Crocodile Physics (auch bekannt als Crocodile Clips) ist ein Programm zur Simulation physikalischer Experimente, vor allem der Elektrizitätslehre, aber auch in den Bereichen logische Schaltungen, Optik und Mechanik.
Crocodile Physics ist kein Modellbildungssystem, d.h. die der Simulation zugrundeliegenden Rechengleichungen werden dem Benutzer nicht transparent und sind von ihm auch nicht beeinflussbar.
Es ist eher ein "virtuelles Labor", mit dem der Nutzer am Computer Experimente durchführen kann. Er kann sich dabei nicht nur mit "vorgefertigten" Beispielexperimenten beschäftigen, sondern auch Versuche selber zusammenbauen, abändern, die Parameter seiner Bauelemente verändern und so die Auswirkungen auf das Gesamtexperiment studieren.
Die Lehrerin oder der Lehrer kann Crocodile Physics nutzen, um im fragend-entwickelnden Unterricht einen Sachverhalt zu erläutern oder ein Realexperiment zu erklären. Die Simulation wird dann eher wie eine Klappfolie benutzt, die nach und nach im Unterrichtsgespräch ergänzt wird. Dabei können Schülerinnen und Schüler auch spekulieren, wie sich die Änderung einer bestimmten Größe auswirken wird. Man kann dann die Vorhersage in der Simulation und /oder dem Experiment prüfen.
Noch besser wird Crocodile Physics im selbst entdeckenden Unterricht eingesetzt. Die Schülerinnen und Schüler erhalten ein Arbeitsblatt mit einem "Untersuchungsprogramm", stellen Schaltungen selbst (virtuell) zusammen und varieren die Parameter. Sie erstellen damit ein Protokoll oder tragen ihre Beobachtungen vor. Sie erarbeiten sich so die Abhängigkeiten (ohne einen genauen mathematischen Zusammenhang) selbst.
Seine besondere Stärke hat Crocodile Physics in einem Praktikum in Kombination mit Realexperimenten.
Durch die Nähe zum Schaltplan wird der Schaltungsaufbau leichter nachvollziehbar.
Anders als im Realexperiment, wo durch die Wahl des falschen Parameters schnell eine Sicherung "durchgeschossen" oder ein Gerät zerstört wird, bliebt im virtuellen Experiment das Tun der Schüler ohne Folgen.
Dennoch bekommt er von Crocodile Physics durch "virtuelle Rauchwolken" eine Rückmeldung darüber, dass die Belastungsgrenzen der Geräte überschritten wurden.
Man kann so zuerst ein Experiment virtuell testen, ehe man es dann mit realen Bauteilen durchführt.
Man kann das Programm schon in Klasse 5 und 6 im Fach Naturphänomene einsetzen, um z.B. einfache Schaltungen aus Quelle, Lampen und Schaltern - natürlich wieder in Ergänzung mit einem Realexperiment - "aufzubauen". Dabei wird man zunächst die "Realdarstellung" der Bauteile wählen - dort wird wirklich eine Lampe, ein Schalter und eine Batterie gezeichnet.
Als nächste Abstraktionsstufe werden dann Schaltsymbole verwendet.
Das Programm kann so helfen, den Übergang von realen Gegenständen zu Schaltsymbolen zu erleichtern.
In der Mittelstufe läßt sich Crocodile Physics gut als Ergänzung zu einem Realexperiment - z. B. im Praktikum der Elektrizitätslehre - einsetzen, um die Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen und Schaltungen mit Dioden und Transistoren zu simulieren.
Auch im Informatikunterricht kann Crocodile Physics eingesetzt werden, um Logikschaltungen mit UND und ODER Gattern, Addierer etc. virtuell aufzubauen, wenn keine realen Bauteile zu Verfügung stehen, oder wiederum als Ergänzung zum Realexperiment.
Im Unterricht der Oberstufe lassen sich auch virtuelle Experimente zur Kondensatorladung und zur Induktion durchführen und LC-Schwingkreise untersuchen. Durch die Verwendung des "virtuellen Messfühlers"(Potenzialbegriff!) lassen sich die gemessenen Größen in einer Art Oszilloskopbild darstellen.
Der Komplexität sind kaum Grenzen gesetzt, auch ein Meissner-Oszillator oder die Ansteuerung einer Horizontal-Endstufe eines Fernsehers lassen sich simulieren.
StD. Wolfgang Zeh vom Schelztor Gymnasium, Esslingen / Neckar hat Crocodile Physics an verschiedenen Stellen im Unterricht - insbesondere in den Praktika der Klassen 10 und 12 - eingesetzt und seine Schülerinnen und Schüler hinterher über ihre Erfahrungen mit dem Programm befragt.
Die Ergebnisse seiner Umfragen lassen erkennen, dass beide Geschlechter die Arbeit mit dem Programm als Bereicherung des Physikunterrichts empfinden. Das Krokodil als Symbol und "Radiergummi" kommt bei beiden Geschlechtern gut an.
Tendenziell fühlen sich vor allem die Mädchen stark von der Arbeit mit dem Programm motiviert, während die Jungen eher ein Realexperiment bevorzugen.
So arbeiten, wenn ihnen die Wahl gelassen wird, die Mädchen auch eher mit den Bildern der Bauelemente, die Jungen eher mit den Schaltsymbolen.
Dies scheint zu offenbaren, dass das Programm gerade "schwächere" Schülerinnen und Schüler besonders fördert, die sich mit dem Zugang zum Realexperiment schwer tun, den "Experten" vermag es weniger Impulse zu geben.
Mit Crocodile Physics können einfache Schaltungen sowohl mit Abbildungen von realen Gegenständen als auch mit den abstrakten Schaltsymbolen "aufgebaut" und ausprobiert werden. Dies kann, ergänzend zum realen Experiment, helfen, den Übergang von realen Gegenständen zu den abstrakten Schaltsymbolen zu erleichtern.
Hier kann Crocodile Clips auch als Ergänzung zu Versuchen mit dem einfachen Stromkreis im Fach Naturphänomene oder auch dem Anfangs-Unterricht in Elektrizitätslehre dienen. Als Einstieg in die Benutzung des Programms in höheren Klassen - falls man es später zur Simulation komplizierterer Schaltungen immer wieder einsetzen möchte, sind diese einfachen virtuellen Experimente nützlich.
Die Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen und Geräten macht Schülerinnen und Schülern immer wieder Probleme.
Daran sind teilweise auch mathematische Defizite bei vielen Schülerinnen und Schülern (1/R - Gesetz) schuld.
Ein wichtiger Grund dafür ist aber sicher auch, dass die Schaltungen verzweigter und damit unübersichtlicher werden. Meist werden darüber hinaus auch noch mehrere (Teil-)spannungen und (Teil-)ströme gemessen.
Die Umsetzung des Schaltbildes von der Tafel oder dem Arbeitsblatt in einen realen Versuchsaufbau wird deutlich schwieriger als bei ganz einfachen Stromkreisen.
Das Schaltbild an der Tafel läßt es nicht zu, Werte zu verändern, um zu sehen, welchen Einfluß dies auf die Gesamtschaltung hat.
Hier wurden die Grenzen überschritten!
Umgekehrt sind im Realexperiment solche Werte (z.B. Widerstände) zwar schnell geändert, die Auswirkungen dieses Eingriffes für die Gesamtschaltung ist für Schülerinnen und Schüler jedoch kaum zu überblicken.
Simulationen mit Crocodile Physics können helfen diese Lücke zu schließen.
Werden Grenzwerte überschritten wird dies von Programm durch "virtuelle Rauchwolken" deutlich signalisiert. (vgl. Bild)
Die Fähigkeiten im Umgang mit Berechnungen zur Reihen- und Parallelschaltung werden so gefestigt. Dabei sind beide Wege denkbar:
Elektronische Schaltungen sind ein Bestandteil des Praktikums in der oberen Mittelstufe und im Kurssystem. Durch den Einsatz von Crocodile Physics werden Versuche des Praktikums simuliert und so das Verständnis der Funktionsweise elektronischer Bauelemente gefestigt.
Crocodile Physics kann dabei verschieden eingesetzt werden: