Hardware für digital gestütztes Lehren

In diesem Bereich geht es darum, wie der Lehrer die Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung seines Unterrichts digital unterstützen kann. Es ist in die zwei Bereiche, Hardware und Software, aufgeteilt.

Hardware für digital gestütztes Lehren

Wie im Bereich „Grundlegende Hardware für digitales Lernen und Lehren“ ausgeführt, ist die minimale Ausstattung für den Lehrer, um digital seinen Unterricht zu unterstützen, ein Projektor, eine Projektionsfläche und ein Computer mit Internetanschluss. Im Folgenden werden die Erfahrungen der Modellschulen mit dieser und weiterer Hardware aufgezeigt.

Abbildung 19: Architekturbild für digital unterstütztes Lehren (beispielhaft)

Wartungsarme, fehlerunanfällige Infrastruktur

Unabhängig davon, welche Geräte verwendet werden, ist stets darauf zu achten, dass der Lehrer diese mit einer sehr hohen Verfügbarkeit einsetzen kann. Diese Bedingung ist Grundvoraussetzung dafür, dass nicht nur IT-affine Kollegen, sondern ein Großteil des Kollegiums den Schritt in Richtung einer Digitalisierung des Unterrichts macht.

Dazu gehört u. a.,

  • dass Kabel für Schüler nicht zugänglich, also im Boden oder in Kanälen, verlegt werden,
  • die Geräte schnell einsetzbar sind,
  • Updates und Fehlerbehebung unkompliziert möglich sind.

Diese Bedingungen werden am besten von stationären PCs und Tablets erfüllt (siehe dazu: die Kapitel „Stationärer PC“ und Kapitel „Tablet“).

Lehrer-PC versus mobiles Endgerät

Abbildung 20: Möglichkeiten von Lehrer-Endgeräten

Als Endgeräte sind an den Modellschulen obige vier Varianten im Einsatz. „Stationär“ bedeutet dabei, dass das Notebook fest im Unterricht verbleibt, „mobil“, dass der Lehrer sein Tablet von Unterrichtsraum zu Unterrichtsraum mitnimmt.

Im Folgenden werden die einzelnen Varianten genauer beleuchtet.

Stationärer PC

Ein stationärer PC ist fest mit allen Zusatzgeräten wie z. B. einer Dokumentenkamera oder einem interaktiven Whiteboard verkabelt. Nach Möglichkeit ist der PC verschlossen, so dass die Verkabelung für Schüler unzugänglich ist. Vorteile sind

  • die sofortige Einsetzbarkeit zu Unterrichtsbeginn, da im Vergleich zu mobilen Endgeräten alle Zusatzgeräte und das Netzwerk bereits angeschlossen sind;
  • die geringe Fehleranfälligkeit bzw. hohe Verfügbarkeit, da die Kabel für Schüler unzugänglich sind;
  • die einfache Administration (z. B. Softwareaktualisierung), da die Software fest im Netzwerk integriert sind.

Um seine persönlichen Daten wie z. B. Dokumente zur Durchführung des Unterrichts auf dem stationären PC zur Verfügung zu haben, kann diese der Lehrer entweder auf einem USB-Stick mitnehmen oder er nutzt eine datenschutz-konforme Cloud, mit der sich der stationäre PC synchronisiert. Voraussetzung für den Einsatz einer Cloud ist eine Internetverbindung mit einer angemessenen Bandbreite (siehe „Netzwerk und Internet“).

 

Abbildung 21: Stationärer PC im Lehrer-Pult, abschließbar und unzugängliche Verkabelung

Stationäres Notebook
Stationäre Notebooks haben, ähnlich wie stationäre PCs, eine feste Verkabelung, sind also schnell einsatzbereit. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Verkabelung frei zugänglich und daher fehleranfällig ist. Fehlende Mobilität und der im Vergleich zum PC höhere Preis sprechen gegen diese Lösung.

Abbildung 22: Stationäres Notebook

Mobiles Notebook

Mobile Notebooks haben den Vorteil, an verschiedenen Orten einsetzbar zu sein. Meist gehören diese dem Lehrer persönlich. Für den Einsatz des mobilen Notebooks sprechen, dass der Lehrer

  • das Notebook nach seinen persönlichen Bedürfnissen konfigurieren kann,
  • seine persönlichen Dateien stets zur Verfügung hat,
  • mit dem Gerät vertraut ist
  • und er seine Kompetenzen fortlaufend im Umgang mit dem Gerät erweitern kann.

Nachteile des persönlichen Notebooks sind, dass

  • diese in jeder Unterrichtsstunde neu verkabelt werden müssen, z. B. um eine Dokumentenkamera, einen Projektor, eine interaktive Tafel oder ggf., bei fehlendem WLAN, das Internet nutzen zu können,
  • die Nutzung aufgrund der frei zugänglichen Verkabelung fehleranfällig ist
  • und ggf. Unterrichtszeit verwendet werden muss, um das Gerät betriebsbereit zu bekommen.

 

Abbildung 23: Lehrer, der sein persönliches mobiles Notebook aufbaut (Gymnasium Ottobrunn)

Tablet
Notwendige Rahmenbedingungen für den Einsatz von Tablets im Unterricht sind die Verfügbarkeit von WLAN und eine kabellose Bildschirmübertragung auf den Projektor (siehe Kapitel „IT-Infrastruktur für den Einsatz mobiler Endgeräte“).

Zu den Vorteilen des Tablets als Lehrergerät im Klassenzimmer zählen, dass

  • sie als Ersatz für interaktive Tafeln eingesetzt werden können; analog zum interaktiven Whiteboard können z. B. handschriftliche Zeichnungen oder Hefteinträge erstellt werden;
  • sich der Lehrer mit einem Tablet mobil in der Klasse bewegen kann;
  • der Lehrer den Schüler flexibel das Tablet in die Hand geben und er seine Lösungen oder Ideen eingegeben und projizieren kann.

Allerdings hat das Tablet im Vergleich zur interaktiven Tafel den Nachteil, dass der Schüler die Handbewegungen des Lehrers, z. B. bei der Konstruktion einer geometrischen Figur, nicht nachvollziehen kann. Denn auf einem interaktiven Whiteboard kann der Lehrer auch den physischen Lehrerzirkel mit eingeklemmten interaktivem Stift oder das Lehrergeodreieck verwenden.

Wie bei den mobilen Notebooks ist es von Vorteil, wenn der Lehrer sein eigenes Tablet verwendet. Damit hat er die Möglichkeit, das Tablet für seine persönlichen Bedürfnisse optimal zu konfigurieren, d. h. insbesondere alle Programme zu installieren, die er benötigt.

Abbildung 24: Tablet auch als Ersatz für eine interaktive Tafel möglich (Grundschule Offenstetten)

Interaktive Tafel

Der Begriff „interaktive Tafel“ wird in diesem Dokument als Oberbegriff für alle Tafeln verwendet, mit denen der Lehrer interaktiv arbeiten kann.

Abbildung 25: Begriffsklärung „interaktive Tafel“

Festzuhalten bleibt, dass die Art der interaktiven Tafel nicht von großer Relevanz ist. Wichtig ist, dass eine hohe Verfügbarkeit sichergestellt ist. Die Qualität des Produkts und seine Installation steht im Regelfall im engen Zusammenhang mit der zuverlässigen Verfügbarkeit.

Im den nächsten Abschnitten erfolgt ein Vergleich, welche Vorteile eine interaktive Tafel im Vergleich zur Kreidetafel hat, sowie eine Gegenüberstellung der verschiedenen Arten von interaktiven Tafeln.

Interaktive Tafel versus Kreidetafel
Warum soll ein Lehrer von der Kreidetafel, die stets funktioniert, auf eine interaktive Tafel wechseln? Im Folgenden sollen die Erfahrungen der Modellschulen und die Vorteile von interaktiven Tafeln im Vergleich zur Kreidetafel dargestellt werden. Später werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Arten von interaktiven Tafeln erläutert.

Oft wird die interaktive Tafel im ersten Schritt lediglich als Ersatz für Kreidetafeln zur Erstellung von handschriftlichen Tafelbildern verwendet. Dies ist zum einen ein sinnvoller Weg, sich an das neue Medium zu gewöhnen, zum anderen bietet die interaktive Tafel bereits hier Vorteile. Diese ergeben sich durch die Tafelsoftware, die es für jede interaktive Tafel gibt.

  • Der Lehrer kann das digitale Tafelbild am Ende der Stunde abspeichern und dieses zu Beginn der nächsten Stunde wieder öffnen, um z. B. den Inhalt der letzten Stunde zu wiederholen oder das Tafelbild weiterzuführen. Darüber hinaus steht dem Lehrer das Tafelbild auch für die Unterrichtsvorbereitung im nächsten Schuljahr zur Verfügung.
  • Der Lehrer ist bei der Gestaltung von Tafelbildern flexibler:
    • Ihm stehen z. B. alle Stiftfarben zur Verfügung.
    • Er kann Teile des Tafelbildes sauber und ohne großen Aufwand löschen.
    • Der Lehrer kann auch Teile des Tafelbildes neu positionieren, z. B. um Ideen von Schülern zu ergänzen.
  • Im Vergleich zu Overheadprojektoren ist das Schreiben deutlich einfacher und flexibler.

Über die Erstellung des Tafelbildes hinaus entfaltet die interaktive Tafel den wesentlichen didaktischen Mehrwert dann, wenn diese zur besseren Veranschaulichung von Lerninhalten verwendet wird. Hierzu einige konkrete Beispiele:

  • Falls zur Veranschaulichung Säulendiagramme benötigt werden, können diese mit Hilfe von entsprechender Software dynamisch sehr anschaulich und einfach dargestellt werden.
  • In Mathematik können z. B. dreidimensionale Körper oder Graphen durch Programme wie GeoGebra schnell und animiert dargestellt werden.
  • In der Grundschule können in Deutsch virtuelle Wortkarten viel schneller und in einer größeren Vielfalt als physische angebracht werden.
  • Durch den permanenten Zugang zum Internet kann der Lehrer zu einem spontan aufgekommenen Thema oder Begriff Erklärungen, Bilder oder Videos zeigen.

Eine interaktive Tafel ermöglicht dem Lehrer ein effizienteres Arbeiten als mit der Kreidetafel:

  • Der Lehrer kann die Unterrichtszeit effektiver nutzen, da er ein Tafelbild bereits zum Teil zu Hause vorbereiten kann und er sich im Unterricht die Zeit spart, dieses an die Tafel zu schreiben.
  • Der Lehrer oder die Schüler müssen die Tafel nicht wischen. Man bekommt durch einen Klick in der Tafelsoftware eine neue weiße Seite. Dadurch erspart man sich jede Unterrichtsstunde zwei bis drei Minuten, was auf das ganze Jahr hochgerechnet in einem vierstündigen Fach sechs bis sieben Unterrichtsstunden entspricht.

Insbesondere in den Klassen 1-6 herrscht eine hohe Schülermotivation, mit der interaktiven Tafel zu arbeiten. Diese führt zu einer höheren Mitarbeit. Dieses Verhalten ist jedoch i.d.R. in höheren Klassenstufen nicht zu beobachten.

Interaktive Tafeln im Vergleich
Damit das Arbeiten mit interaktiven Tafeln wie bei der Kreidetafel ergonomisch ist, darf der Projektor nicht an der Decke angebracht, sondern muss als (Nahdistanz-)Projektor direkt an der Tafel befestigt sein. Damit kann die Tafel inklusive des Projektorbildes wie bei der Kreidetafel mit Hilfe der Pylonen nach oben und unten bewegt werden. Dies ist bei einem Deckenprojektor nicht nötig.

Bevor nun die Arten der interaktiven Tafeln im Vergleich dargestellt werden, werden diese vorab kurz erklärt.

Interaktives Whiteboard
Interaktive Whiteboards gibt es mit verschiedenen Techniken. Alle können mit einem Stift und manche auch mit dem Finger bedient werden. Dabei nimmt die Tafel die Position der Berührung mit dem Stift/Finger war und sendet diese zur weiteren Verarbeitung an den PC.

Abbildung 26: Interaktives Whiteboard mit Nahdistanz-Projektor an der Mittelschule Ebern

Interaktiver Projektor
Interaktive Projektoren zeichnen sich dadurch aus, dass der Stift seine Position auf der Tafel an den interaktiven Projektor funkt, der diese wiederum per USB-Kabel an den angeschlossenen PC weitergibt. Daher können als Projektionsfläche sowohl einfache Stahl-Emailtafeln als auch andere stabile weiße Hintergründe verwendet werden.
An einer Modellschule sind die interaktiven Projektoren an der Decke angebracht. Dabei wird auf eine mit einer schmutzabweisenden Farbe behandelten Wand projiziert. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass sie kostengünstig ist und die Projektionsfläche nicht auf die Größe einer Tafel (i.d.R. 2m * 1m) beschränkt ist. Ein deutlicher Nachteil der Lösung ist allerdings (wie oben dargestellt), dass man das Projektorbild nicht nach oben unten verschieben kann und sich der Lehrer an der Tafel strecken bzw. bücken muss

Abbildung 27: Interaktiver Projektor mit Stahl-Email-Tafel am Gymnasium Coburg

Abbildung 28: Bild, das von einem interaktiven Decken-Projektor an die Wand projiziert wird

Interaktives Panel
Interaktive Panels sind große Touch-fähige Bildschirme, die bereits einen Lautsprecher integriert haben und mit einem Stift oder Finger bedient werden können. Sie benötigen also keinen Projektor.

Die Panels sind i.d.R. mit einem PC verbunden, können aber für einfache Anwendungen, wie z. B. dem Arbeiten mit einem Browser, über einen kleinen integrierten Computer direkt verwendet werden.

Im Vergleich zu Projektoren sind interaktive Panels

  • geräuschärmer,
  • schärfer, farb- und lichtintensiver, so dass das Bild klarer ist
  • und stromsparender, da diese i.d.R. auf LED-Technik basieren.

Die Tatsache, dass interaktive Projektoren ihr Bild meist auf Stahl-Email-Tafeln darstellen, bedingt, dass man sie auch mit Whiteboardmarkern beschriften kann. Es ist somit nicht zwingend notwendig, die interaktiven Funktionalitäten zu nutzen.

Abbildung 29: Interaktives Panel an der Grundschule Buchlohe

Hier nun im Überblick die wichtigsten Eigenschaften der verschiedenen Arten interaktiver Tafeln:

  Interaktives Whiteboard Interaktiver
Projektor
Interaktives
Panel
Tafel Weiße mit Elektrik versehene Tafel Stahl-Email-Tafel, auch mit Whiteboardmarkern beschreibbar Großer Touchbildschirm
Projektor Nahdistanzprojektor, z.B. EPSON EB485w Interaktiver Nahdistanzprojektor, z.B. HP, Epson, EB485wi, Acer
Bildfläche Auf Tafel beschränkt, ca. 2m * 1m oder 90‘‘ Diagonale Auf Tafel o. Wand beschränkt, meist ca. 2m * 1m oder 90‘‘ Diagonale Meist ca. 1,8m * 1m oder 84‘‘ Diagonale
(aus Kostengründen meist kleiner als interaktives Whitebaord)
Tafelsoftware Viele Hersteller liefern ihre eigene Tafelsoftware mit. I.d.R. kann man jedoch auch eine andere Tafelsoftware einsetzen.
Kalibrieren Selten Selten Nie
Stift Sehr genau und sehr handlich Genau, oft sehr groß Sehr genau und sehr handlich
Fingerbedienung Je nach Modell möglich Nicht möglich Möglich
Wartung Filter und Lampe Filter und Lampe Nicht nötig
Modelle in den Modellschulen smartBoards, Galneo-Boards, ActiveBoard Siehe Projektor Active Board
Kosten (Richtwerte) Projektor und interaktive Tafel: 2.000€-3.000 € Projektor und Stahl-Emailtafel: 2.000€-3.000 € Panel: 5.000€-7.500€

Tabelle 4: Die wichtigsten Eigenschaften der verschiedenen Arten interaktiver Tafeln im Vergleich

Detaillierte Ausführungen zur Tafelsoftware finden Sie im Kapitel „Tafelsoftware für interaktive Tafeln“.

Dokumentenkamera

Eine Dokumentenkamera ist eine an einem Schwanenhals montierte digitale Kamera, die Gegenstände abfilmt und sie per USB-Kabel auf einen PC oder per VGA/HDMI-Kabel direkt an den Projektor überträgt.

Dokumentenkameras ersetzen nicht nur Overheadprojektoren, sondern bringen weitere Vorteile mit sich:

  • Es müssen keine Folien mehr kopiert werden: Schulbücher oder Blätter können direkt unter die Kamera gelegt werden.
  • Der Lehrer kann Schülerprodukte, z. B. Zeichnungen, spontan über die Dokumentenkamera zeigen.
  • Falls die Dokumentenkamera an einen PC angeschlossen ist, der mit einer interaktiven Tafel verbunden ist, kann man mit Hilfe der Tafelsoftware digitale Anmerkungen einfügen; so kann z. B. ein Arbeitsblatt mit einem Lückentext unter die Dokumentenkamera gelegt und am interaktiven Whiteboard die Lücken ausfüllt werden.

Abbildung 30: Bildfluss von der Dokumentenkamera zum Projektor

Folgende drei Eigenschaften einer Dokumentenkamera sind entscheidend:

  • Die Kamera stellt exakt und zügig scharf.
  • Die Kamera passt die Helligkeit je nach Tageslicht korrekt an.
  • Bewegungen, z. B. im Rahmen eines Chemieexperimentes, werden ohne Verzögerung übertragen.

Teilweise setzen die Modellschulen das Lehrer-Tablet als Ersatz für eine Dokumentenkamera ein. Falls ein passender Schwanenhals besorgt wird, ist dies möglich. Allerdings hat dies den Nachteil, dass das Tablet in der Zeit zu keinem anderen Zweck genutzt werden kann, z. B. zum Ausfüllen des Lückentextes.

Abbildung 31: Herkömmliche Dokumentenkamera und ein Tablet als Dokumentenkamera eingesetzt

Computerarbeitsplätze für Lehrer

Computerarbeitsplätze für Lehrer
Für die Vor- und Nachbereitung des Unterrichts sowie für Verwaltungsaufgaben stellen alle Modellschulen ihren Lehrern Computer zur Verfügung. Dies sind entweder PCs oder auch Notebooks welche z. B. im Lehrerzimmer oder Ruheräumen stehen.

Falls eine Schule den Lehrern einen Zugang zu einem WLAN-Netz anbietet, verlieren stationäre Computerarbeitsplätze an der Schule an Bedeutung, da bereits viele Lehrer ein eigenes mobiles Endgerät besitzen und in die Schule mitbringen. Da dies aber nur ein Teil des Kollegiums ist, sind Computerarbeitsplätze weiterhin wichtig.

Abbildung 32: Computerarbeitsplätze im Lehrerzimmer am Gymnasium Ottobrunn

© 2018 Stiftung Bildungspakt Bayern