Hausaufgaben mit Simulationen: Aufgaben, die gelingen

Hausaufgaben mit Simulationen lösen ein altes Problem: Die nützlichste Hausaufgabe in den Naturwissenschaften ist ein Experiment, und die Lernenden können das Labor nicht mit nach Hause nehmen. Eine interaktive Simulation läuft auf jedem Smartphone oder Laptop, braucht keine Ausstattung und lässt sich so oft wiederholen, wie eine Person es braucht. Dieser Leitfaden zeigt Ihnen, wie Sie eine Hausaufgabe um eine Simulation herum gestalten, die Antworten ohne Schülerkonten sammeln, Fristen handhaben und die Ergebnisse zu Beginn der nächsten Stunde nutzen. Am Ende stehen drei vollständige Hausaufgaben in Physik, Chemie und Mathematik, mit den festzulegenden Einstellungen, den Fragen und den Lösungen.

Warum Hausaufgaben mit Simulationen funktionieren

Ein Arbeitsblatt verlangt Erinnern. Eine Simulation verlangt, etwas zu tun, was Ihnen bessere Belege liefert und den Lernenden einen Grund zum Anfangen gibt.

• Kein Labor nötig. Eine Person kann am Küchentisch zwei Kugeln aus 45 m fallen lassen, Kaliumpermanganat bis zur Sättigung auflösen oder 1000-mal würfeln.
• Wiederholbar. Sieht eine Anzeige falsch aus, drückt sie Zurücksetzen und startet noch einmal. Im Schullabor bedeutet ein fehlgeschlagener Versuch meist, die Zahlen der Partnerin oder des Partners abzuschreiben.
• Selbstprüfend. Zahlenfragen werden automatisch mit einer Toleranz geprüft, sodass die Lernenden sofort wissen, ob sie den Wert richtig abgelesen haben.
• Kurz. Eine gute Simulationsaufgabe dauert 15 bis 25 Minuten, was Zeit für das Denken lässt, das Sie eigentlich wollen.

Hausaufgaben mit Simulationen eignen sich am besten, um vor einem Versuch eine Messung zu üben, eine Stunde mit neuen Zahlen zu festigen und eine Frage für die nächste Stunde vorzubereiten. Lange schriftliche Erklärungen heben Sie für den Unterricht auf.

So gestalten Sie eine Hausaufgabe

Jede Aufgabe in diesem Leitfaden folgt denselben fünf Teilen. Nutzen Sie sie als Checkliste.

1. Ein Ziel. Formulieren Sie es so, dass die Lernenden es prüfen können: „Bestimme die Fallzeit ohne Luftwiderstand“, nicht „Erkunde den freien Fall“.
2. Klare Schritte. Nummerieren Sie sie. Sagen Sie, welcher Bildschirm, welche Einstellung und welcher Button. Wer allein arbeitet, kann nicht fragen, welchen Regler Sie meinten.
3. Eine Datentabelle. Geben Sie die Spaltenköpfe, Einheiten und die Zahl der Zeilen vor. Eine Tabelle sagt den Lernenden, wann sie fertig sind.
4. Zahlenfragen mit Toleranz. Fragen Sie nach einem aus der Simulation abgelesenen oder aus der Tabelle berechneten Wert und akzeptieren Sie einen kleinen Bereich darum. Eine Toleranz beendet Streit um die letzte Stelle und erkennt trotzdem falsche Anzeigen und falsche Einheiten.
5. Erst Vorhersage, dann Prüfung. Stellen Sie eine Vorhersagefrage, bevor die Simulation freigeschaltet wird, und dieselbe Frage noch einmal nach dem Experiment. Der Unterschied zwischen den beiden Antworten ist die nützlichste Zahl, die Sie bekommen.

In Simulic gehören die Fragen zum Freigabelink. Öffnen Sie die Simulation, stellen Sie die Startwerte ein, klicken Sie auf Teilen und erstellen Sie auf dem Tab Fragen ein Fragenset mit bis zu 5 Fragen und bis zu 3 Vorhersagen. Die Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Sammeln von Schülerantworten führt durch jeden Bildschirm. Zur pädagogischen Seite lesen Sie formative Bewertung mit Simulationen.

Ein paar Schreibregeln ersparen zu Hause viel Verwirrung:

• Schreiben Sie die Schritte in Anleitung für Schüler. Sie erscheinen über den Fragen, sodass die Lernenden sie während der Arbeit sehen.
• Nennen Sie die Anzeige, die genutzt werden soll: „Lies die Endgeschwindigkeit in der Zeile unter dem Diagramm ab.“
• Nennen Sie die Einheit in der Frage und tragen Sie sie im Feld Einheit ein, damit „3,03“ und „3,03 s“ beide richtig sind.
• Eine Idee pro Frage. Wenn jemand falsch antwortet, wollen Sie wissen, welcher Schritt gescheitert ist.

Ein Link pro Klasse

Erstellen Sie für jede Klasse einen eigenen Link, zum Beispiel „Klasse 9 · 3. Stunde · Hausaufgabe“. Jeder Link legt die Sprache und die aktuellen Einstellungen fest, sodass alle Lernenden von denselben Werten starten. Mehrere Links können dasselbe Fragenset nutzen, und die Antworten bleiben pro Klasse getrennt. Duplizieren kopiert einen Link mit denselben Einstellungen und demselben Fragenset, ohne die Antworten, und ist der schnellste Weg, die nächste Klasse einzurichten.

Posten Sie den Link so, wie Ihre Lernenden Hausaufgaben ohnehin erhalten: mit dem Button Google Classroom oder Microsoft Teams auf der Seite „Teilen“, per Nachricht in Ihrer Lernplattform oder mit dem QR-Code. Die Anleitung zum Hinzufügen einer Simulation zu Google Classroom behandelt die Optionen für Aufgaben.

Bei einem gewöhnlichen Link sehen die Lernenden jeden Wert im Startwerte-Feld unter der Simulation und können ihn ändern. Für Hausaufgaben ist das in Ordnung, denn sie brauchen die Regler. Hängt eine Aufgabe von einem verborgenen Wert ab, etwa einem unbekannten Widerstand, brauchen Sie gesperrte Parameter, eine Link-Option in Pro.

Fristen

Entscheiden Sie im Voraus, wie eine Frist funktionieren soll, und sagen Sie es den Lernenden.

• In jedem Tarif: Öffnen Sie nach der Frist die Seite „Teilen“ und klicken Sie auf Link deaktivieren. Wer ihn öffnet, sieht, dass der Link nicht mehr verfügbar ist, und Sie können ihn für eine abwesende Person wieder aktivieren. Die Spalte Uhrzeit (UTC) in den Ergebnissen zeigt, wann jede Antwort eintraf.
• Mit Pro (optional): Legen Sie unter Optionen am Link den Letzten Tag (UTC) fest. Der Link funktioniert nach diesem Tag nicht mehr, Sie müssen also nicht daran denken. Der Tag endet um Mitternacht UTC, in Deutschland also um 1 oder 2 Uhr nachts am Folgetag. Für die Frist „Donnerstagabend“ wählen Sie daher einfach Donnerstag.
• Lösungsschlüssel nach der Frist (Pro): Wählen Sie bei gesetztem Ablaufdatum die Rückmeldung „Punktzahl, richtig/falsch, Lösungen und Erklärungen“ und haken Sie Lösungen erst nach Ablauf des Links zeigen an. Bis zur Frist sehen die Lernenden ihre Punktzahl und welche Antworten richtig oder falsch sind; danach öffnen sie den Link erneut und sehen den Lösungsschlüssel. Das funktioniert nicht bei passwortgeschützten Links.

Ablaufdaten sind nur eine Bequemlichkeit. Einen Link von Hand zu deaktivieren funktioniert im kostenlosen Tarif und leistet dasselbe.

Ergebnisse in der nächsten Stunde prüfen

Öffnen Sie die Ergebnisse vor dem Unterricht, nicht währenddessen. Fünf Minuten genügen.

1. Klicken Sie auf der Seite „Teilen“ beim Klassenlink auf Antworten ansehen. Sie sehen jeden Spitznamen, die Zeit, die Punktzahl, die Zahl der Versuche und jede Antwort, mit dem Prozentsatz richtiger Antworten unter jeder Frage.
2. Suchen Sie die Frage mit dem niedrigsten Prozentsatz und lesen Sie dann die falschen Antworten. Eine Häufung desselben falschen Werts bedeutet meist eine falsch abgelesene Anzeige oder eine falsche Einheit.
3. Vergleichen Sie die Spalten Vorhersage und Nachher. Zählen Sie, wie viele ihre Meinung geändert haben.
4. Wenn mehrere Klassen dasselbe Set genutzt haben, öffnen Sie das Set auf dem Tab Fragen und wählen Sie Alle Klassen für den Prozentsatz richtiger Antworten je Klasse.
5. Beginnen Sie die Stunde mit der einen Frage, die die meisten verfehlt haben. Führen Sie die Simulation am Projektor durch und lösen Sie sie gemeinsam.

Zeigen Sie die Prozentwerte, nicht die Namenstabelle. Die Lernenden müssen nicht sehen, wer was hatte. CSV herunterladen liefert Ihnen die ganze Tabelle für Ihr Notenbuch oder um Klassendaten zusammenzuführen, wie bei der Würfelaufgabe.

Im kostenlosen Tarif können Sie 100 Schülerantworten pro Monat über alle Ihre Links hinweg sammeln. Drei Klassen mit je 30 Lernenden verbrauchen mit einer Hausaufgabe 90 davon, achten Sie also auf den Zähler oben auf dem Tab Freigabelinks. Ist die Grenze erreicht, sehen die Lernenden die Fragen weiterhin, aber neue Antworten werden erst im nächsten Monat gesammelt. Pro sammelt unbegrenzt Antworten für 7 \(im Monat oder 59\) im Jahr; siehe Preise.

Drei vollständige Hausaufgaben

Jede Aufgabe nennt die Link-Einstellungen, die einzufügende Anleitung, die Fragen mit Lösungen und Toleranzen und was in der nächsten Stunde zu besprechen ist. Alle Werte stammen aus den Modellen der Simulationen selbst.

Aufgabe 1. Physik: Fällt eine schwerere Kugel schneller?

Simulation: Freier Fall und Fall mit Luftwiderstand. Am Link festlegen: Fallhöhe 45 m, g = 9,8 m/s², Körper 1 = 5 kg, Körper 2 = 0,2 kg, Luftwiderstand aus. Zeit: 15 Minuten.

Anleitung für Schüler: „1. Drücke Neu fallen lassen und sieh zu, wie beide Körper landen. Lies die Landezeiten unter dem Diagramm ab. 2. Hake Luftwiderstand aktivieren an und lass sie noch einmal fallen. 3. Lies die beiden Endgeschwindigkeiten und die Aufprallgeschwindigkeiten ab.“

Datentabelle (Schülerkopie):

Durchgang	Körper	Landezeit (s)	Aufprallgeschwindigkeit (m/s)
Ohne Luftwiderstand	5 kg
Ohne Luftwiderstand	0,2 kg
Mit Luftwiderstand	5 kg
Mit Luftwiderstand	0,2 kg

Fragen:

1. Vorhersage (Multiple Choice, nachher noch einmal fragen): „Ohne Luftwiderstand werden eine 5-kg-Kugel und eine 0,2-kg-Kugel gleichzeitig aus 45 m fallen gelassen. Welche landet zuerst?“ Optionen: die 5-kg-Kugel / die 0,2-kg-Kugel / beide gleichzeitig. Antwort: beide gleichzeitig.
2. Zahl: „Wie lange dauert der Fall ohne Luftwiderstand?“ Antwort: 3,03, Toleranz ± 0,05, Einheit s. Erklärung: „t = √(2h/g) = √(90 ÷ 9,8) = 3,03 s für jede Masse.“
3. Multiple Choice: „Welche landet mit Luftwiderstand zuerst?“ Antwort: die 5-kg-Kugel. Sie landet bei etwa 3,09 s und die 0,2-kg-Kugel bei etwa 3,20 s.
4. Zahl: „Wie groß ist die Endgeschwindigkeit von Körper 2 mit Luftwiderstand?“ Antwort: 36,4, Toleranz ± 0,2, Einheit m/s. Die Endgeschwindigkeit von Körper 1 beträgt 62,2 m/s.
5. Kurzantwort: „Körper 2 trifft mit etwa 25 m/s auf den Boden. Hat er seine Endgeschwindigkeit erreicht? Erkläre.“ Musterantwort: „Nein. 25 m/s liegen deutlich unter 36,4 m/s. Er wurde beim Aufprall noch schneller, nur langsamer als Körper 1.“

Nächste Stunde: Fragen Sie, warum die leichtere Kugel eine niedrigere Endgeschwindigkeit hat. Beide Kugeln bestehen aus demselben Material, also ist die leichtere kleiner und hat mehr Fläche pro Kilogramm. Erhöhen Sie dann die Fallhöhe in den Startwerten auf 300 m und sehen Sie zu, wie sich die 0,2-kg-Kugel knapp unter 36,4 m/s einpendelt.

Aufgabe 2. Chemie: Molarität und Sättigung

Simulation: Molarität – Stoffmenge, Volumen und Konzentration. Am Link festlegen: Kupfer(II)-sulfat, 0,50 mol, 0,50 L, Werte anzeigen an. Zeit: 20 Minuten.

Anleitung für Schüler: „Ziehe den runden Griff am senkrechten Regler, um die Stoffmenge zu ändern, und den Griff am waagerechten Regler, um das Volumen zu ändern. Lies C und die gelöste Masse unter dem Becherglas ab. Trage jede Einstellung in deine Tabelle ein, bevor du sie änderst.“

Datentabelle:

Gelöster Stoff	n (mol)	V (L)	C (mol/L)	Gelöste Masse (g)	Gesättigt?
CuSO₄	0,25	0,50
CuSO₄	0,25	0,25
KMnO₄	0,50	0,50
NaCl	1,00	0,40

Fragen:

1. Vorhersage (Zahl, nachher noch einmal fragen): „Du löst 0,50 mol Kaliumpermanganat in 0,50 L Lösung. Wie groß wird die Konzentration in mol/L sein?“ Antwort: 0,40, Toleranz ± 0,01. Die meisten sagen 1,00 voraus.
2. Zahl: „CuSO₄, n = 0,25 mol, V = 0,50 L. Wie groß ist die Konzentration?“ Antwort: 0,50, Toleranz ± 0,01, Einheit mol/L.
3. Zahl: „Welche Masse CuSO₄ ist gelöst?“ Antwort: 39,9, Toleranz ± 0,2, Einheit g. Erklärung: „0,25 mol × 159,6 g/mol = 39,9 g.“
4. Zahl: „Behalte n = 0,25 mol bei. Welches Volumen ergibt eine Konzentration von 1,00 mol/L?“ Antwort: 0,25, Toleranz ± 0,01, Einheit L.
5. Kurzantwort: „Warum bleibt die KMnO₄-Konzentration bei 0,40 mol/L stehen?“ Akzeptierte Antwort: *gesättigt*. Musterantwort: „Die Lösung ist gesättigt. In diesem Modell lösen sich nur 0,40 mol KMnO₄ pro Liter, also bleiben 0,30 mol (47,4 g) als Feststoff am Boden.“

Die letzte Tabellenzeile ergibt 2,50 mol/L und 58,4 g NaCl, noch ungesättigt, weil Kochsalz erst bei 6,10 mol/L sättigt.

Nächste Stunde: Vergleichen Sie die Sättigungsgrenzen der vier gelösten Stoffe und besprechen Sie, warum „mehr gelösten Stoff zugeben“ nicht immer „höhere Konzentration“ bedeutet.

Aufgabe 3. Mathematik: relative Häufigkeit mit Klassendaten

Simulation: Würfeln und Münzwurf – relative Häufigkeit. Am Link festlegen: sechsseitiger Würfel, 1000 Versuche, Wurfgeschwindigkeit 100 Versuche/s, Linie der theoretischen Wahrscheinlichkeit an. Zeit: 15 Minuten.

Anleitung für Schüler: „Drücke Starten und lass alle 1000 Würfe durchlaufen (etwa 10 Sekunden). Übertrage die Anzahl und die relative Häufigkeit jeder Augenzahl in deine Tabelle. Lies dann die größte Abweichung unter dem Diagramm ab.“

Datentabelle: je eine Zeile für Anzahl und relative Häufigkeit, eine Spalte pro Augenzahl 1 bis 6.

Fragen:

1. Vorhersage (Zahl, nachher noch einmal fragen): „Wie viele Sechsen bekommst du bei 1000 Würfen?“ Nutzen Sie für die Antwort „Nachher“ den Bewertungsmodus Bereich: Akzeptieren Sie 130 bis 203. Die erwartete Anzahl ist 1000 ÷ 6 ≈ 167, und etwa 99,8 % der ehrlichen Durchläufe liegen in diesem Bereich.
2. Zahl: „Wie groß ist die theoretische Wahrscheinlichkeit, eine Sechs zu würfeln, auf drei Nachkommastellen?“ Antwort: 0,167, Toleranz ± 0,001.
3. Zahl (Bereich): „Welche relative Häufigkeit hast du für die Sechs erhalten?“ Akzeptieren Sie 0,130 bis 0,203.
4. Zahl (Bereich): „Welche größte Abweichung meldet die Simulation?“ Akzeptieren Sie 0 bis 0,05. Typische Werte sind 0,01 bis 0,03.
5. Multiple Choice, keine richtige Antwort: „Hast du genau 167 Sechsen bekommen?“ Ja / Nein. Das funktioniert als Klassenumfrage.

Nächste Stunde: Laden Sie die CSV herunter und addieren Sie die Sechsen aller. Bei 28 Lernenden haben Sie 28.000 Würfe, und etwa 19 von 20 Malen liegt der Klassenanteil zwischen 0,162 und 0,171, viel näher an 1/6 als die meisten Einzelergebnisse. Das ist das Gesetz der großen Zahlen, gemacht aus den eigenen Daten Ihrer Lernenden.

Chancengleichheit: Alle müssen es erledigen können

Hausaufgaben funktionieren nur, wenn alle sie öffnen können.

• Smartphones genügen. Die Simulationen laufen im Browser auf Smartphones, Tablets, Chromebooks und Laptops. Alle drei Aufgaben oben passen auf einen Smartphone-Bildschirm; eine Tabelle auf Papier ist einfacher, als zwischen Apps zu wechseln.
• Keine Konten. Die Lernenden öffnen den Link und tippen einen Vornamen oder Spitznamen. Nichts zu installieren, kein Passwort zu vergessen und keine E-Mail-Adresse zu erfassen. Schülerseiten setzen keine Cookies.
• Kein Gerät zu Hause? Lassen Sie die Lernenden die Aufgabe in der Bibliothek oder vor der Schule erledigen, oder führen Sie sie zu Beginn der nächsten Stunde am Projektor durch und lassen Sie auf Papier antworten. Der Leitfaden zu Simulationen im Unterricht behandelt Präsentationsmodus und QR-Codes.
• Sprache. Jeder Link legt eine Sprache fest. Erstellen Sie einen zweiten Link in der Herkunftssprache einer Person mit demselben Fragenset, damit die Beschriftungen vertraut sind.

Fragen Sie die Lernenden nur nach Spitzname oder Vorname, nie nach vollständigem Namen, E-Mail oder Schülernummer. Mit einer Regel wie „Vorname + Sitznummer“ ordnen Sie Antworten Ihrer Klassenliste zu. Antworten werden nach 12 Monaten gelöscht.

Häufige Fragen

Brauchen die Lernenden ein Konto für Hausaufgaben mit Simulationen?

Nein. Die Lernenden öffnen Ihren Link, tippen einen Vornamen oder Spitznamen und antworten unter der Simulation. Es wird nichts installiert und es werden keine Cookies gesetzt.

Kann ich eine Frist setzen?

Ja. In jedem Tarif klicken Sie nach der Frist auf Link deaktivieren. Mit Pro können Sie auch den Letzten Tag (UTC) festlegen, damit sich der Link von selbst schließt, und den Lösungsschlüssel erst nach Ablauf zeigen.

Was, wenn jemand zweimal abgibt?

Beide Antworten erscheinen in den Ergebnissen, jede mit eigener Uhrzeit, sodass Sie denselben Spitznamen zweimal sehen können. Vereinbaren Sie eine Regel wie „Die erste Antwort zählt“ und sagen Sie es den Lernenden in der Anleitung.

Wie viele Antworten kann ich kostenlos sammeln?

100 Schülerantworten pro Monat über alle Ihre Links hinweg. Pro sammelt unbegrenzt Antworten.

Können die Lernenden voneinander abschreiben?

Sie können Zahlen weitergeben, wie bei jeder Hausaufgabe. Aufgaben mit zufälligen Ergebnissen, wie die Würfelaufgabe, machen Abschreiben offensichtlich, und Vorhersagefragen zeigen Ihnen, was jede Person dachte, bevor sie hinsah.