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Physikunterricht auf dem nächsten Level

ZHAW-Dozent Kurt Pernstich setzt auf «Gamification» in der Lehre: Mit der Web-App e-Ex nutzt er den Spieltrieb seiner Studierenden, um sie für Physikaufgaben zu begeistern. Die Methode kommt gut an.

Mit seiner Web-App e-Ex geht Dozent Kurt Pernstich neue Wege im Physikunterricht.
Die Studierenden sehen auch, wo sie mit ihrer Punktzahl innerhalb der Klasse stehen.
Nadine Stucki und Matthias Auf der Maur gehören zu den ersten Studierenden, die mit e-Ex gearbeitet haben.

Kurt Pernstich mag Computerspiele. Der Dozent vom ZHAW-Institute of Computational Physics weiss, wie man sich in ein Game reinsteigern kann und wie einen der Spieltrieb nicht mehr loslässt – Level für Level. «Diese Verhaltensmuster sind längst erforscht und bekannt; warum soll man sie also nicht für die Lehre sinnvoll anwenden», fragt der Dozent. Als die ZHAW School of Engineering einen Wettbewerb für Pilotprojekte digitaler Lehrformen ausschrieb, hat sich Kurt Pernstich an die Umsetzung seiner Idee gemacht. Dabei konnte er auf bestehendes zurückgreifen: «Mein Kollege Matthias Templ, Dozent für statistische Datenanalyse, hatte bereits ein Programm entwickelt, um Übungen im Unterricht digital einzusetzen. Anstatt bei null anzufangen, konnte ich meine Idee auf dieser Plattform aufbauen.» Herausgekommen ist die Web-Applikation e-Exercises oder kurz e-Ex, die Kurt Pernstich nun im Physikunterricht einsetzt.

Mit jeder richtigen Lösung steigt das Punktekonto

«In meinem Physikunterricht findet ein Grossteil der Übungen im Selbststudium statt. Als Dozent hatte ich bisher kaum Kontrolle über den Lernfortschritt. Studierende konsultieren teilweise vorschnell die Musterlösung und meinen die Aufgabe gemeistert zu haben – doch da irren sie sich häufig», erklärt Kurt Pernstich. Mit e-Ex stellt er die Übungsaufgaben nun online zur Verfügung. Inhaltlich unterscheiden sich die Übungsaufgaben nicht von herkömmlichen Arbeitsblättern, die bislang als PDF verteilt wurden. Ein wesentlicher Unterschied ist aber das Punktesystem und der dadurch gesetzte Anreiz – die sogenannte Gamification des Lernprozesses: Die Studierenden erhalten Punkte für korrekte Lösungen. Wer Hilfe benötigt, kann sich vom System Tipps geben lassen, wobei jeder Hinweis Punkte kostet. «Durch das Punktesystem erhalten die Studierenden live Feedback über den persönlichen Lernerfolg und ich als Dozent über den Lernerfolg der Klasse», so Kurt Pernstich. Innerhalb von e-Ex können die Studierenden nicht nur mit dem Dozenten, sondern auch untereinander Kontakt aufnehmen und sich gegenseitig bei den Aufgaben helfen. Wer anderen hilft, erhält ebenfalls Punkte. Ein weiteres Feature von e-Ex ist die Möglichkeit, die Musterlösung zu kommentieren, falls man die Aufgabe nicht lösen konnte. «Durch dieses Verschriftlichen findet vertieftes Lernen statt», sagt Kurt Pernstich.

Durch das Punktesystem erhalten die Studierenden live Feedback über den persönlichen Lernerfolg und ich als Dozent über den Lernerfolg der Klasse.

Kurt Pernstich, Physik-Dozent

Anfängliche Skepsis bei Studierenden verflogen

Notenrelevant ist das Abschneiden bei e-Ex für die Studierenden nicht. «Übungen sind zum Lernen da, also wäre es fatal, die Studierenden für Fehler zu bestrafen», so der Dozent. Nadine Stucki und Matthias Auf der Maur studieren Verkehrssysteme und sind zwei von rund 20 Studierenden, die im Physikunterricht bereits mit e-Ex arbeiten. «Dass es zwar Punkte gibt, aber dennoch das Resultat keinen Einfluss auf die Noten hat, ist für die meisten Studierenden zunächst irritierend gewesen», sagt Matthias Auf der Maur. «Ausserdem fühlt man sich ein Stück weit überwacht, wenn der Dozent sieht, ob und wie gut man die Übungen gemacht hat.» Auch Nadine Stucki war zunächst skeptisch: «Ich befürchtete vor allem, dass der Lernaufwand für mich persönlich grösser wird, weil e-Ex vielleicht noch technische Probleme hat», so die Studentin. «Rückblickend kann ich nur sagen, dass mir diese Art des Lernens viel gebracht hat. Im nächsten Semester würde ich gerne weiter mit e-Ex arbeiten.» Matthias Auf der Maur hat inzwischen auch keine Zweifel mehr an den Vorteilen des neuen Lernformats: «Wir lernen motivierter und der direkte Draht zum Dozenten ist etwas, worum uns Studierende an anderen Hochschulen beneiden», sagt der Student. «Und dass ich mich beobachtet fühle, führt schlussendlich nur dazu, dass ich am Ball bleibe, die Übungen mache und nicht alles bis zur Prüfung aufschiebe.»

Rückblickend kann ich nur sagen, dass mir diese Art des Lernens viel gebracht hat.

Nadine Stucki, Verkehrssysteme-Studentin

e-Ex auch für andere Fächer adaptierbar

Mit seiner Web-App e-Ex hat Kurt Pernstich ein neuartiges und einzigartiges Tool in der e-Didaktik-Landschaft ins Leben gerufen. «Die Web-App lässt sich in vielen MINT-Fächern einsetzen, insbesondere in Physik und Statistik mit der Programmiersprache R sowie in allen Fächern, in denen die Übungsaufgaben ein numerisches Resultat liefern», sagt der Physik-Dozent. «Anpassungen an die Anforderungen für Mathematik und andere Fächer sollten mit mässigem Aufwand möglich sein.» Kurt Pernstich ist deshalb davon überzeugt, dass sich die Weiterentwicklung von e-Ex lohnen wird. «Die Web-App bietet einen Mehrwert für digitale Lehrformen und passt hervorragend in die Strategie der ZHAW zur digitalen Transformation», so der Dozent abschliessend.