A Learner-Centered Approach to Teaching the Physics of Climate during the COVID-19 Pandemic

Abstract

Das Klima der Erde ist im Wandel: die Geschwindigkeit und Richtung dieses Wandels werden angetrieben durch die anthropogenen Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre und die Auswirkungen von Klima-Feedbacks. Der M.Sc.-Kurs “Klimaphysik” an der Universität Heidelberg soll Studierenden ein vertieftes Verständnis des Klimasystems vermitteln sowie Ihnen die Methoden zu dessen Untersuchung nahebringen. Im Sommersemester 2020 wurde dieser Kurs von einem Lehrteam angeboten, bestehend aus drei Dozierenden (inklusive der Autorin) und zwei Tutor:innen. Die Autorin war für die Entwicklung lernendenzentrierter Lehr-Lern-Aktivitäten der Studierenden verantwortlich sowie dafür, die Möglichkeit eines gemeinsamen, reflektierten und wissenschaftlichen Workflow zu schaffen. Dies führte zu der Aufnahme von Klimamodellen als einem neuen Thema in den Kurs und der Umgestaltung der wöchentlichen Übungsaufgaben mit Hinblick auf die neu formulierten Ziele. Der neugestaltete Kurs beinhaltete nun ein übergreifendes Klimamodellierungs-Experiment, in welchem die Rotationsrate der Erde (umgekehrt korrelierend mit der Tageslänge) variiert wurde von 0,25 bis hin zu 2-mal der derzeitigen Rotationsrate. Zunächst wurde festgestellt, dass über fundamentale Gleichungen keine Vorhersagen für Veränderungen in der atmosphärischen Zirkulation gemacht werden können. Auf dieser Basis formulierten Studierende Hypothesen zu Klimafolgen, führten Modellierungs-Experimente durch und analysierten und diskutierten ihre Ergebnisse. Aufgrund der COVID19-Pandemie wurde der Kurs komplett online abgehalten, was in Bezug auf Kommunikation, Ausstattung und die zusätzliche Arbeitsbelastung sowohl für das Team der Lehrenden als auch für die Studierenden eine große Herausforderung darstellte. Dennoch absolvierten mehr als 35 Teilnehmer:innen den Kurs. Insgesamt erhöhte der lernendenzentrierte Ansatz aufgrund der Kombination der Allgemeinsituation gerade zu Beginn der Pandemie und der starken Ungewissheit in Bezug auf die technische Ausstattung die Vorbereitungszeit der Dozierenden und Tutor:innen. Auch die Studierenden erforderten aufgrund ihrer hohen Motivation mehr Aufmerksamkeit während des gesamten Kurses und das technische Setup der Klima-Modellierung führte wiederholt zu der Notwendigkeit, auch kurzfristig Veränderungen an den geplanten Experimenten vorzunehmen. Dieser Artikel dokumentiert den Kursaufbau und die Anwendung eines konstruktivistischen Lernkonzepts insbesondere in Bezug auf die während des Kurses auftretenden Herausforderungen. Die Lernziele konnten nicht so erfasst und beurteilt werden, dass ein quantitativer Vergleich mit traditionelleren, hausaufgabenbasierten Lehrmethoden möglich geworden wäre; dennoch zeigten sowohl die Abschlussarbeiten als auch die studentischen Präsentationen ein hohes Maß an Verständnis für die Dynamik, Komplexität und Strukturen innerhalb des Klimasystems.