Kollisionsentscheidung

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Informationen zum Unterrichtsplan

• Klasse: 8 (Schüler:innen müssen mindestens 13 Jahre alt sein, um an diesem Kurs teilnehmen zu können)
• Umfang des Unterrichts: Vier Kurseinheiten à 45 Minuten, abhängig davon, wie gut sich die Klasse mit dem Fortnite-Kreativmodus auskennt
• Verwendetes Tool: Fortnite-Kreativmodus
• Unterricht/Lernumgebung: Jeweils ein Fortnite-fähiges Gerät mit Internetverbindung pro Schüler:in. Ein Computerraum oder mobiler Laptopwagen sollte die ideale Lernumgebung sein.

Das Klassenzimmer/Labor sollte pro Schüler:in einen Computer besitzen, auf dem der Fortnite-Kreativmodus läuft. Der Rensselaer City School District ist eine kleine öffentliche Schule mit einem Gebäude, in dem von der Vorschule bis zur 12. Klasse unterrichtet wird. Meine aktuelle Lernumgebung ist ein naturwissenschaftliches Klassenzimmer mit Tischen für 24 Schüler:innen und sechs Labortischen. Ich unterrichte vier achte Klassen in Naturwissenschaften, wobei die Klassengrößen zwischen 19 und 27 Schüler:innen beträgt. Wir sind als Bezirk mit besonderem Bedarf eingestuft. In den von mir unterrichteten Klassen sind sowohl Schüler:innen eingeschrieben, die Englisch als Fremdsprache lernen sowie jene, die besondere Bedürfnisse haben. Die Lernumgebung für diese Lektion erfordert Computer oder Mobilgeräte, auf denen der Fortnite-Kreativmodus läuft. Abgesehen von dieser Anforderung würde jeder Klassenraum funktionieren, insbesondere für die Erweiterungsaktivität.

Kontakt

Autor, Organisation/Rolle: Scott Beiter, Rensselaer Junior Senior High School, Wissenschaftslehrkraft

E-Mail-Adresse: [email protected]

Twitter: @pentaclethra

LinkedIn: linkedin.com/in/scott-beiter-79876b184

Unterrichtsstundenübersicht

Kollidierende Objekte sind perfekt geeignet, um physikalische Gesetze zu erläutern. Und da es im Fortnite-Kreativmodus auch Kollisionen gibt, lässt sich damit hervorragend mit grundlegenden Prinzipien der Physik experimentieren, darunter auch das dritte Newtonsche Gesetz.

Newtons Grundgesetze der Bewegung

1. Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig geradlinigen Bewegung, sofern jener nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird.
2. Die Änderung der Bewegung ist der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional und geschieht nach der Richtung derjenigen geraden Linie, nach welcher jene Kraft wirkt.
3. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus, so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A.

Wie realistisch ist die Physik in Fortnite im Vergleich zu den physikalischen Phänomenen des echten Lebens? Wird im Spiel Newtons drittes Gesetz im Hinblick auf Aktion und Reaktion unterstützt? Finden wir es heraus!

In diesem Unterrichtsplan entwerfen die Schüler:innen ein Experiment, um Objekte zu manipulieren, Objektinteraktionen zu messen und Schlussfolgerungen über Newtons drittes Gesetz zu ziehen, indem sie Objekte zusammenkrachen lassen.

Dabei werden die Schüler:innen:

• Eine Lösung zu einem Problem finden.
• Mit Modellen vor und nach einem Zusammenstoß interagieren.
• Beweise sammeln und darauf basierend Hypothesen aufstellen.
• Die Physik in Videospielen und in der echten Welt miteinander vergleichen.

Dann legen wir mal los!

Zunächst sollte dieses Einführungsvideo angesehen werden.

Angestrebte Ergebnisse

Zentrale Fragen/Ideen

Wie kann das Verhalten von Objekten bei einer Kollision vorhergesagt werden? Wie realitätsnah ist die in Fortnite vorhandene Physik?

Lernziele

Lerninhalte:

• Entwerfen eines kontrollierten Experiments.
• Beschreiben von Kollisionen basierend auf dem zweiten und dritten Newtonschen Gesetz.
• Vorhersagen von Bewegungen nach einer Kollision.
• Durchführung eines Experiments im Fortnite-Kreativmodus.
• Analyse von Daten.

Unterrichtsplan

Lernaktivitäten

Dieses Modell basiert auf dem 5E-Modell des integrierten MINT-Unterrichts: Einbindung, Erkundung, Erklärung, Erweiterung und Evaluation.

Statt der Erweiterung wird beim 5E-Modell auch manchmal von der „Ausarbeitung“ gesprochen.

Einbindung

Die Schüler:innen lernen die Phänomene von Kollisionen durch eine Vielzahl von Videos kennen, darunter ein Video zu einem Kugelstoßpendel und zu einem Crash-Test eines Safety-Cars.

Video 1: Snow Collision

Video 2: EYC funny snow tube collision

Video 3: Keansburg, New Jersey's Bumper Car Psychos

Video 4*: BUMPER CARS For LOOT in Fortnite!

*Hinweis: Video 4 ist ein Video eines Autoscooter-Minispiels in Fortnite.

Erkundung

Die Schüler:innen erkunden die physikalischen Phänomene von Kollisionen mithilfe des Fortnite-Kreativmodus. Die Schüler:innen wählen eine unabhängige Variable in Relation zum Ball-Spawnpunkt, um zu sehen, wie diese die abhängige Variable verändert. Alle anderen Variablen sollten kontrolliert sein.

Forschungsfrage

Wie beeinflusst die [unabhängige Variable] die Distanz, die ein Ball im Fortnite-Kreativmodus zurücklegt, wenn er mit einem anderen Ball kollidiert?

Mithilfe des Forschungsfrage-Arbeitsblatts können die Schüler:innen die vorgegebene Forschungsfrage bearbeiten oder basierend darauf eine eigene Forschungsfrage entwickeln. Als Referenz werden hier die Optionen des Ball-Spawnpunkts gezeigt:

Hinweise/Projektleitfaden:

• Den Schüler:innen sollte vermittelt werden, dass Wissenschaftler:innen in einem kontrollierten Experiment jeweils nur eine unabhängige Variable ändern. Wenn man beispielsweise die Ballgröße testet, bleibt die Größe des getroffenen Balls gleich, während sich die Größe des Balls, der damit kollidiert, ändert (oder umgekehrt).
• Die Schüler:innen sollen eine Skizze (Modell) von ihrem geplanten Gerät in Fortnite erstellen.
• Die Schüler:innen sollten sich zu allem Voranstehenden Gedanken machen, BEVOR sie ihr Gerät in Fortnite erstellen.

Die Schüler:innen sollten ihre Datentabelle vorbereiten, bevor sie ihr rollendes Gerät im Fortnite-Kreativmodus erstellen. Die Schüler:innen erstellen dann in Fortnite ihr rollendes Gerät und sammeln mit den folgenden Schritten Daten:

1. Die Optionen des Balls müssen im Anpassen-Menü des Ball-Spawnpunkts geändert werden.
2. Ein „Standard“-Balltyp und -Material muss als Referenz festgelegt werden.
3. Eine Datentabelle muss angelegt werden.
4. Eine Distanzmarkierung muss platziert werden. Dafür müssen die Schüler:innen am Ausgangsort des Balls stehen, dann den Cursor auf den Ort richten, an dem der Ball stehen geblieben ist, und anschließend das Mausrad drücken.
5. Für jeden Parameter muss die durchschnittlich zurückgelegte Distanz des Balls berechnet werden.
6. Die Daten sollten dann als Grafik angezeigt werden, um das Fazit belegen zu können.

Bälle können sich in Fortnite weiterbewegen, bis sie auf ein Objekt treffen und nur scheinbar „anhalten“. Die Schüler:innen sollten nach dem Moment Ausschau halten, in dem der Ball auch wirklich „anhält“.

Erklärung

Die Schüler:innen erklären die physikalischen Ereignisse mithilfe eines Laborberichts und einem Video zu ihrer Forschung. Die Erklärungen der Schüler:innen werden im Abschnitt „Claim, Evidene, Reasoning (CER)“ des Berichts bewertet.

Evaluation

Die Lehrkraft bewertet das Verständnis der Schüler:innen basierend auf der Beherrschung des Themas, ihres Laborberichts und eines erstellten Videos. Den Schüler:innen sollte es freistehen, Lernnachweise auf die Art und Weise zu erbringen zu, die sie für angemessen halten. Zu den weiteren Beweismethoden zählen zum Beispiel ein Blogeintrag oder eine Webseite.

Erweiterung

Die Schüler:innen sollenn ein ähnliches Experiment wie das Fortnite-Experiment entwerfen (unter Verwendung derselben Datentabelle), um zu untersuchen, wie sich Kollisionen bei Murmeln und/oder Kugellagern verhalten. Die Schüler:innen sollten über die festgestellten Unterschiede zwischen dem Fortnite-Experiment und dem physikalischen Experiment nachdenken und diese dokumentieren.

Externe Lehr- und Hilfsmittel

Muster „NGSS-Bericht“

Folien zur Kollisionsentscheidung

Video 1: Snow Collision

Video 2: EYC funny snow tube collision

Video 3: Keansburg, New Jersey's Bumper Car Psychos

Video 4: BUMPER CARS For LOOT in Fortnite!

Beurteilung

Vollständiger Laborbericht, der Folgendes beinhaltet:

• Leitfrage
• Hypothesen
• Verfahren
• Datentabelle und Ergebnisse
• Fazit/Reflexion

Muster eines Laborberichts: Muster „NGSS-Bericht“

Bewertungsschema

MS-PS2-2 – Eine Untersuchung planen, um nachzuweisen, dass die Änderung der Bewegung eines Objekts von der Summe der auf das Objekt ausgeübten Kräfte und der Masse des Objekts abhängt.

Bildungsstandards

NGSS

MS-PS2-2 Bewegung und Stabilität: Kraft und Wirkung Schüler:innen, die Verständnis zeigen, können: MS-PS2-2. Eine Untersuchung planen, um nachzuweisen, dass die Änderung der Bewegung eines Objekts von der Summe der auf das Objekt ausgeübten Kräfte und der Masse des Objekts abhängt.

ISTE

3 Wissensvermittlung

• Die Schüler:innen erlangen Wissen durch aktives Befassen mit realen Problemen, Entwickeln eigener Ideen und Theorien und Suchen von Antworten und Lösungen.

4 Innovatives Designen

• 4a Die Schüler:innen kennen Designprozesse und setzen sie gezielt ein, um Ideen zu entwickeln, Theorien zu testen, innovative Kunstwerke zu gestalten oder reale Probleme zu lösen.

• 4c Die Schüler:innen entwickeln, testen und verbessern Prototypen im Rahmen eines zyklischen Designprozesses.

• 4d Die Schüler:innen zeigen Toleranz für Mehrdeutigkeit, demonstrieren Beharrlichkeit und stellen ihre Fähigkeit, Probleme mit offenem Ansatz anzugehen, unter Beweis.

5 Informatisches Denken

• 5a Die Schüler:innen formulieren Problemdefinitionen, die für technologiegestützte Methoden wie Datenanalyse, abstrakte Modelle und algorithmisches Denken beim Erkunden und Finden von Lösungen geeignet sind.

• 5b Die Schüler:innen sammeln Daten oder identifizieren relevante Datensätze, verwenden digitale Tools, um sie zu analysieren, und stellen Daten auf verschiedene Weise dar, um die Problemlösung und Entscheidungsfindung zu erleichtern.

• 5c Die Schüler:innen zerlegen Probleme in einzelne Bestandteile, extrahieren wichtige Informationen und entwickeln deskriptive Modelle, um komplexe Systeme zu verstehen oder die Problemlösung zu vereinfachen.

• 5d Die Schüler:innen verstehen, wie Automatisierung funktioniert und wenden algorithmisches Denken an, um Abfolgen von Schritten zu entwickeln, mit denen automatisierte Lösungen erstellt und getestet werden können.

6 Kreative Kommunikation

• 6a Die Schüler:innen kommunizieren komplexe Ideen klar und effektiv, indem sie eine große Bandbreite digitaler Objekte wie Visualisierungen, Modelle oder Simulationen anwenden.

7 Weltweite Zusammenarbeit

• 7a Die Schüler:innen arbeiten konstruktiv in Projektteams zusammen und übernehmen dabei verschiedene Rollen und Verantwortungsbereiche, um ein gemeinsames Ziel effektiv zu erreichen.

Essenzielle Fähigkeiten im 21. Jahrhundert und fächerübergreifende Themen

Diese Lektion behandelt Bereiche mit Bezug auf Technik, Wissenschaft und Multimedia-Design. Die Lektion umfasst alle Bereiche in MINT und MINT + K.

Essenzielle Fähigkeiten im 21. Jahrhundert:

1. Kritisches Denkvermögen
2. Kreativität
3. Zusammenarbeit
4. Kommunikation
5. Technologiebewandertheit
6. Flexibilität
7. Führungsstärke
8. Initiative
9. Soziale Kompetenz

Änderungen für besondere Fälle

Den Schüler:innen sollte die Möglichkeit eines anderen (digitalen oder analogen) Tools zur Verfügung gestellt werden, um die Aktivitäten abschließen zu können. Falls nötig können adaptive Controller oder andere Eingabegeräte ausgeteilt werden.

Zusätzliche Lehrmaterialien

Weitere Lehrmaterialien als separate Dokumente (Infoblatt usw.)

• Muster „NGSS-Bericht“
• Folien zur Kollisionsentscheidung