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Lernen mit Simulationen

Vanessa Nagel
Definition - worum geht’s?

Simulationen sind Computermodelle, die bestimmte Phänomene, Prozesse oder Systeme auf einer graphischen Oberfläche darstellen. Mithilfe dieser können einzelne Parameter dieser Phänomene, Prozesse oder Systeme variiert werden, worauf das zugrundeliegende Computermodell dynamisch reagiert. Demzufolge wird die graphische Oberfläche entsprechend angepasst, so dass die Auswirkung einer bestimmten Variation direkt beobachtet werden kann.
Funktionen für das Lernen  - was wird ermöglicht / unterstützt?
Simulationen ermöglichen das Verstehen eines komplexen Phänomens, das durch verschiedene Variablen beschrieben wird, indem sie einen explorativen (erforschenden) Zugang eröffnen. Die wiederholte Veränderung von Parametern zeigt die unterschiedlichen Szenarien eines Phänomens und ermöglicht dem Lernenden so, dieses zu entdecken. Der Lernende kann sich dem Verständnis eines Phänomens zunehmend annähern und bildet allmählich ein mentales Modell des dem Phänomen zugrundeliegenden Konzepts. Simulationen sind durch das ihnen zugrundeliegende Computermodell für den Unterricht immer dann besonders geeignet, wenn es bei dem simulierten Phänomen um logische Zusammenhänge geht, die von mehreren Variablen beeinflusst werden. So ermöglichen Simulationen im naturwissenschaftlichen Unterricht das Durchführen virtueller Experimente, die unsichtbare Zusammenhänge visualisieren, welche unmöglich oder in der Schule praktisch nur schwer durchführbar sind. In Unterrichtsfächern der Gesellschaftswissenschaften (vgl. Der Einsatz von Online-Planspielen und Online-Simulationen), wie Politik, Wirtschaft, Geographie und in Unterrichtsfächern der Geisteswissenschaften, wie Philosophie, Ethik, Religion und Geschichte, zeigen Simulationen die Konsequenzen verschiedener Handlungsmöglichkeiten in bestimmten Situationen auf.
 
Gelingensbedingungen für den erfolgreichen Einsatz - wann funktioniert’s und wann nicht?

Simulationen sollten im Unterricht nicht isoliert stehen, sondern ins Unterrichtsgeschehen eingebunden werden. Vor dem Arbeiten mit der Simulation sollte ein klares Lernziel formuliert und die Simulation passgenau gewählt werden. Bereits bei der Auswahl kann auf bestimmte  Gestaltungsmerkmale der grafischen Oberfläche, wie das Verwenden von kleinen Bildern als Schaltflächen, geachtet werden, um Schülerinnen und Schüler durch die Komplexität, die sich durch die verschiedenen Variablen einer Simulation ergeben, nicht zu überfordern (vgl. Auswahl digitaler Medienangebote - eine Checkliste). Lernende profitieren auch von bestimmten interaktiven Möglichkeiten, wie Erklärungen oder Hinweisen innerhalb einer Simulation. Während des Lernprozesses mit der Simulation können die Schülerinnen und Schüler durch instruktionale Anweisungen geleitet werden, die den Aufbau eines mentalen Modells des zugrundeliegenden Konzepts unterstützen. So kann es hilfreich sein, die Lernenden im Vorfeld auf mögliche Schwierigkeiten vorzubereiten, bzw. sie im Umgang mit dem Material zu schulen, wenn das simulierte Phänomen sehr komplex ist, die Simulation unübersichtlich ist oder keine Erklärungen innerhalb der Simulation vorhanden sind. Aufforderungen zu Selbsterklärungen können hilfreich sein. Diese sollten aber nur dann eingesetzt werden, wenn möglichst korrekte Antworten zu erwarten sind, zum Beispiel bei der Erläuterung bestimmter konzeptioneller Zusammenhänge, und wenn das Lernmaterial nicht zu komplex ist.
Beispiele

Beispiel für eine Simulation im Physikunterricht:
Hier (zuletzt geprüft am 20.04.2020) findet sich als Beispiel für eine Simulation die mechanische Schwingung einer Feder, bei der die Federkonstante und das daran hängende Gewicht variiert werden können. Die vier Darstellungen führen die Lernenden von einer einfachen Simulation bis zu einem Experiment. 

Beispiel für eine Simulation im Geographieunterricht:
Hier (zuletzt geprüft am 24.04.2020) findet sich eine Simulation zum Thema Vulkanismus, bei der verschiedene Parameter wie der Kieselsäuregehalt des Magmas und die Schlotgröße variiert werden können. Anschließend kann der Verlauf des Vulkanausbruchs unter den eingestellten Bedingungen beobachtet werden. Infoboxen liefern weiterführende Informationen.

Ein Beispiel aus der Biologie inklusive weiterer wissenschaftlicher Erklärungen finden sich im Video:
Literatur - Evidenz

Plass, J. L. & Schwartz, R. N. (2014). Multimedia Learning with Simulations and Microworlds. In R. E. Mayer (Hrsg.), The Cambridge handbook of multimedia learning. Second Edition (S. 729-761). New York: Cambridge University Press.

Renkl, A. & Scheiter, K. (2017). Studying Visual Displays: How to Instructionally Support Learning. Educational Psychology Review, 29, 599-621.

Zitiervorschlag:

Nagel, V. (2020, April). Lernen mit Simulationen. In Digitalisierung in der Lehrerbildung Tübingen (TüDiLB) (Hrsg.), Evidenzbasierte Hinweise zum Einsatz digitaler Medien im Lehr-Lernkontext.
Inhaltlich aktualisiert am 18.05.2020

Zuletzt geändert: 19. Mai 2020, 14:55, [a.stephan]


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