenwelt
- International Masterclasses
- CERN – Teacher ProgramMaterialienRessourcen
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
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
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
„Teilchen-Steckbriefe“ Schüler systematisieren Materie- und Austauschteilchen eigenständig mithilfe von Symbolen
Vorschau verfügbar
3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
• Anleitung zum Bau einer einfachen Nebelkammer siehe Workshop am Donnerstag
Vorschau verfügbar
3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik
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-DetektorFilm als Gruppenpuzzle (4 Detektorkomponenten 4 Gruppen)
Entwurf verfügbar
3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik
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Weitere Materialien für Lehrkräfte und JugendlicheThemen: Geschichte und Entwicklung der Teilchenphysik(Theorie ↔ Experiment), experimentelle Methoden
FAQ, Glossar
In Planung
3a) Kontextmaterialien zur Teilchenphysik
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3b) Weitere Ressourcen
Linksammlung: www.teilchenwelt.de/material
Sortiert nach Materialart: • Unterrichtsmaterialien, • Lesestoff online, Bücher,
Zeitschriften, • Experimente, • Videos, • Spiele, • Aktuelles …
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3b) Weitere Ressourcen
Portal der Internationalen Masterclasses : www.physicsmasterclasses.org
Termine
Masterclass-Messungen:- Alice- Atlas- CMS …
Hilfs-Material
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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
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3b) Weitere Ressourcen
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
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3b) Weitere Ressourcen
Internetbasierte reale Experimente: rcl.physik.uni-kl.de
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3b) Weitere Ressourcen
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!
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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
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
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, …
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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
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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
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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)
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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 …
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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!
CERN - Workshop für Lehrkräfte 3.4.2012
5. TeilAusblick
Wir wollen:
• Unterricht, der begeistert
• Wissen über aktuelle Forschung vermitteln
• Akzeptanz von Forschung
• Nachwuchs für Wissenschaft
• Weltoffenheit
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
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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
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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
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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
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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