Die Förderung des algorithmischen Denkens unterstützt die (Weiter-)Entwicklung von Kompetenzen wie Abstrahieren und Generalisieren, Evaluieren und iterativ Optimieren, Informationen darstellen und präzise Kommunizieren. Ein zentraler Aspekt ist das Entwerfen und Analysieren von Algorithmen, also von möglichst eindeutigen Problemlösemethoden. Im Projekt wurden interdisziplinäre Unterrichtseinheiten ausgearbeitet, welche den Aufbau nachhaltiger Problemlösekompetenzen unterstützen.

Die Unterrichtseinheiten richten sich an (angehende) Lehrpersonen und beinhalten jeweils eine Einführung, Aufgaben mit ausführlichen Lösungshinweisen, didaktische Kommentare und Angaben zu weiterführender Literatur. Die Aufgaben können stufengerecht (teilweise auch für die Sekundarstufe) angepasst im Unterricht verwendet werden.

In Workshops wurden sie vor allem mit PH-Dozierenden (aller Fachbereiche) durchgeführt und diskutiert. Fast alle Teilnehmenden beurteilen die Förderung des algorithmischen Denkens in der Schule als wichtig sowie die Sammlung interdisziplinärer Unterrichtseinheiten als hilfreich. Entsprechend beabsichtigt die Mehrheit der befragten Dozierenden, algorithmisches Denken in ihre Lehrtätigkeit zu integrieren.

Im Projekt „CAS: Robotik in der Grundschule“ wurde ein CAS in Bildungsrobotik entwickelt. Im Rahmen des Projekts wurden die teilnehmenden Lehrpersonen, die keine spezifischen Kenntnisse im Bereich der eingesetzten Technologie besitzen, ausgebildet und begleitet. Die Inhalte der Weiterbildung umfassen das Konzept des Computional Thinking (Wing, 2006), die Methode des Projektunterrichts sowie die Funktionsweise der verwendeten Roboter und der digitalen Technologien.

Das CAS wurde drei Mal angeboten und es wurden ca. 40 Lehrpersonen ausgebildet, die die Robotertechnik in ihren Klassen einsetzen und somit den Schülerinnen und Schülern Grundkenntnisse der Programmierung und des Konzepts des Computional Thinking beibringen.

Das Projekt startete mit der Annahme, dass der Informatikunterricht in den verschiedenen Bildungsstufen eine zunehmend wichtige Rolle einnehmen wird, dass die dafür zuständigen Lehrpersonen aber noch unzureichend darauf vorbereitet sind. Wir konnten im Projekt zeigen, dass diese Leerstellen im Bereich der Fachdidaktik und der Professionalisierung mit biografischen Ressourcen aufgefüllt und dass diese subsidiären Strategien oft von geschlechterstereotypisierenden Zuschreibungen an das Fach und an die Lernenden und Studierenden begleitet sind.

Als Ergebnis erkennen wir ein doppeltes Gendering: Es werden einerseits gegenüber Schüler*innen und Studierenden geschlechterspezifische Zuschreibungen gemacht, andererseits wird Informatik als Technologie gegendert. In diesem Prozess werden bestimmte Schüler*innen und Studierende ausgeschlossen. Das Projekt zeigt erste Wege auf, wie der Informatikunterricht gendergerechter gestaltet werden könnte und welchen Einfluss und welche Verantwortung Lehrpersonen in diesem Prozess haben und haben könnten. So haben wir im Projekt versucht, mit dem Fokus auf das Konzept des «Computational Thinkings» im Unterricht einen Weg aufzuzeigen, wie Informatik unterrichtet und entsprechende Kompetenzen entwickelt werden könnten. Der Transfer dieser Projektergebnisse fand in zahlreichen Veranstaltungen in der Lehre an unseren Ausbildungsinstitutionen statt.

Das LEGO Education Innovation Studio (LEIS) ist seit dem 2. Schweizer Digitaltag vom 25. Oktober 2018 für Schülerinnen und Schüler sowie Lehrpersonen der Volksschule im Hochschulzentrum vonRoll der Pädagogischen Hochschule PHBern offen. Im LEIS können sich Schülerinnen und Schüler auf spielerische und entdeckende Weise mit Facetten der Digitalisierung auseinandersetzen. Sie machen Erfahrungen mit technischen Fragestellungen, mit Programmieren sowie im Umgang mit Robotern und werden von Studierenden und Dozierenden der PHBern begleitet.

Viele Kindergarten- und Primarklassen haben seither mit viel Freude im LEIS gearbeitet. Einige Schulen haben LEIS-Materialien für den Unterricht oder für die interne Weiterbildung ausgeliehen. Teilweise wurden diese Schulen von Studierenden oder Dozierenden der PHBern betreut. Schliesslich wird das LEIS auch regelmässig in der Aus- und Weiterbildung von (zukünftigen) Lehrpersonen sowie in hochschulübergreifenden, gemeinsamen Veranstaltungen mit der Berner Fachhochschule (BFH) genutzt.

Das LEIS ist seit 1. August 2019 in den Think Tank «Medien und Informatik» der PHBern integriert. Somit ist der zukünftige Betrieb des LEIS sichergestellt.

Die Pädagogische Hochschule Luzern baute in Zusammenarbeit mit der Hochschule Luzern Technik & Architektur sowie Informatik ein RobertaRegioZentrum für den Kanton Luzern auf. Die Roberta®-Initiative fördert durch gendergerechte Lernumgebungen mit Robotern den Zugang zu Informatik und Technik. Lehramtsstudierende und Lehrpersonen wurden durch unterschiedliche Angebote für den künftigen Einsatz von Robotik und Technik im Unterricht vorbereitet.

In drei Roberta-Basis-Schulungen wurden insgesamt 12 Mitarbeitende der beiden Hochschulen, 11 Lehrpersonen und 32 Lehramtsstudierende mit Fächerwahl Medien und Informatik für die Sekundarstufe 1 zu Roberta-Teachers sowie eine Mitarbeiterin zum Roberta-Coach weitergebildet. Über 500 angehende Kindergarten- und Primarlehrpersonen wurden in Form einer Kurzintervention geschult. Weiter wurden eine Ausleihe von Robotik-Hardware sowie eine Webseite mit unterstützenden Ressourcen für den gelingenden Praxiseinsatz aufgebaut.

Im Rahmen eines dreijährigen Joint Masters von zwei Departementen der Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana SUPSI (Dipartimento formazione e apprendimento DFA und Dipartimento tecnologie innovative DTI) wurden neue Wege in der Ausbildung von Mathematiklehrpersonen beschritten.

Ziel dieser Master-Ausbildung ist es, Ingenieure/-innen und Naturwissenschaftler/-innen FH zu Mathematiklehrpersonen für die Sekundarstufe I auszubilden. Die Ausbildung ist schweizweit anerkannt.

Im Projekt wurde eine hochschulübergreifende Lehrveranstaltung entwickelt, durchgeführt und beforscht. Deren Ziel war es, bei angehenden Primarlehrpersonen, Architekt*innen und Techniker*innen in Kooperation ein Verständnis von Technik als gelebte Praxis und als gesellschaftlich und kulturell eingebetteten Prozess aufzubauen. Inhaltlich forderte eine offene Aufgabenstellung die Studierendengruppen dazu auf, Objekte zum Thema «Shelter: Schutz, Zuflucht, Obdach» zu realisieren. Über die Auseinandersetzung mit den individuellen Technikverständnissen und den unterschiedlichen disziplinären Technikzugängen erarbeiteten die Projektgruppen dazu je eigene Realisierungsstrategien. Die Auswertung zeigte, dass durch die Aushandlungsprozesse zwischen den Studierenden hochschulübergreifende Lernprozesse - z.B. im Hinblick auf Perspektivenwechsel oder Kommunikationskulturen - angestossen wurden. Es entstand ein Pool an Möglichkeiten, welcher eine Chance für inhaltlichen Austausch und die daraus entstehenden Projekte darstellt.

Bedauerlicherweise wurden im Projekt aber die Auseinandersetzungen und Begegnungen zwischen den Studierenden nicht in den Projektprodukten sichtbar und die Umsetzungen der Aufgabe blieben auf einem inhaltlich-technisch wenig komplexen Niveau. Dies hatte unter anderem strukturelle Gründe: Die verschiedenen Hochschulen folgen einer eigenen internen Logik, welche sich beispielsweise in nicht-kompatiblen Stundenplänen und Ausschreibungsmodellen oder in unterschiedlichen Kommunikations- und Verständigungsformen manifestiert. Dadurch wird das Entwickeln von Lehrveranstaltungen zeitintensiv und anspruchsvoll. Ebenso zeigen sich hochschulkulturelle Unterschiede bezüglich Themen wie Studierenden-Begleitung oder Formen der Rückmeldung. Es war für Studierenden anspruchsvoll, sich punktuell und in kurzer Zeit auf andere, ihnen weniger vertraute Elemente des Lehr-/Lernbetriebs einzustellen.

Im Projekt "Kontexte aus der technischen Forschung" analysierten Lehramtsstudierende der Sekundarstufe 1 während eines Semestermoduls Forschungsprojekte der Hochschule Luzern Technik und Architektur, erfassten die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte und bereiteten daraus für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe 1 Lernumgebungen mit Lehrplanbezug vor. Fachlich wurden sie dabei jeweils von wissenschaftlichen Mitarbeitenden der Hochschule Luzern und fachdidaktisch von Dozierenden der PH Luzern unterstützt. Die Kontexte bezogen sich thematisch auf Kompetenzen im Lehrplan 21, 3. Zyklus, Fachbereich Natur und Technik.

Das Modul wurde im Projektzeitraum viermal mit insgesamt rund 160 Lehramtsstudierenden und 23 Schulklassen unter Begleitung der jeweiligen Lehrpersonen durchgeführt. Die Lehramtsstudierenden waren interessiert an den Forschungsprojekten und trauten sich nach dem Modul mehr zu, solche physikalisch-technischen Themen zu unterrichten.

Die vielen Tests rund um COVID-19 zeigen heute den Einfluss komplexer Analytik. Wir wollten mit unserem Projekt «Moderne Analytik im Unterricht» zugrundeliegende Prinzipien, Verfahren und Probleme erfahren lassen, um mehr Selbstbestimmung zu ermöglichen. Wir haben dieses Ziel erreicht. Ein Spektrometer mit Lego® (siehe Foto) wurde entwickelt und wird nun, als Bausatz angeboten, von vielen Lernenden aufgebaut und an Schulen für grundlegende Erfahrungen eingesetzt.

Mit ausleihbaren Schülerspektrometern können auch erweiterte quantitative Fragestellungen bearbeitet und mit drei modernen professionellen Geräten vertieft werden. Dieses Angebot konnte leider während der Pandemie zu wenig genutzt werden. Für das Leuchtturmprojekt, ein kleines, erschwingliches ebenfalls ausleihbares NMR-Gerät für Schulen, fehlten leider am Schluss die Mittel. Mehrere gut nachgefragte Lehrerweiterbildungen und Kongressbeiträge in In- und Ausland sowie ein geplanter Einsatz in einem technischen Museum zeugen vom grossen Interesse am Thema.

Das vorliegende MINT-Projekt ist Teil einer empirischen Studie, die auf die Fachdidaktik des Technischen Gestaltens ausgerichtet ist. Im Brennpunkt der umfangreichen Analyse steht die Frage nach qualitätsvollem Unterricht im Technischen Gestalten. Die Datenerhebung wurde im Juni 2018 in Deutschschweizer Kantonen durchgeführt.

Eine Latent Profile Analysis (LPA), macht drei Unterrichtstypen mit je einem spezifischen Profil sichtbar. Die darauf aufbauende multinominale logistische Regression zeigt, dass Lehrpersonen auf Grund von persönlichen und professionellen Voraussetzungen zu einem der Unterrichtstypen neigen. Zusammenhänge zwischen den Unterrichtstypen und den schulischen Einflussgrössen auf der Schülerinnen- und Schülerseite werden durch eine Mehrebenenanalyse (MSEM, 2-1-1) erkennbar.

Insgesamt zeigt sich der positive Einfluss eines Unterrichtes mit offenen Aufgabenstellungen und hoher Struktur auf die Lernenden. Aus den Ergebnissen können Empfehlungen für die fachdidaktische Lehre und Ansätze für einen gendergerechten Unterricht im Technischen Gestalten abgegeben werden.

Insgesamt 8 Klassen an verschiedenen Schulstandorten untersuchen über einen Zeitraum von 6 Monaten bis zu einem Jahr einzeln oder in Gruppen eine Fläche von 20 m2 in ihrer Umgebung. Ihre Untersuchungen dokumentieren sie laufend. Eindrücke, Messwerte und Ergebnisse vergleichen sie mit Hilfe einer eigens erstellten Webseite mit ihren Klassenkameradinnen und Klassenkameraden. Die Beobachtungen und erfassten Daten bieten einen praxisorientierten Bezug zu MINT. Erste Erfahrungen zu wissenschaftlichem Arbeiten werden gemacht. Zudem werden die Schülerinnen und Schüler durch den Bezug zu «ihrem» Stück Land zu einem nachhaltigen Umgang mit der Natur angeregt.

Studierende der PHBern erarbeiten zusammen mit Expertinnen und Experten aus der BFH Unterrichtsmaterialien. Zur selbständigen Langzeitbeobachtung und Langzeitmessung von biotischen und abiotischen Faktoren auf den Versuchsflächen werden von den Schülerinnen und Schüler zudem geeignete Messgeräte eingesetzt, die vorab von den Studierenden der PHBern ausgewählt und getestet wurden. Die Schülerinnen arbeiten unter anderem mit Wildkameras, Dataloggern und mobilen Wetterstationen. Zur Übermittlung der Daten aus den verschiedenen Beobachtungsflächen wird unter anderem der Einsatz des LORA (Internet der Dinge, Expertise bei BFH TI Biel) Netzwerks verwendet. Die gemachten Erfahrungen aus dem Projekt fliessen ein in die Organisation und Durchführung eines Lehr-/Lernangebot im Rahmen von Weiterbildungsangeboten für Lehrpersonen.

Unsere Welt ist durch Elektronik geprägt und hat auch für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I einen unmittelbaren Lebensweltbezug, wenn oft auch kaum explizit wahrgenommen. Deshalb taucht die Thematik im Lehrplan 21 verstärkt auf. Im Projekt «Elektronik» wurde daher an einem Lehrangebot für die Grundausbildung der Lehrpersonen der Sekundarstufe I gearbeitet, das die grundlegenden physikalischen Konzepte der Elektronik vermittelt und insbesondere den Übergang von der analogen zur digitalen Elektronik aufzeigt.

Es wurden geeignete Unterrichtsmaterialien entwickelt und erprobt, die nun auch als Weiterbildungsangebot für Lehrpersonen genutzt werden sollen. Dabei wird angestrebt, die NT-Fachkompetenzen mit den Lehrplankompetenzen des Moduls Medien und Informatik und des Fachs TTG zu verbinden.

Informationen zu den Ergebnissen dieses Projekts folgen.

Die technische Allgemeinbildung stellt eine Querschnittsdisziplin dar, die an der Volksschule von verschiedenen (Fach-)Lehrpersonen umgesetzt wird. Mit dem Lehrplan 21, der zum Teil die Förderung ähnlicher Kompetenzen in verschiedenen Fachbereichen vorsieht, drängen sich fächerübergreifende Absprache und Koordination auf. Zudem stellt sich die Frage nach den Zulassungsbedingungen und Zielen der technischen Berufs- und Tertiärbildung und was die Volksschule dazu beitragen kann, dass ihre Abgänger*innen gut vorbereitet eine entsprechende Laufbahn einschlagen können.

Im Projekt wurden Konzepte, Definitionen und Lehrpläne aller Schulstufen bezüglich technischer Allgemein- und Berufsbildung analysiert. Zudem wurden in interdisziplinärer Zusammenarbeit exemplarische Lehr- und Lerneinheiten für die Sekundarstufe I entwickelt mit dem Schwerpunkt auf den Studienfächern Natur und Technik sowie Technisches und Textiles Gestalten. Dozierende und Forschende der technischen und pädagogischen Hochschulen haben fächerübergreifende Lehreinheiten zum Thema Bionik, Beton und Hightech-Textilien entwickelt, erprobt und evaluiert.

Ein Teil der Projektergebnisse wurde in einem Skript für die Aus- und Weiterbildung von Lehrpersonen in der Schweiz zusammengefasst. Das übergeordnete Ziel der Publikation ist es, dass angehende und amtierende Fachlehrpersonen die Ziele einer technischen Allgemeinbildung kennen und den Beitrag, den verschiedene Fächer dazu leisten können.

Die Dienststelle Volksschulbildung Kanton Luzern organisiert mit Unterstützung der Pädagogischen Hochschule Luzern eine MINT-Werkstatt für 3. - 6. Primarklassen im Rahmen des Legislaturziels MINT-Förderung. Die Themen beziehen sich dabei auf Kompetenzen des Lehrplan 21, 2. Zyklus, der Fachbereiche Natur, Mensch, Gesellschaft sowie Medien und Informatik. Begleitend finden pro Projektschule zwei Weiterbildungshalbtage für Primarlehrpersonen statt.

Durch Referate von Expertinnen und Experten der Hochschule Luzern und durch die didaktische und kompetenzorientierte Aufbereitung bzw. Weiterentwicklung von lehrplanrelevanten MINT-Themen durch die PH Luzern wurden Lehrpersonen in der Unterrichtsgestaltung für Primarlernende fachlich und fachdidaktisch unterstützt und weitergebildet. Insgesamt konnten im Projektzeitraum von 2017 – 2020 über 650 Lehrpersonen aus mehr als 50 Schulen mit rund 330 Klassen weitergebildet und begleitet werden.

Das Projekt will die Maker-Idee, die in den verschiedenen FabLabs und MakerSpaces weltweit gelebt wird, in die Schulzimmer bringen. Das FHNW Maker Studio stellt ein entsprechendes Kursprogramm für Lehrpersonen zur Verfügung, um den Umgang mit sogenannten MakerBoxen zu lernen. Diese MakerBoxen können über die Bibliotheken der FHNW ausgeliehen werden und orientieren sich an Themenboxen für den Projektunterricht. Die MakerBoxen folgen einem didaktischen Konzept. Im Rahmen des Projektes entstand das didaktische Konzept und zwei MakerBoxen: "Formen tiefziehen und Schokolade giessen", "Smarte Kleider".

Hinter einer MakerBox steckt folgende zentrale Idee: Bei der Entwicklung einer MakerBox wird darauf geachtet, dass der Einstieg nicht primär über typische MINT-Themen, sondern wenn möglich "hands on" erfolgt, d.h. dass die Boxen ein Thema aus dem Alltag aufgreifen, dass sie fächerübergreifend einsetzbar und skalierbar sind, dass einfach zu bedienende Werkzeuge eingesetzt werden und dass klare Anleitungen sowie unterstützende und weiterführende Angebote insbesondere für die Lehrpersonen zur Verfügung stehen.

Um dem Fachkräftemangel in MINT-Berufen und -Studiengängen entgegenzuwirken, unterstützt das TecLab Lehrpersonen beim Unterricht in den entsprechenden Schulfächern, indem MINT-Themen auf praxis- und alltagsnahe Art für schulische und ausserschulische Angebote aufgearbeitet werden. Das TecLab bietet beispielsweise Schulklassen vom Kindergarten bis zum 3. Zyklus ein Angebot an MINT-Tagen oder -Wochen zu den Themen Mobilität, Energie, Industrie 4.0 und Digitalisierung an. Für die Lehrpersonen der Klassen entwickelt das TecLab zudem Materialien und spezifische Weiterbildungen für die weitere Bearbeitung der Themen im regulären Unterricht. Schon früh werden Kinder und Jugendliche damit altersgerecht an Technik und Informatik herangeführt.

Das Angebot am TecLab ist auf den Lehrplan 21 abgestimmt. Mit dem Lehrplanbezug und Ideen zur Vor- und Nachbereitung der MINT-Tage werden Lehrpersonen motiviert, Technik und Informatik auch unter Aspekten der Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE), überfachlichen Kompetenzen und eher sozial- oder wirtschaftsbezogenen Fachbereichen (WAH, RZG, ERG, etc.) in ihren Unterricht zu integrieren.

Im Rahmen des Programms «Nationales Netzwerk MINT-Bildung» konnten durch die Zusammenarbeit von Fachpersonen der PHBern und der BFH beträchtliche Fortschritte in der Entwicklung der Angebote und der Ausrichtung dieser auf die konkreten Bedürfnisse von Lehrpersonen gemacht werden. Die Entwicklung des TecLab wird auch nach Abschluss des Projekts weiter vorangetrieben.

Den Studierenden verschiedener Studiengänge der BFH und der PHBern fällt es oft schwer, Ihre Kenntnisse über Materialien, ihre Eigenschaften und Verwendungszwecke aufzubereiten. Das Material-Archiv ist eine dezentrale Sammlung von Materialien und Werkstoffen und macht über eine Online-Datenbank detailliert aufbereitetes Materialwissen öffentlich zugänglich, stellt jedoch bisher keine didaktischen Hilfen zur Verfügung. Diese Lücke wird durch die Materialerkennungsblätter geschlossen, die in enger Zusammenarbeit mit Dozierenden beider Hochschulen entwickelt wurden.

Auf den zwölf Basis- und den sechzehn Zusatzunterlagen sind jeweils zwölf für diese Gruppe exemplarische Materialien abgebildet sowie ihre wesentlichen Merkmale und Verwendungen beschrieben. Die Unterlagen ermöglichen es den Studierenden der BFH und der PHBern, selbständig damit zu arbeiten und sich das Materialwissen anzueignen.

An den Standorten der BFH und der PHBern wurden den Studierenden zugängliche Sammlungen mit den entsprechenden Materialmustern aufgebaut. Für die Volksschule gibt es zusätzlich ausleihbare Koffer mit realen Materialmustern und didaktischen Hinweisen für deren Verwendung im Unterricht.

Das Projekt beinhaltete den Aufbau einer MINT-Werkstatt als niederschwellige Plattform für die Aus- und Weiterbildung von Lehrpersonen und Studierenden der PHBern an der Technischen Fachschule Bern unter Beteiligung der Berner Fachhochschule BFH. Dazu wurde im FS2018 von Studierenden der PHBern in Kooperation mit Mitarbeitenden der TF Bern eine Technikwoche («Hello Robot») für Schülerinnen und Schüler des 7. Schuljahres konzipiert und durchgeführt. Dabei gelang ein vertiefter fachlicher und didaktischer Austausch der Studierenden der PHBern mit den Berufsbildnern, den Dozierenden beider Institutionen und der Lernenden der TF Bern.

An der PHBern wurden ferner in zwei Seminaren («Bauen und Wohnen» und «Arbeit und Produktion») Vermittlungsangebote entwickelt und erprobt, in welchen Erfahrungen hinsichtlich zu entwickelnder Angebote für das TecLab Burgdorf, gewonnen wurden. Diese Erfahrungen werden aktuell bei der Entwicklung des MINT-Angebots im TecLab Burgdorf genutzt.

In diesem Projekt wurden spezifische Veranstaltungen geplant und realisiert, welche (a) Schulklassen der Sekundarstufe I ansprechen (Tec4Teen) und (b) Reflexion- und Lernmomente für (angehende) Lehrerinnen und Lehrer dieser Stufe anbieten (Tec4Teachers). Die zwei Veranstaltungstypen sind miteinander verbunden und sollen den (angehenden) Lehrpersonen Ideen und Anregungen geben, wie sie die technischen Inhalte, die im Rahmen der Tec4Teen-Ateliers vermittelt werden, nachhaltig in ihren Unterricht integrieren können. Die Veranstaltungen wurden in Rahmen des Sportech Events 2019 (https://www.sportech-tenero.ch/) durchgeführt. Die Veranstaltung für die Lehrpersonen wurde 2 weitere Mal angeboten.

Im Lehramtsstudium ist die Ausbildungszeit für fachinhaltliche Themen, besonders auf der Primarstufe, begrenzt. Das Projektteam der Hochschule Luzern und Pädagogischen Hochschule Luzern entwickelte deshalb in diesem Projekt Kurzinterventionen (ab 2 Doppelstunden) zu MINT-Themen mit Bezügen zum Lehrplan 21, 2. und 3. Zyklus, Fachbereich Natur, Mensch, Gesellschaft sowie Fachbereich Medien und Informatik. Diese wurden anschliessend in den Modulen der Fächer NMG, Medien und Informatik sowie in der MINT-Spezialisierung durchgeführt.

In der Projektlaufzeit von 2017-2020 wurden vier unterschiedliche Kurzinterventionen konzipiert und mit insgesamt 200 Lehramtsstudierenden durchgeführt: «Creative Coding» im Fachbereich Medien und Informatik für Sekundarstufe 1, «Energieumwandlung und Elektromotoren in den drei Ingenieurbereichen» im Fach NMG für Primarstufe, «Gebäudehüllen für eine nachhaltige Zukunft» und «Technikeinführung» in der Spezialisierung MINT für alle Stufen.

In diesem Projekt wurde für Experimente zum Stromkreis ein Prototyp durch die Hochschule Luzern Informatik technisch erstellt, von der Pädagogischen Hochschule Luzern konzeptionell und didaktisch angeleitet. Der Einsatz in der Lehrpersonenbildung zielte auf die Förderung von technologiebezogenem fachdidaktischem Wissen (TPACK) ab, das die angehenden Lehrpersonen befähigen soll, die neuen Möglichkeiten digitaler Technologien lernförderlich im Unterricht zu integrieren. Hierzu wurden Realexperimente für den Physikunterricht mit virtuellen Objekten angereichert, so dass die Verwendung physikalischer Modelle und deren kritische Beurteilung erleichtert wurde.

Der Einsatz von Augmented Reality wurde anhand des entwickelten Prototyps in der Aus- und Weiterbildung angehender Lehrpersonen für das Fach Natur und Technik auf der Sekundarstufe 1 erprobt.

Grundgedanke des viertägigen Weiterbildungskurses «Selbst experimentieren und entwickeln» ist es, Primarlehrpersonen einen authentischen Zugang zu Technik und Naturwissenschaften zu ermöglichen, allfällige Berührungsängste abzubauen und ihre technisch-naturwissenschaftlichen Kompetenzen aufzubauen. Dabei sollen die vorhandenen Infrastrukturen und Ressourcen der technischen Fachhochschulen und der Pädagogischen Hochschule genutzt werden.

Die Kursteilnehmenden erhalten Einblicke in die praktische Arbeitsweise von (angehenden) Ingenieur*innen. Sie werden an verschiedene Themengebiete herangeführt, indem sie vor allem selbst ausprobieren und praktisch lernen können. Konkret experimentieren die Lehrpersonen zu den Themen "Bakterien/Antibiotika-Resistenzen" sowie "Roboter bauen und programmieren", mit direktem Bezug zur Unterrichtspraxis.

Die Teilnehmenden der Pilotveranstaltung im Juli 2019 haben durchwegs positives Feedback gegeben. Es wurde sehr geschätzt, dass sie selbst ausprobieren konnten und «eine Schülersituation selbst erleben» durften. Zudem wurden explizit Berührungsängste abgebaut. Die zweite Durchführung des Kurses wurde Pandemie-bedingt um ein Jahr verschoben, auf Juli 2021. Es wird angestrebt, den Weiterbildungskurs ab 2022 als regulären Kurs der PH FHNW anzubieten.

Die Umwelt-, Gebäude und Produktionstechnik stehen in Bezug auf Energie- und Ressourceneffizienz vor grossen Herausforderungen. Diesen Herausforderungen kann nur gerecht werden, wer Zusammenhänge versteht. Im Projekt haben sich angehende Lehrpersonen der Sekundarstufe I zusammen mit Expert*innen der MINT-Hochschulen mit den Ursachen, Problemen und Auswirkungen von «Mikroverunreinigungen in Gewässern», «Plastikmüll» und «Energieflüssen in Gebäuden» vertieft beschäftigt. Sie haben ausserdem Massnahmen zur Verringerung der Probleme diskutiert. Im Anschluss konnten sie in einem Rollenspiel unterschiedliche Perspektiven einnehmen, ihr Fachwissen einbringen und in der Gruppe Kompromisse aushandeln. Aufgrund von Corona wurden ausserdem Erklärvideos entwickelt und produziert, welche Sek I Schülerinnen und Schülern die beiden Systeme näherbringen.

Die Auseinandersetzung mit den Konzepten des Systemdenkens und die Anwendung der Konzepte an einem Beispiel ermöglicht es den Studierenden, in Zukunft auch andere komplexe Wirklichkeitsbereiche als Systeme zu beschreiben, zu rekonstruieren und zu modellieren und auf der Basis der Modellierung Erklärungen zu geben, Prognosen zu treffen und Handlungsmöglichkeiten zu entwerfen und zu beurteilen.

Angehende und amtierende Lehrpersonen können im Rahmen dieses Projekts Technikverständnis entwickeln durch die Notwendigkeit, Prinzipien und Wirkungsweisen von Technik im Filmerleben stumm dargestellter Technikereignisse beobachten, beschreiben und für sie Erklärungsansätze entwickeln zu müssen. Wenn über Beobachtungen berichtet werden soll und Erklärungen formuliert werden sollen, muss man für die Beobachtungen und Erklärungen geeignete Redemittel verwenden – Verständnis und Sprache hängen eng miteinander zusammen.

Die Filmsequenzen, die den Lehrpersonen ermöglichen sollen, das Erschliessen technischer Erscheinungen selbst zu erleben und danach über den Konnex von Konzept und Begriffen nachzudenken, werden als unvertonte Filmsequenzen technischer Abläufe und Ereignisse bereitgestellt.

Lehrpersonen erleben auch, wie Kinder diese Stummfilme erschliessen und wie man dabei mit Kindern dialogisch technische Phänomene erschliessen kann. Die Realisierung erfolgt im Rahmen von Weiterbildungen und im Rahmen der Sachunterrichtslehre der PH FHNW.

Im MINT-Projekt «vom Entwurf zum Textildruck» geht es um den forschenden Prozess bei der Suche nach Lösungen, wo technische Herausforderungen und ästhetische Faktoren aufeinandertreffen. Die Grundlage bildeten praktische Experimente, die an der BFH mit spezifischen Geräten ausgeführt und durch analytisches Forschen ausgewertet worden sind. In einem ersten Projekt entstanden Aufgaben für Lernende der Primar- und Sekundarstufe, die zum forschenden Lernen anregen und den Einbezug der MINT-Bereiche fördern, indem der forschende Prozess und mögliche Fächerverbindungen im Fokus stehen.

Dabei hat sich eine Studentin aus dem Studiengang Master Fachdidaktik TTG-Design der PHBern, vertieft mit Mustern auf Textilflächen auseinandergesetzt. Sie ging der Frage nach, wie textile Verfahren, die konventionell von Hand ausgeführt werden, durch maschinelle Druckverfahren mehr Regelmässigkeit bei der praktischen Umsetzung erfahren. Dazu wurde zuerst, in der Verknüpfung mit Mathematik erforscht, welche Muster sich mittels CAD erstellen und für einen maschinellen Druck aufbereiten lassen. Danach hat sie sich umfassend mit dem Reserveverfahren Wachsbatik befasst. Durch die Nutzung der Infrastruktur und die Betreuung durch Fachpersonen an der BFH konnte eine bestehende CNC-Fräse der PHBern in einen Wachsdrucker umfunktioniert werden. Digitaler Wachsdruck ist eine Neuentwicklung der BFH, welche in diesem Projekt spezifisch weiterentwickelt wurde.

Beim systematischen Erarbeiten von technischen Lösungen für das Wachs-Druckverfahren waren viele Stunden mit experimentieren erforderlich. Die Eigenschaften von unterschiedlichen Textilflächen mussten berücksichtigt und entsprechend die Befehle für den Drucker programmiert werden. Zum forschenden Lernen wird an der PHBern für Studierende eine Lernumgebung geschaffen, um eigenständig Wissen zu entdecken und aufzubauen. Das entwickelte Gerät wird zukünftig an der PHBern in der Grundausbildung für die Primar- und Sekundarstufe 1 zur Weiterentwicklung der fachlichen und fachdidaktischen Bildung eingesetzt. Studierende werden in ihren Prozessen aktiv unterstützt durch Peers, Dozierende und weiteren Fachpersonen. Dadurch kann MINT-Bildung für angehende Lehrpersonen nachhaltig gefördert werden.

Im Pilotprojekt «Wissenschaft hinter der Farbe» beobachteten und beschrieben sowohl angehende Lehrpersonen der Sekundarstufe I als auch Studierende der Konservierung und Restaurierung alltagsnahe physikalische Phänomene ausgehend von der Herstellung und Anwendung historisch wichtiger Pigmente und Farbstoffe.

Sie entwickelten Hypothesen für deren Erklärung und gewannen damit Vertrauen in die kritischen und flexiblen naturwissenschaftlichen Vorgehensweisen. Anschliessend wurde eine Unterrichtseinheit für die Sekundarstufe I entwickelt und die zielstufengerechte Erklärung der Phänomene angestrebt.