Flipped Classroom mit interaktiven Simulationen

Ein Flipped Classroom mit interaktiven Simulationen verlegt die erste Begegnung mit einer neuen Idee aus dem Unterricht heraus. Die Lernenden erkunden zu Hause, legen sich auf Vorhersagen fest und nehmen ein oder zwei Messungen vor. Sie lesen die Antworten vor dem Unterricht und verwenden die Stunde für den schwierigen Teil. Diese Anleitung zeigt Ihnen, wie Sie die Hausaufgabe gestalten, die Ergebnisse in zehn Minuten auswerten, die Lernenden nach dem gruppieren, was sie tatsächlich denken, und die anschließende Stunde durchführen. Sie enthält zwei vollständige Flipped-Stunden, eine in Mathematik und eine in Physik, mit den festzulegenden Einstellungen, den Fragen, den Antworten und dem Stundenablauf.

Warum eine Simulation für den Hausteil besser funktioniert als ein Video

Die meisten Flipped-Stunden schicken ein Video nach Hause. Ein Video lässt sich mit einem halben Auge ansehen, und es verrät Ihnen nichts darüber, was die Lernenden verstanden haben. Eine Simulation muss benutzt werden. Die Lernenden stellen Werte ein, lassen das Modell laufen und lesen Ergebnisse ab, sodass sie mit einer Erfahrung kommen, über die sie sprechen können.

Der größere Gewinn sind Belege. Trägt der Link für zu Hause ein Fragenset, wissen Sie vor der Stunde:

• wer die Aufgabe gemacht hat und wann;
• was jede Person vorhergesagt hat, bevor sie die Simulation berührte;
• ob sie danach ihre Meinung geändert hat;
• ob sie einen Wert richtig ablesen konnte.

Das genügt, um die Stunde um die Klasse zu planen, die Sie tatsächlich haben, und nicht um die, die Sie sich vorgestellt haben.

Seien Sie sich der Grenzen bewusst. Eine Simulation zeigt ein Muster. Sie erklärt es nicht, und die Hausaufgabe sollte das auch nicht versuchen. Erklärung, Fachbegriffe und schwierige Aufgaben bleiben im Unterricht, wo Sie auf das reagieren können, was die Lernenden sagen.

Was nach Hause geht und was im Unterricht bleibt

Teilen Sie die Arbeit danach auf, wofür Sie im Raum gebraucht werden.

Zu Hause (15–20 Minuten)	Im Unterricht (die ganze Stunde)
Das Phänomen kennenlernen	Es benennen und erklären
Sich auf zwei Vorhersagen festlegen	Besprechen, warum Vorhersagen falsch waren
Ein oder zwei Messwerte ablesen	Die Idee an schwierigeren Aufgaben anwenden
Aufschreiben, was aufgefallen ist	Üben, ein echtes Praktikum, eine Vertiefung

Die Faustregel: Zu Hause wird beobachtet, im Unterricht wird verstanden. Braucht eine Hausaufgabe einen ganzen Absatz Erklärung, bevor die Lernenden anfangen können, gehört sie in den Unterricht.

Die Hausaufgabe in fünf Schritten gestalten

1. Wählen Sie ein Muster, das die Lernenden in zehn Minuten finden können. „Der Zinseszins zieht den einfachen Zinsen davon“ funktioniert. „Alles über Folgen“ nicht.
2. Binden Sie den Link fest. Stellen Sie auf der Seite „Teilen“ der Simulation Bildschirm und Startwerte ein und erstellen Sie dann einen Link pro Klasse. Jede Person öffnet genau den Aufbau, den Sie geplant haben. Die Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Sammeln von Antworten führt durch jeden Bildschirm.
3. Stellen Sie zwei Vorhersagen und stellen Sie sie noch einmal. Stellen Sie zwei Fragen auf „Vorher, als Vorhersage“ und haken Sie „Nach der Simulation noch einmal fragen“ an. Die Simulation bleibt gesperrt, bis die Lernenden sich festgelegt haben, und die Ergebnisse zeigen die Spalten „Vorhersage“ und „Danach“ nebeneinander.
4. Fügen Sie ein oder zwei Zahlenfragen hinzu. Sie belegen, dass die Lernenden die Simulation durchgeführt und richtig abgelesen haben. Zahlen werden automatisch mit Ihrer Antwort und Toleranz verglichen.
5. Enden Sie mit einer „Beobachte“-Frage, nicht mit einer „Erkläre“-Frage. „Was ist dir am Abstand zwischen den Balken aufgefallen?“ bringt ehrliche Beobachtungen. „Erkläre, warum der Zinseszins schneller wächst“ bringt Antworten, die aus einer Suchmaschine kopiert sind.

Schreiben Sie die Schritte in die Anleitung für Schüler und ergänzen Sie eine Zeile für alle, die nicht weiterkommen: „Wenn dich etwas verwirrt, schreib es in die letzte Antwort. Das ist auch nützlich.“ Verwirrung, von der Sie wissen, ist mehr wert als eine leere Antwort.

Setzen Sie die Frist auf den Abend vor der Stunde, damit Sie die Antworten morgens lesen können. Die Anleitung zu Hausaufgaben behandelt Fristen, das Abschalten von Links und Lernende ohne Gerät zu Hause.

Die Ergebnisse vor der Stunde lesen

Zehn Minuten vor dem Unterricht genügen. Öffnen Sie die Seite „Teilen“ und klicken Sie beim Klassenlink auf Antworten ansehen.

1. Lesen Sie den Prozentsatz richtiger Antworten unter jeder Frage. Er verrät Ihnen, ob Sie Ihre geplante Einführung behalten oder gleich zum schwierigen Teil springen.
2. Vergleichen Sie für jede Person die Spalten Vorhersage und Danach. Teilen Sie die Klasse in drei Gruppen:
   • Gruppe A: vorher und nachher richtig. Sie sind bereit für die Vertiefung.
   • Gruppe B: vorher falsch, nachher richtig. Die Simulation hat ihre Meinung geändert. Sie können es anderen erklären, wodurch sich die Idee auch bei ihnen festigt.
   • Gruppe C: auch nachher noch falsch oder eine falsche Zahl. Sie brauchen Sie.
3. Notieren Sie, wer keine Antwort hat. Diese Lernenden machen die Hausaufgabe in den ersten zehn Minuten der Stunde, am Smartphone oder an einem Klassengerät.
4. Lesen Sie die „Beobachte“-Antworten und wählen Sie zwei oder drei zum Zitieren aus, ohne Namen.

Schneidet eine Klasse bei einem gemeinsamen Set deutlich schlechter ab, erstellen Sie auf dem Tab Fragen ein eigenes Fragenset für diese Klasse (mit einer leichteren ersten Frage) und wählen Sie es auf dem Tab Freigabelinks für den Link dieser Klasse aus. Die anderen Klassen behalten das ursprüngliche Set.

Beispiel 1: einfache Zinsen und Zinseszins (Mathematik, 14–17 Jahre)

Simulation: Arithmetische und geometrische Folgen – einfache Zinsen und Zinseszins. Am Link festlegen: Modus „Zinsen/Zinseszins“, Anfangsglied u₁ = 10 (das Startkapital, in Tausend USD), Zinssatz 8 % pro Periode, Anzahl der Glieder n = 30.

Anleitung für Schüler: „Beantworte zuerst die beiden Vorhersagen. Ziehe dann den Regler k. Die Zeile unter dem Diagramm zeigt beide Kontostände ‚nach … Perioden‘. Finde heraus, wann jeder Kontostand zum ersten Mal 20 Tausend USD erreicht. Etwa 15 Minuten.“

Fragenset:

1. Vorhersage, Multiple Choice, noch einmal gefragt: „Du legst 10 Tausend USD zu 8 % pro Periode an. Nach 20 Perioden bringt der Zinseszins im Vergleich zu einfachen Zinsen …“ Optionen: etwa dasselbe / etwa 10 % mehr / etwa 80 % mehr / mehr als das Doppelte. Antwort: etwa 80 % mehr. Nach 20 Perioden betragen die Kontostände 46,61 und 26,00 Tausend USD.
2. Vorhersage, Zahl, noch einmal gefragt: „Nach wie vielen Perioden erreicht der Kontostand mit Zinseszins zum ersten Mal 20 Tausend USD?“ Antwort: 10, Toleranz 0. Bei 9 Perioden sind es 19,99, knapp darunter, ein guter Gesprächsanlass.
3. Zahl: „Nach wie vielen Perioden erreicht der Kontostand mit einfachen Zinsen zum ersten Mal 20 Tausend USD?“ Antwort: 13, Toleranz 0. Es sind 19,60 nach 12 Perioden und 20,40 nach 13.
4. Zahl: „Wie viel höher ist der Kontostand mit Zinseszins nach 10 Perioden als der mit einfachen Zinsen?“ Antwort: 3,59, Toleranz ± 0,01, Einheit Tausend USD (21,59 − 18,00).
5. Kurzantwort, von Hand gelesen: „Was ist dir am Abstand zwischen den beiden Balken im Lauf der Perioden aufgefallen?“

Die Stunde (50 Minuten):

• 5 Minuten, ganze Klasse. Schreiben Sie die Prozentsätze für Frage 1 an die Tafel, vorher und nachher. Zitieren Sie zwei „Beobachte“-Antworten.
• 15 Minuten, Gruppen.
  • Gruppe C arbeitet mit Ihnen am Projektor. Gehen Sie die Perioden 0 bis 2 gemeinsam durch. Einfache Zinsen addieren 0,8 pro Periode: 10,8, dann 11,6. Der Zinseszins multipliziert mit 1,08: 10,8, dann 11,66. Der erste Unterschied tritt in Periode 2 auf, weil die Zinsen der zweiten Periode auf 10,8 gezahlt werden, nicht auf 10.
  • Gruppe B schreibt beide Formeln auf, A = 10(1 + 0,08n) und A = 10 × 1,08ⁿ, und prüft jede an drei Werten aus der Simulation.
  • Gruppe A testet die „72er-Regel“: Ändern Sie den Zinssatz in den Startwerten unter der Simulation auf 6 %, 9 % und 12 % und vergleichen Sie die erste Verdopplungsperiode mit 72 ÷ Zinssatz. Die Simulation liefert 12, 9 und 7 Perioden; die Regel sagt 12, 8 und 6 voraus.
• 20 Minuten, alle. Gemischte Aufgaben auf Papier, von „Welches Konto würdest du wählen?“ bis zur Bestimmung einer Verdopplungszeit ohne die Simulation.
• 10 Minuten, Abschluss. Die Lernenden bearbeiten eine neue Aufgabe. Zur Vertiefung vergleichen Sie Rückzahlungsmethoden bei Krediten in Ratenkrediten.

Beispiel 2: Laden eines Kondensators (Physik, 16–18 Jahre)

Simulation: Laden und Entladen eines Kondensators – Zeitkonstante RC messen. Am Link festlegen: Quellenspannung 6 V, Widerstand 10 kΩ, Kapazität 470 μF, Theoriekurve an. Mit diesen Werten ist τ = RC = 4,7 s.

Anleitung für Schüler: „Beantworte die Vorhersagen. Drücke Laden (K → 1) und beobachte das Voltmeter und das Diagramm. Die Simulation markiert den Moment, in dem die Spannung 63 % des Wegs zu 6 V erreicht, und misst τ. Drücke dann Entladen (K → 2). Ändere schließlich in den Startwerten unter der Simulation den Widerstand von 10 auf 20 und lade erneut.“

Fragenset:

1. Vorhersage, Multiple Choice, noch einmal gefragt: „Du verdoppelst den Widerstand. Der Kondensator lädt sich …“ Optionen: doppelt so schnell / gleich schnell / halb so schnell / viermal langsamer. Antwort: halb so schnell. τ steigt von 4,7 s auf 9,4 s.
2. Vorhersage, Multiple Choice, noch einmal gefragt: „Unmittelbar nach dem Schließen des Schalters ist die Stromstärke …“ Optionen: null, dann steigt sie / am größten, dann fällt sie / die ganze Zeit gleich. Antwort: am größten, dann fällt sie.
3. Zahl: „Welche Zeitkonstante misst die Simulation mit 10 kΩ und 470 μF?“ Antwort: 4,7, Toleranz ± 0,1, Einheit s.
4. Zahl: „Welche Spannung markiert beim Laden die 63-%-Marke?“ Antwort: 3,79, Toleranz ± 0,02, Einheit V.
5. Kurzantwort, von Hand gelesen: „Was ist dir daran aufgefallen, wie schnell die Spannung am Anfang und gegen Ende steigt?“

Die Stunde (50 Minuten): Beginnen Sie bei Frage 2. Eine häufige falsche Vorhersage ist, dass sich der Strom langsam aufbaut, wie Wasser, das ein Rohr füllt. Lassen Sie den Ladevorgang im Präsentationsmodus auf dem Projektor laufen und zeigen Sie auf die Stromanzeige. Leiten Sie dann mit der Klasse u = E(1 − e^(−t/τ)) her und prüfen Sie es an den gemessenen 3,79 V bei t = τ. Danach entwerfen die Gruppen einen Stromkreis mit τ = 10 s (zum Beispiel 10 kΩ mit 1000 μF) und testen ihn in der Simulation. Haben Sie die Ausstattung, schließen Sie mit einem echten Kondensator und einem Datenlogger ab und vergleichen Sie die reale Kurve mit dem Modell.

Eine Routine daraus machen

Flipped Learning funktioniert am besten, wenn die Lernenden das Muster kennen. Nutzen Sie jedes Mal denselben Tag, dieselbe Länge und dieselbe Struktur: Vorhersagen, eine kurze Aufgabe, Zahlen, eine „Beobachte“-Frage.

• Ein Link pro Klasse, ein Set für alle. Mehrere Links können ein Fragenset teilen, und Alle Klassen auf dem Tab „Fragen“ vergleicht die Klassen.
• Zählen Sie Ihre Antworten. Der kostenlose Tarif sammelt 100 Schülerantworten pro Monat über alle Ihre Links. Drei Klassen mit je 28 Lernenden verbrauchen mit einer Flipped-Aufgabe 84; eine monatliche Aufgabe passt also in den kostenlosen Tarif, eine wöchentliche braucht Pro (7 \(im Monat oder 59\) im Jahr; siehe Preise).
• Bewerten Sie die Erledigung, nie die Vorhersagen. Wer falsch vorhersagt und dann die Meinung ändert, hat die Aufgabe gut gemacht. Vorhersagen zu bewerten bringt den Lernenden bei, zuerst nachzuschlagen.
• Halten Sie die Datenschutzregeln ein. Die Lernenden geben einen Vornamen oder Spitznamen ein, sonst nichts. Sie brauchen kein Konto, und Schülerseiten setzen keine Cookies.

Eine kurze Einheit flippen, nicht nur eine Stunde

Läuft die Routine, verketten Sie zwei Hausaufgaben um zwei Stunden. Die zweite Hausaufgabe prüft, ob die erste Stunde gewirkt hat.

1. Hausaufgabe 1: die erste Begegnung, wie oben.
2. Stunde 1: Gruppen, Erklärung, Übung.
3. Hausaufgabe 2: dieselbe Simulation auf einem neuen Bildschirm oder mit neu festgelegten Werten, und Vorhersagen, die die Idee aus Stunde 1 brauchen. Erstellen Sie einen zweiten Link mit eigenem Fragenset.
4. Stunde 2: Beginnen Sie bei den Ergebnissen von Hausaufgabe 2 und gehen Sie dann zu schwierigeren Aufgaben oder einer Klassenarbeit über.

In Beispiel 1 könnte Hausaufgabe 2 den Modus „Geometrisch“ mit u₁ = 10 und q = 1,08 festlegen und fragen: „Welches Glied entspricht dem Kontostand mit Zinseszins nach 10 Perioden?“ Die Antwort ist u₁₁ = 21,59, dieselbe Zahl, der die Lernenden zu Hause in Aufgabe 1 begegnet sind. Lernende, die erkennen, dass der Zinseszins eine geometrische Folge mit q = 1 + r ist, haben Stunde 1 verstanden. Wer es nicht erkennt, zeigt es Ihnen in den Ergebnissen.

Fehler, die eine Flipped-Stunde versenken

• Eine Hausaufgabe, die alles beibringen will. Zwanzig Minuten Erkunden ersetzen keine Stunde. Zielen Sie auf ein Muster.
• Die Hausaufgabe im Unterricht noch einmal vermitteln. Haben 85 % sie geschafft, vergeudet eine Wiederholung von zehn Minuten ihre Zeit. Gehen Sie zum schwierigen Teil und unterstützen Sie den Rest in Gruppe C.
• Die Ergebnisse nicht lesen. Ohne den Check am Morgen ist eine Flipped-Stunde nur Hausaufgabe plus die übliche Stunde.
• Kein Plan für Lernende, die es nicht gemacht haben. Geben Sie ihnen zu Beginn der Stunde den Link. Lassen Sie sie keine Gruppe aufhalten.

Für die Demonstration vor der ganzen Klasse im Präsentationsmodus lesen Sie Mit dem Projektor unterrichten. Weitere Möglichkeiten, Simulationen im Unterricht einzusetzen, finden Sie ab Interaktive Simulationen im Unterricht einsetzen. Wollen Sie lieber, dass die Lernenden im Unterricht über eine einzelne Vorhersage streiten, nutzen Sie Predict–Observe–Explain.

Häufige Fragen

Wie lang sollte der Hausteil einer Flipped-Stunde sein?

Fünfzehn bis zwanzig Minuten. Lang genug, um die Idee kennenzulernen und fünf Fragen zu beantworten, kurz genug, dass die meisten Lernenden sie wirklich machen.

Was, wenn die Lernenden die Hausaufgabe nicht machen?

Die Ergebnistabelle zeigt, wer wann geantwortet hat. Lernende ohne Antwort machen die Aufgabe in den ersten zehn Minuten der Stunde am Smartphone oder an einem Klassengerät und schließen sich dann einer Gruppe an.

Können mehrere Klassen dieselbe Flipped-Aufgabe nutzen?

Ja. Erstellen Sie pro Klasse einen Link mit demselben Fragenset. Die Antworten bleiben pro Link getrennt, und Alle Klassen vergleicht sie.

Brauche ich einen kostenpflichtigen Tarif für einen Flipped Classroom?

Nein. Links, Fragensets und Vorhersagen funktionieren im kostenlosen Tarif, der 100 Schülerantworten pro Monat sammelt. Flippen Sie jede Woche mit mehreren Klassen, hebt Pro die Grenze auf.