Freie Universität Berlin


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Experiment 2.0

Reale Experimente zeitlich flexibel und ohne toxische Belastungen von einem beliebigen Arbeitsplatz aus virtuell durchführen

22.02.2010

Einsatz von IBE in einer Experimentalphysikvorlesung
Ein IBE als hilfreiche Ergänzung in einer Experimentalphysikvorlesung Bildquelle: AG-Nordmeier
Animationsaufnahme eines Experiments im IBE-Labor
Im Fotolabor werden die Animationsaufnahmen eines Experiments gemacht Bildquelle: AG Nordmeier

Was gut für die Wissenschaft ist, ist nicht immer gut für den Menschen. Manche Experimente sind beispielsweise für Schwangere schädlich und deshalb verboten. Dies ist nur eine Gruppe, für die die Didaktik der Physik der Freien Universität ihre Interaktiven Bildschirmexperimente (IBE) entwickelt – und das seit über zehn Jahren. Seit kurzem werden sie auch im Praktikum angewandt. Das Projekt „Interaktive Praktikumsexperimente“ wurde im Wettbewerb „Familie in der Hochschule“ ausgezeichnet.

Mit einem Gitterspektrometer arbeiten, Lichtgeschwindigkeit oder elektrische Kräfte messen, eine CD-Oberfläche mit dem Raster-Kraft-Mikroskop beobachten, im Fahrstuhl eines Hochhauses den Luftdruck als Funktion der Höhe messen, die schraubenförmige Bahn von Elektronen im Magnetfeld darstellen oder Sonnenflecken untersuchen im Einsteinturm, dem Sonnenobservatorium des Astrophysikalischen Instituts Potsdam – dies sind nur einige Beispiele der zahlreichen Interaktiven Bildschirmexperimente (IBE), die die Arbeitsgruppe Didaktik der Physik der Freien Universität bereits entwickelt hat.

Nichts lernen, ohne selbst aktiv zu werden

Die Idee dahinter ist, Lehrinhalte multimedial und interaktiv zu vermitteln. „Wir möchten, dass man das IBE ähnlich wie das Experiment in der Realität bedienen kann. Der Benutzer soll das Gefühl haben, er könnte es wirklich anfassen und steuern“, erzählt Jürgen Kirstein, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Arbeitsbereich Didaktik der Physik. „Die Medien, die wir uns idealerweise vorstellen, sind so gestaltet, dass die Lernenden mit ihnen aktiv umgehen und dabei anschaulich Wissen erwerben. Das ist der entscheidende Punkt: Wir machen Medien, in denen man eigentlich nichts erfahren kann, ohne selbst aktiv zu werden.“

Wie eine Sandmännchen-Animation

Das erste IBE hat Kirstein mit seinen Kollegen 1996 entwickelt. Seitdem wurden die Versuche kontinuierlich weiterentwickelt und technischen Neuerungen angepasst. Um die Bilder zu erzeugen wird das reale Experiment im Fotolabor des Arbeitsbereichs aufgebaut und in einer Serie von Bildern abfotografiert. „Das, was wir letztendlich bei uns im Labor machen, ist das, was auch im Trickfilm passiert. Sandmännchen-Animationen werden so hergestellt. Die Puppe wird schrittweise bewegt und für jede Bewegungsphase wird ein Bild aufgenommen“, erklärt Kirstein. Anschließend werden auf Basis von Flash Movies interaktive Repräsentationen der jeweiligen Experimente erstellt, die mittels Maus und Bildschirm direkt manipulierbar sind.

Familienfreundlichkeit in der Hochschule

Ein Bereich, in dem IBE eingesetzt werden, sind die Interaktiven Praktikumsexperimente (IPE). Bisher mussten Studentinnen aus naturwissenschaftlichen Fächern während der Schwangerschaft und Stillzeit ihr Studium oft unterbrechen, da für sie Experimente, bei denen mit toxischen Präparaten hantiert wird, verboten sind. Die IPE ermöglichen es Studentinnen, Praktikumsexperimente zeitlich flexibel und ohne toxische Belastungen von einem beliebigen Arbeitsplatz aus virtuell durchzuführen. In Kooperation mit den Lehrenden werden IPE aus den Fachgebieten Chemie, Veterinärmedizin, Biologie und Physik entwickelt und anschließend über das Learning-Management-System der Freien Universität (Blackboard) zur Verfügung gestellt. Das Projekt wurde im Programm „Familie in der Hochschule“ ausgezeichnet, das 2007 von der Robert-Bosch-Stiftung, dem Beauftragten der Bundesregierung für die neuen Bundesländer im Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung und dem Centrum für Hochschulentwicklung (CHE) initiiert wurde, um die Familienfreundlichkeit deutscher Hochschulen zu verbessern. Diese Experimente sollen kein Ersatz für die Realität sein, sondern hilfreiche Ergänzung, wie Kirstein meint: „Bestimmte Dinge, wie der Umgang mit den Laborgeräten, können am Bildschirm nicht vermittelt werden. Doch durch eine Darstellung der Vielfalt, in der das Erlernte eine Rolle spielt, stellen die IPE eine sinnvolle Ergänzung dar.“