Fernunterricht mit interaktiven Simulationen

Fernunterricht mit interaktiven Simulationen löst die größte Schwäche von Online-Stunden in den Naturwissenschaften: Die Lernenden schauen zu, statt selbst zu handeln. Eine Videokonferenz gibt Ihnen einen Bildschirm und ein Chatfenster. Ein Simulationslink macht daraus ein Experiment, das jede Person auf dem eigenen Gerät durchführen kann, zu Hause, ohne Ausstattung und ohne Konto. Dieser Leitfaden behandelt beide Arten von Fernunterricht. In einer Live-Stunde geben Sie Ihren Bildschirm frei, posten einen Link im Chat und führen mit der ganzen Klasse einen Zyklus aus Vorhersagen, Beobachten und Erklären durch. In einer asynchronen Stunde bearbeiten die Lernenden eine Aufgabe in ihrer eigenen Zeit. Sie erhalten für beide einen Ablauf Schritt für Schritt, zwei vollständige Beispiele mit den Werten, die die Simulationen liefern, und die Probleme, auf die Sie sich einstellen sollten, wenn Sie keinen Bildschirm sehen.

Was sich ändert, wenn die Lernenden zu Hause sind

Im Klassenzimmer gehen Sie herum, werfen einen Blick auf die Bildschirme und hören, welche Gruppe nicht weiterkommt. Online fällt all das weg. Planen Sie vier Unterschiede ein:

• Sie sehen nicht, was die Lernenden tun. Sie brauchen eine Möglichkeit, ihr Denken zu sehen, nicht nur ihre Gesichter. Ein Fragenset am Link erfüllt diese Aufgabe.
• Die Aufmerksamkeit lässt schneller nach. Zehn Minuten auf Ihren freigegebenen Bildschirm zu schauen, sind lang. Geben Sie die Steuerung früh an die Lernenden ab.
• Die Geräte sind verschieden. Manche nehmen einen Laptop, manche ein Smartphone, manche den gemeinsamen Familiencomputer. Die Simulation läuft auf allen im Browser, aber ein Smartphone-Bildschirm ist klein.
• Nicht alle sind zur gleichen Zeit da. Zeitzonen, gemeinsam genutzte Geräte und schwache Verbindungen führen dazu, dass manche die Aufgabe immer später erledigen. Jede Live-Stunde braucht eine asynchrone Version.

Was Sie brauchen

• Ein Videokonferenz-Tool, das den Bildschirm freigeben kann und einen Chat hat. Jedes gängige reicht, denn Sie nutzen nur diese beiden Funktionen.
• Einen Simulic-Freigabelink pro Klasse. Die Lernenden öffnen ihn im Browser; sie brauchen kein Konto, und Schülerseiten setzen keine Cookies.
• Ein Fragenset am Link, damit die Antworten zu Ihnen zurückkommen. Der kostenlose Tarif sammelt 100 Schülerantworten pro Monat über alle Ihre Links hinweg.
• Für asynchrones Arbeiten Ihren gewohnten Kanal: einen Beitrag in der Lernplattform, eine E-Mail an die Klasse oder eine Einbettung auf Ihrer Kursseite. Die Anleitung zum Einbetten in Lernplattformen nennt die Schritte für jede Plattform.

Eine Live-Stunde im Fernunterricht, Schritt für Schritt

Dieser Ablauf dauert 25 bis 35 Minuten und funktioniert mit jeder Simulation.

Vor der Stunde

1. Öffnen Sie die Simulation, klicken Sie auf Teilen, stellen Sie die Startwerte ein und erstellen Sie unter Neuer Link einen Link für die Klasse.
2. Erstellen Sie auf dem Tab Fragen ein Set mit ein oder zwei Vorhersagefragen und zwei oder drei Fragen, die nach dem Experiment beantwortet werden. Schreiben Sie die Aufgabe in Anleitung für Schüler, denn niemand merkt sich, was Sie in der Konferenz gesagt haben.
3. Klicken Sie auf der Linkkarte auf Präsentieren. Der Link öffnet sich in einem neuen Tab im Präsentationsmodus. Halten Sie diesen Tab bereit.

Während der Stunde

1. Geben Sie den Tab im Präsentationsmodus frei. Der Präsentationsmodus zeigt die Simulation ohne die Fragen, sodass Ihr Bildschirm nicht mit der Vorhersagesperre überladen ist, die die Lernenden sehen werden.
2. Zeigen Sie den Aufbau, ohne zu starten. Nennen Sie jeden Regler und seinen Wert. Was die Lernenden nicht verstehen, können sie nicht vorhersagen.
3. Posten Sie den Spiel-Link im Chat. Lernende am Smartphone können den Code auch von Ihrem Laptop-Bildschirm abscannen, wenn Sie QR-Code zeigen wählen.
4. Alle legen eine Vorhersage fest. Die Lernenden geben einen Vornamen oder Spitznamen ein, beantworten die Vorhersage, und die Simulation wird freigeschaltet. Warten Sie, bis die meisten geantwortet haben. Auf der Seite „Teilen“ zeigt Antworten ansehen, wer abgegeben hat; laden Sie sie neu, um neue Zeilen zu sehen.
5. Starten Sie sie einmal auf Ihrem freigegebenen Bildschirm und fordern Sie dann die Lernenden auf, sie auf ihren eigenen Geräten zu starten.
6. Sammeln Sie die Ergebnisse im Chat. Bitten Sie alle, eine Zahl einzufügen. Mit dreißig Zahlen im Chat sieht die Klasse ein Muster, das keine einzelne Person erkennen könnte.
7. Diskutieren Sie, und lassen Sie dann die Nachher-Fragen des Sets beantworten. Lesen Sie die Prozentwerte ab, bevor Sie die Konferenz beenden.

Kameras aus? Das macht nichts. Die Vorhersage und die Zahlen im Chat zeigen Ihnen, wer mitdenkt.

Live-Beispiel: radioaktiver Zerfall mit den Daten der ganzen Klasse

Diese 30-minütige Stunde passt zu Lernenden von 15 bis 18 Jahren. Sie nutzt die Simulation zum radioaktiven Zerfall. Rote Kerne zerfallen zufällig zu grauen, und ein Diagramm trägt die Anzahl der verbleibenden Kerne gegen die theoretische Kurve N = N₀·2^(−t/T) auf.

Am Link festlegen: Anfangszahl der Kerne N₀ = 200, Halbwertszeit T = 4 s, Tempo 1×, theoretische Kurve eingeblendet.

Fragenset:

1. Vorhersage, Multiple Choice, nachher noch einmal gestellt: „Wie viele der 200 Kerne sind nach 12 Sekunden übrig?“ Optionen: 0 / 25 / 50 / 100. Antwort: 25. Zwölf Sekunden sind drei Halbwertszeiten: 200 → 100 → 50 → 25. Viele wählen 0, weil sie meinen, drei Halbwertszeiten „verbrauchen“ die Probe.
2. Zahl, Bewertung Bereich: „Ziehe im Diagramm bis t = 12 s. Wie viele Kerne waren in deiner Simulation noch übrig?“ Akzeptieren Sie 16 bis 34. Jeder Durchlauf ist zufällig, und etwa 96 % der Durchläufe liegen in diesem Bereich.
3. Zahl: „Wie groß ist die Zerfallskonstante λ, die die Simulation anzeigt?“ Antwort: 0,173, Toleranz ± 0,002, Einheit s⁻¹ (λ = ln2/T = 0,693/4).
4. Kurzantwort: „Deine Zahl bei 12 s war wahrscheinlich nicht genau 25. Warum nicht?“

Durchführung:

• Geben Sie den Präsentations-Tab frei und lassen Sie einen Zerfall ablaufen. Zeigen Sie auf die blaue Marke der Aktivitätsanzeige: Zu Beginn steht sie bei λN = 34,7 Zerfällen pro Sekunde und sinkt mit N.
• Die Lernenden starten ihre eigenen Kopien, lesen N bei 12 s ab und fügen die Zahl in den Chat ein. Rechnen Sie mit Werten von den hohen Zehnern bis zu den niedrigen Dreißigern.
• Fragen Sie: „Wessen Simulation ist falsch?“ Keine. Jeder Kern hat pro Sekunde dieselbe Zerfallswahrscheinlichkeit, deshalb streuen kleine Proben. Der Mittelwert der Zahlen der Klasse liegt nahe bei 25, und das ist der Punkt: Die Halbwertszeit beschreibt große Mengen von Kernen, nicht einzelne.
• Vertiefung: Ändern Sie T in den Startwerten unter der Simulation auf 8 s und sagen Sie die Zahl der Kerne bei 12 s voraus. Die Theorie ergibt etwa 71, denn 12 s sind jetzt nur noch anderthalb Halbwertszeiten.

Die Musterantwort auf Frage 4: „Der Zerfall ist zufällig. 25 ist der Erwartungswert; eine Probe von 200 Kernen streut darum herum.“

Asynchroner Fernunterricht

Eine asynchrone Aufgabe muss ohne Sie funktionieren. Die Lernenden können nicht fragen: „Welcher Regler?“, also müssen Link und Set jede Frage im Voraus beantworten.

• Halten Sie sie bei 15–25 Minuten. Lange Aufgaben werden auf halber Strecke abgebrochen, und Sie sehen nur die Hälfte der Antworten.
• Legen Sie alles fest. Der Link öffnet genau den Bildschirm und die Werte, von denen die Aufgabe ausgeht.
• Schreiben Sie nummerierte Schritte in die Anleitung. Nennen Sie Schaltflächen so, wie die Simulation sie nennt.
• Nutzen Sie Zahlenfragen mit Toleranz, damit die Lernenden sofort Rückmeldung bekommen, ohne dass Sie eingreifen.
• Setzen Sie ein klares Ende. Klicken Sie nach der Frist auf der Seite „Teilen“ auf Link deaktivieren. Mit Pro können Sie stattdessen einen letzten Tag für den Link festlegen.
• Melden Sie sich innerhalb eines Tages zurück. Posten Sie den Anteil richtiger Antworten für jede Frage und eine häufige falsche Antwort mit kurzer Erklärung.

Der Leitfaden zu Hausaufgaben behandelt Aufgabengestaltung, Fristen und das Lesen der Ergebnisse ausführlich. Wenn die asynchrone Aufgabe die Lernenden auf eine Live-Stunde vorbereitet, nutzen Sie die Struktur aus dem Leitfaden zum Flipped Classroom: Vorhersagen zu Hause, Diskussion in der Konferenz.

Asynchrones Beispiel: die Wachstumskurve von Bakterien

Diese Aufgabe dauert etwa 20 Minuten und passt zu Lernenden von 14 bis 17 Jahren. Sie nutzt die Simulation zum Wachstum einer Bakterienpopulation: ein Kulturgefäß, ein Diagramm von log N gegen die Zeit und die vier Phasen, die beim Ablauf eingefärbt werden.

Am Link festlegen: Anfangszellzahl 100, Generationszeit 20 Minuten, Nährstoff 500 Einheiten, Anlaufphase 30 Minuten, statische Kultur. Bei der Standardgeschwindigkeit von 12 simulierten Minuten pro Sekunde läuft die ganze Kurve in weniger als einer Minute ab.

Anleitung für Schüler: „1. Beantworte die Vorhersage und sieh dir dann die Kurve an, ohne etwas zu berühren. 2. Notiere die größte Zellzahl (die Beschriftung über dem Gefäß) und den Zeitpunkt, an dem die Phase zu Absterben wechselt. 3. Ändere Anfangsnährstoff in den Startwerten unter der Simulation auf 1000, klicke auf Zurücksetzen und starte sie noch einmal. 4. Klicke auf Zurücksetzen, dann auf Kontinuierliche Kultur und beobachte, was geschieht.“

Fragenset:

1. Vorhersage, Multiple Choice, nachher noch einmal gestellt: „Wenn die Nahrung aufgebraucht ist, wird die Zahl der Bakterien …“ Optionen: langsamer weiterwachsen / gleich bleiben / sinken / wieder zu wachsen beginnen. Antwort: sinken. Die Absterbephase beginnt, sobald der Nährstoff verbraucht ist.
2. Zahl: „Wie groß ist die größte Population, die das Gefäß erreicht?“ Antwort: 0,49, Toleranz ± 0,02, Einheit Millionen Zellen.
3. Zahl: „Zu welchem Zeitpunkt etwa beginnt die Absterbephase?“ Antwort: 296, Toleranz ± 10, Einheit min.
4. Multiple Choice: „Bei 1000 Einheiten Nährstoff ist die größte Population …“ Optionen: etwa gleich groß / etwa doppelt so groß / etwa zehnmal so groß. Antwort: etwa doppelt so groß (etwa 0,98 Millionen). In diesem Modell ernährt jede Einheit Nährstoff 1000 Zellen.
5. Kurzantwort: „Was geschah in der kontinuierlichen Kultur mit der Absterbephase, und warum?“ Musterantwort: „Sie ist verschwunden. Es fließt ständig frischer Nährstoff zu und Nährlösung ab, sodass sich die Population knapp unter einer halben Million Zellen einpendelt, statt abzusterben.“

Nachbereitung am nächsten Tag: Zeigen Sie den Prozentwert für Frage 1 vorher und nachher. Die meisten Klassen wechseln von „gleich bleiben“ zu „sinken“. Stellen Sie dann eine Frage für die nächste Live-Stunde: „Warum nutzt das Diagramm log N statt N?“

Hybridstunden: ein Teil im Raum, ein Teil zu Hause

Wenn ein Teil der Klasse im Raum und ein Teil in der Konferenz ist, halten Sie eine Stunde für beide. Projizieren Sie den Tab im Präsentationsmodus im Raum und geben Sie denselben Tab in der Konferenz frei. Die Lernenden im Raum scannen den QR-Code; die zu Hause nutzen den Link im Chat. Beide Gruppen öffnen denselben Link, sodass ihre Antworten in einer Ergebnistabelle landen und Sie einen Satz Zahlen besprechen.

Geben Sie den Lernenden zu Hause eine Aufgabe, die sie sichtbar hält, etwa die ersten Werte laut vorzulesen oder die Zahlen der Klasse in eine gemeinsame Tabelle einzutragen. Sonst übernimmt der Raum, und die Konferenz verstummt.

Fernunterricht für alle fair gestalten

• Smartphones genügen für die meisten Simulationen. Ein einfacher Spiel-Link öffnet sich auf jedem Gerät im Vollbild. Aufgaben mit langen schriftlichen Antworten gehen am Laptop leichter, heben Sie diese also für Lernende auf, die einen haben.
• Keine Konten, keine Installation. Die Lernenden öffnen einen Link und tippen einen Spitznamen. Nichts herunterzuladen, kein Passwort zurückzusetzen, und es werden keine E-Mail-Adressen erfasst.
• Erfassen Sie nichts Persönliches. Fragen Sie nur nach Vorname oder Spitzname. Mit einer Regel wie „Vorname + Initiale“ ordnen Sie Antworten Ihrer Liste zu.
• Planen Sie für Lernende, die die Konferenz verpassen. Lassen Sie den Live-Link bis zum Ende des Tages offen, damit Abwesende dieselbe Aufgabe asynchron mit denselben Fragen erledigen können. Nutzen Sie Duplizieren, wenn Sie deren Antworten in einer eigenen Tabelle haben möchten.
• Sprachunterstützung. Jeder Link legt eine Sprache fest, sodass ein zweiter Link in der Herkunftssprache einer Person dasselbe Fragenset nutzen kann.

Fehler, die eine Simulationsstunde im Fernunterricht scheitern lassen

• Den ganzen Desktop freigeben. Geben Sie nur den Tab im Präsentationsmodus frei, nicht die Seite „Teilen“ oder Ihre E-Mails.
• Anweisungen vorlesen. Sie sind nach einer Minute vergessen. Schreiben Sie sie in das Anleitungsfeld und in den Chat.
• Alles selbst durchführen. Wenn die Lernenden nur Ihren Bildschirm anschauen, würde ein Video dasselbe leisten. Bringen Sie den Link in den ersten zehn Minuten in den Chat.
• Keine Möglichkeit, das Denken zu sehen. Ohne Fragenset oder Zahlen im Chat wissen Sie bis zur nächsten Arbeit nicht, wer es verstanden hat.
• Aufgaben, die Sie brauchen. Wenn eine asynchrone Aufgabe Fragen aufwirft, die Sie sonst sofort beantworten würden, ist die Anleitung noch nicht fertig.

Weitere Möglichkeiten, Simulationen in jeder Stunde einzusetzen, finden Sie unter interaktive Simulationen im Unterricht nutzen.

Häufige Fragen

Kann ich Simulationen in Zoom-, Google-Meet- oder Microsoft-Teams-Konferenzen nutzen?

Ja. Geben Sie Ihren Bildschirm mit der Simulation im Präsentationsmodus frei und fügen Sie den Spiel-Link in den Chat ein, damit die Lernenden ihn selbst öffnen können. Vom Videokonferenz-Tool brauchen Sie nichts weiter.

Müssen die Lernenden etwas installieren oder ein Konto anlegen?

Nein. Die Simulationen laufen im Browser auf Smartphones, Tablets, Chromebooks und Laptops. Die Lernenden öffnen den Link und tippen nur dann einen Spitznamen, wenn der Link Fragen hat.

Wie sehe ich die Antworten der Lernenden während einer Live-Stunde?

Öffnen Sie die Seite „Teilen“ und klicken Sie beim Klassenlink auf Antworten ansehen. Laden Sie sie neu, um neue Antworten zu sehen, sobald sie eintreffen.

Funktionieren Simulationen ohne Internetverbindung?

Nein. Die Lernenden müssen online sein, um den Link zu öffnen und ihre Antworten zu senden.

Sollte der Fernunterricht live oder asynchron sein?

Beides. Nutzen Sie Live-Stunden für Vorhersagen und Diskussion, und geben Sie jeder Live-Stunde eine asynchrone Version für Lernende, die nicht teilnehmen konnten.