PHY - Mechanik: Kinematik

Naturwissenschaft und Technik (NWT)

möglicher Bezug zu Schulfächern

Technik (TE)

Vorschlag zum pädagogischen Einsatz

Durch die detailreiche Physik-Engine und der direkten Abbildung bestimmter Kenngrößen im Fahrzeugeditor bietet Screw Drivers viele Anknüpfungspunkte zum Einsatz im Physikunterricht. In einem vertiefenden Themenblock zu Mechanik können mit dem Spiel so beispielsweise verschiedene Fahrzeugs-Szenarien geplant und anschließend ausgetestet werden.

So könnten die Schüler*innen anhand mehrerer aufeinanderfolgender Fragestellungen verschiedene Fahrzeuge konstruieren. Dabei werden diese auf verschiedene Parameter wie z.B. Höchstgeschwindigkeit, Beschleunigung oder Gewicht optimiert.

Exemplarische Fragen wären etwa:

Wie konstruiere ich das schnellste Automobil?
Wie erreicht mein Fahrzeug die bestmögliche Beschleunigung?
Wie wirkt sich das Gewicht meines Fahrzeugs auf Geschwindigkeit & Beschleunigung aus?
In welchem Zusammenhang stehen Höchstgeschwindigkeit & Beschleunigung bei meinem Fahrzeug?

Die Schüler*innen stellen für jede Zielvorstellung der Fragestellungen mit Blick auf die physikalischen Gesetzmäßigkeiten Vermutungen auf, welche sie dann im Anschluss durch den Fahrzeug-Editor und passende Rechnungen überprüfen können.

Im Anschluss an die spezialisierten Fahrzeug-Konstruktionen der Ausgangsfragen können die Schüler*innen auf Basis ihrer bisherigen Erkenntnisse entweder alleine oder in Gruppen ein ideales Rennfahrzeug konstruieren, womit sie gegeneinander antreten. Der Verlauf und Ausgang des Proberennens kann anschließend von der Klasse analysiert werden. Die Schüler*innen können ihr eigenes und andere Fahrzeuge auf ihre Stärken & Schwächen untersuchen und durch Rückgriff auf physikalische Überlegungen optimieren. Dabei stellen sie eine Sieg-Strategie auf und versuchen diese durch Hilfe von Berechnungen bestmöglich zu verwirklichen.

Verfügbarkeit

Windows

Downloadlink

Kerbal Space Program

Adrian — Sat, 07 Aug 2021 20:14:43 +0000

Kerbal Space Program Adrian Sa., 07.08.2021 - 22:14

PHY - Denk- und Arbeitsweisen der Physik

Grundlegende Idee der Unterrichtseinheit

Mit Kerbal Space Program erhalten die Schüler*innen die Chance, sich einem realistischen Raketenflug unter Zuhilfenahme von bisherigem Wissen aus dem Physikunterricht theoretisch anzunähern. Dabei werden mehrere Teilgebiete des Physikunterrichts wie z.B. Dynamik, Kinematik, Mechanik und Energie miteinander verknüpft.

Nach einer Einführung in die Raketenphysik und Kerbal Space Program durch die Lehrkraft, sowie einem gemeinsamen Brainstorming folgt eine umfangreiche Gruppenprojektphase, welche den Kern der Unterrichtseinheit bildet.

Im Gruppenprojekt lernen die Schüler*innen anhand von Fragestellungen die theoretischen Grundlagen eines Raketenflugs kennen. Beim erkundenden Lernen fügen Sie schrittweise die einzelnen Teilprobleme zusammen, wobei die Komplexität mit den Fragestellungen mit jedem Schritt steigt. Die Fragestellungen werden von den Schüler*innen analysiert und mögliche Lösungen mit Hilfe von Kerbal Space Program praktisch überprüft. Im Anschluss an die Planung des Raketenflugs wird dieser mit der Simulationsfunktion von KSP durchgeführt. Das geplante Vorgehen wird mit dem Ergebnis verglichen, wobei Veränderungen eingearbeitet werden und die Simulation beliebig oft wiederholt werden kann.

Die Unterrichtseinheit fördert das Problemlösen und das eigenständige Erarbeiten von Erkenntnissen durch Wissenstransfers sowie Kooperation und Komunikation.

In einer abschließenden Ergebnissicherungsphase präsentieren die Schüler*innen ihre Lösungen zu den Fragestellungen.

Gymnasium

Anspruch für Lehrkraft in Hinblick auf Technik und Spielerfahrung

Sek 2 (Klasse 11-13)

6 Unterrichtstunde(n)

geeignet für

Gruppenarbeit

Übung

Vertiefung

Unterrichtsabschnitt

15 min

Zielsetzung der Unterrichtseinheit

Inhalt des Unterrichtsabschnittes

Die Lehrkraft stellt den Schüler*innen das Thema der Unterrichtseinheit vor.

Dabei soll ein Raketenflug im Spiel Kerbal Space Program durchgeführt und anschließend analysiert und theoretisch durchdrungen werden.

Die Unterrichtseinheit findet als Gruppenarbeit statt, bei welcher die Schüler*innen durch Kooperation und Kommunikation sowie dem Rückgriff auf frühere Themengebiete und der Kombination von vorherigen Wissensständen eigenständig zum Ziel gelangen sollen. Das Problemlösen und das eigenständige Erarbeiten von Erkenntnissen durch Wissenstransfers stehen im Vordergrund.

Die Lehrkraft gibt bei Bedarf Tipps und Hilfestellung, um die Schüler*innen in ihrer Reflexion zu unterstützen.

Im Laufe der Unterrichtseinheit sollen sich die Schüler*innen einem theoretischen Modell eines Raketenflugs möglichst genau annähern.

Zu Beginn der Stunde bietet sich ein Brainstorming mit der Klasse an, um den Schüler*innen alle möglichen Einflussfaktoren bei einem Raketenflug ins Gedächtnis zu rufen.

Unterrichtsform

Plenum

Material und Technik des Unterrichtsabschnittes

Tafel für das Brainstorming

20 min

Die Benutzeroberfläche von Kerbal Space Program

Inhalt des Unterrichtsabschnittes

Aufgrund der Komplexität des Spiels stellt die Lehrkraft den Schüler*innen Kerbal Space Program zuerst vor und führt Sie durch die ersten Schritte.

Dafür erstellt die Lehrkraft einen neuen Sandbox-Spielstand und zeigt den Schüler*innen die "Fahrzeugfabrik" und die "Startrampe" (die anderen Gebäude können im Sandbox Modus ignoriert werden und sind für den Versuchsaufbaue irrelevant).

Zur Demonstration wird die erste Rakete gebaut und an der Startrampe gezündet. Die Lehrkraft erläutert währenddessen die Benutzeroberflächen der zwei Modi und die Schüler*innen erhalten die Möglichkeit, Fragen zu stellen.

Unterrichtsform

Plenum

Material und Technik des Unterrichtsabschnittes

PC mit Kerbal Space Program

25 min

Erkundungsphase: Die erste eigene Rakete

Inhalt des Unterrichtsabschnittes

Nach der Demonstration durch die Lehrkraft werden die Schüler*innen selbst tätig und machen sich mit Kerbal Space Program vertraut.

Die Erkundungsphase soll den Schüler*innen die Möglichkeit geben, sich im Spiel zu orientieren, um sich im späteren Verlauf auf die Fragestellungen fokussieren zu können.

Unterrichtsform

Gruppenarbeit (2er-Gruppen)

Material und Technik des Unterrichtsabschnittes

PC mit Kerbal Space Program

180 min

Gruppenprojekt

Inhalt des Unterrichtsabschnittes

Die Schüler*innen bilden nun Gruppen für den weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit (idealerweise 4-er Gruppen).

Das Ziel des Gruppenprojekts ist die schrittweise Erkundung anhand ausgewählter Fragestellungen.

Die Schüler*innen sollen durch die Fragen zu einer Modellierung eines Raketenflugs gelangen, die im Rahmen ihrer Möglichkeiten und Fähigkeiten verschiedene Einflussfaktoren berücksichtigt.

Methodisch wird dabei wie folgt vorgegangen:

1. Die Schüler*innen analysieren die Fragestellung. Erste Überlegungen zur Lösung und wichtigen Bestandteilen werden formuliert und notiert.

2. Eine mögliche Lösung wird berechnet. Einschränkungen der Lösung, eventuelle Ungenauigkeiten usw. werden notiert.

3. Die theoretische Lösung wird mit Hilfe von Kerbal Space Program simuliert und überprüft.

4. Eventuell werden Anpassungen an der Lösung von Schritt 3 vorgenommen und der Raketenflug erneut simuliert. Dies wird wiederholt, bis die Schüler*innen mit dem Ergebnis zufrieden sind.

5. Die Fragestellung wird auf Basis der Modellierung und der vorherigen Überlegungen beantwortet.

Beispielhafte Durchführung:

Fragestellung: Wie muss eine Rakete konstruiert sein, um von der "Startrampe" abheben zu können?

1. Es geht um die Schubkraft der Rakete und die Gravitationskraft.

2. Die Schubkraft der Rakete muss größer als die Gravitationskraft auf die entsprechende Masse der Rakete sein, damit diese abheben kann. Die Masse der Rakete kann dabei als konstant angenommen werden, auch wenn sie durch das Verbrennen des Treibstoffs kontinuierlich abnimmt.

3. Eine entsprechende Rakete wird konstruiert, bei der die Schubkraft etwas größer ist als die Gravitationskraft.

4. Danach wird die Rakete so modifiziert, dass sie etwas zu schwer ist, um starten zu können. Die beiden Versionen werden auf der "Startrampe" getestet, um die Überlegung zu überprüfen.

5. Die Fragestellung wird mit Bezugnahme auf die konstruierten Raketen beantwortet. Mehrere Lösungen sind möglich, abhängig vom vorliegenden Antrieb der Rakete. Die Masse wird als konstant angenommen, Luftwiderstand wird vernachlässigt.

Unterrichtsform

Gruppenarbeit (4-er Gruppen)

Material und Technik des Unterrichtsabschnittes

PC mit Kerbal Space Program

Heft und Stifte zur Dokumentation

30 min

Ergebnissicherung und Ausblick

Inhalt des Unterrichtsabschnittes

Zum Abschluss der Projektphase stellen die Gruppen ihre Lösungen zu den Fragestellungen vor. Dies ermöglicht die Ergebnissicherung und den Abgleich von unterschiedlich geeigneten Lösungen.

Die Lehrkraft wählt dafür pro Fragestellung eine Gruppe mit einer passenden Lösung aus. Die Gruppen bereiten ihre Lösungen vor und präsentieren diese in der nächsten Stunde vor der Klasse. Die anderen Gruppen notieren sich die entsprechenden Lösungen und vergleichen diese mit ihren Überlegungen.

Anschließend kann die Lehrkraft einen weiterführenden Ausblick in die Raketenphysik geben. (Siehe dazu "Raketenphysik, Raketengleichung von ZIOLKOWSKI" im Anhang).

Unterrichtsform

Plenum

Material und Technik des Unterrichtsabschnittes

Tafel oder Beamer für die Präsentationen

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Kommunikation und Kooperation

Dynamik

Kinematik

Prozessbezogene Kompetenzen

Erkenntnisgewinnung

Problemlösen

kollaboratives Arbeiten

Analysieren und Bewerten

PDF anzeigen

Leitperspektiven

Medienbildung (MB)

Vorbereitungszeit: 4 h

In der Schule muss eine Softwareinstallation vorgenommen werden.

Die Lehrer*innen müssen zur Vorbereitung das Spiel gespielt haben.

Links

Offizielle Website mit Tutorials

Wiki zu Kerbal Space Program

Raketenphysik, Raketengleichung von ZIOLKOWSKI

Wikipedia: Raketengrundgleichung

Raketengrundgleichung

Räumliche Ansprüche

Computerraum

Zum Spielen benötigte Geräte

PC, Computer

In der Regel wird folgende personelle Unterstützung benötigt:

Die Sprache muss eventuell indirekt über Steam auf Deutsch umgestellt werden.
Aufgrund der Komplexität der Benutzeroberfläche und der Thematik von 'Kerbal Space Program' ist es für die Lehrkraft sinnvoll, sich im Voraus selbst umfassend in das Spiel einzuarbeiten. Dabei können allerdings alle weiteren Gebäude neben der "Fahrzeugfabrik" und der "Startrampe" ignoriert werden.

Kerbal Space Program

IBackmannCSS — Thu, 09 Apr 2020 15:11:40 +0000

Kerbal Space Program IBackmannCSS Do., 09.04.2020 - 17:11

Kerbal Space Program ist Raumfahrt-Simulation und Management-Simulation gleichzeitig. Die Spieler*innen agieren in einer Raumfahrt Agentur. Dabei müssen vom Auftragsmanagement bis zum Bauen von Raketen und Spaceshuttles alle einzelnen Schritte im Vorhinein bedacht und geplant werden. Schauplatz ist das fiktionalen Sonnensystem Kerbal mit den gleichnamigen, lustigen Kerbals. Hauptaufgabe der Spieler*innen ist es, fähige Raumfahrzeuge zu erschaffen, um vielfältige Aufträge zu erledigen: Satelliten die in die Umlaufbahn gebracht werden müssen, das Landen auf dem Mond und auch anderen Planeten. Die Missionen enthalten ausführliche Anleitungen, welche die Physikalischen Konzepte hinter der Raumfahrt erklären. Im mitgelieferten Sandbox Modus ist es den Spieler*innen frei überlassen wie er seine Ressourcen verwenden möchte. Für Schüler*innen können hier auch vorgefertigte Szenarien kreiert werden.

Website / Infos zum Spiel

Hier geht's zur offiziellen Website des Spiels.

Hier geht's zum Trailer auf YouTube.

Themenbezüge

Astronomie

Raumfahrt

Inhaltsbezogene Kompetenzen

PHY - Denk- und Arbeitsweisen der Physik

möglicher Bezug zu Schulfächern

Vorschlag zum pädagogischen Einsatz

In Kerbal Space Program können Schüler*innen spielerisch erste Erfahrungen zu den Konzepten der Raumfahrt sammeln. Für den Physikunterricht eignet sich das Spiel, um Simulationen verschiedener physikalischer Gesetzmäßigkeiten durchzuführen.

Verfügbarkeit

Downloadlink

Hier geht's zum Playstation Store.

Hier geht's zum Microsoft Store.

Crazy Machines 3

IBackmannCSS — Thu, 09 Apr 2020 14:59:52 +0000

Crazy Machines 3 IBackmannCSS Do., 09.04.2020 - 16:59

Crazy Machines 3 ist die Fortsetzung eines beliebten Puzzle-Spiels mit physikalisch realen Gesetzmäßigkeiten. Im Spiel konstruiert man immer komplizierter werdende Rube-Goldberg-Maschinen. Diese führen eine Funktion in zahlreichen, lustigen Einzelschritten aus, haben aber keinen spezifischen Nutzen. Es macht einfach Spaß, die Einzelteile der Gesamtmaschine zum laufen zu bringen und ihre Funktion zu beobachten. Die große Anzahl an Bauteilen und realistischer Physik-Simulation zeichnet Crazy Machines 3 als Puzzle-Spiel dieser Art aus.

Klassenstufen

Klasse 7/8/9

Website / Infos zum Spiel

Hier geht's zur offiziellen Website des Spiels.

Hier geht's zum Release Trailer auf Youtube.

Hier geht's zu Game Reviews auf OpenCritic.

Hier geht's zu Game Reviews auf MetaCritic.

Themenbezüge

Rube-Goldberg Maschine

Inhaltsbezogene Kompetenzen

PHY - Mechanik: Dynamik

NWT - Energie & Mobilität

NWT - Stoffe & Produkte

möglicher Bezug zu Schulfächern

Kunst/Werken (K/W)

Bildende Kunst (BK)

Vorschlag zum pädagogischen Einsatz

Crazy Machines 3 kann als Schaubild für den Physikunterricht dienen und den Schüler*innen spielerisch Konzepte der Mechanik aufzeigen. Für den Kunst- und Werken-Unterricht kann das Spiel als Konstruktionshilfe für mechanische Projekte und Rube-Goldberg-Maschinen dienen.

Verfügbarkeit

PC, Computer

Windows

Spieler*innenaccount

Steam

Downloadlink

Hier geht's zur offiziellen Website des Spiels.

Portal

Alike_Dev — Wed, 12 Feb 2020 15:00:04 +0000

Portal Alike_Dev Mi., 12.02.2020 - 16:00

Portal fordert eine clevere Kombination aus Geschicklichkeit und räumlich-physikalischem Vorstellungsvermögen. Zudem wirft die Erzählung beunruhigende Fragen über die Verantwortung gegenüber künstlicher Intelligenz auf. Das Spiel beruht auf der Spielmechanik eines Shooters, doch die Waffe ist eine "Portalpistole" bzw. "aperture gun".

Man spielt die junge Frau Chell, die sich alleine in einem Testgelände der Firma Aperture Laboratories wiederfindet. Ziel des Spiels ist es, Chell durch verschiedene Testkammern durchzumanövrieren, ohne dass sie dabei zu Schaden kommt. Dazu nutzt man die Portal-Pistole. In der einen Einstellung "schießt" man das Eingangstor eines Portals und mit der anderen Einstellung kann man den zugehörigen Ausgang an anderer Stelle schießen. Durch dieses Portal kann man dann ohne jegliche Zeitverschiebung hindurchtreten. Die Testkammern lassen sich durchqueren, wenn man das Prinzip der Portal-Pistole versteht und entsprechend zur Überwindung der Hindernisse nutzt. Die Schwierigkeit der Hindernisse nimmt dabei mit jeder Testkammer zu.

Über den Verlauf des Spiels wird man von der Computerstimme GLaDOS geleitet, die am Anfang noch recht freundlich und hilfsbereit wirkt. Je weiter man jedoch im Spiel voranschreitet, desto unheimlicher und eigensinniger wird die Computerstimme. Es finden sich auch Anzeichen dafür, dass GLaDOS nicht ehrlich zu Chell ist.

Website / Infos zum Spiel

Hier geht's zum Trailer auf YouTube.

Themenbezüge

Räumliches Denken

Inhaltsbezogene Kompetenzen

ETH - Mensch und Natur

MAT - Leitidee Raum und Form

PHY - Mechanik: Dynamik

möglicher Bezug zu Schulfächern

Ethik (ETH)

Mathematik (MAT)

Vorschlag zum pädagogischen Einsatz

Das Spiel eignet sich einerseits, um logisches Denken für physikalische und mathematisch-räumliche Aufgaben zu fördern.

Sehr interessant ist andererseits auch die ethische Frage, die der Erzählung zugrunde liegt: Wie gehen wir mit künstlicher Intelligenz um, wenn sie ein Bewusstsein entwickelt? Was machen wir, wenn dieses Bewusstsein einem Menschen schaden will?

Verfügbarkeit

Downloadlink