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Physik-Experimente mit Portal

Über die Spiele Portal und Portal 2 (Valve, 2007/2011) lassen sich diverse physikalische Phänomene im Unterricht visualisieren und werden so für Schüler*innen greifbarer. Zwar handelt es sich bei den Titeln in erster Linie um Unterhaltungsspiele, doch durch ihren starken experimentellen Fokus können sie gerade für den naturwissenschaftlichen Unterricht eine gute Ergänzung sein. Der spiel-interne Portal 2 Puzzle Maker erleichtert darüber hinaus die pädagogische Nutzung, da Schüler*innen eigene dreidimensionale Level mit den Game-Mechaniken des Ursprungsspiels bauen können.

Zu den Spielen

Portal und dessen Nachfolger Portal 2 sind äußerst populäre 3D-Puzzlespiele, deren Levels mithilfe von Logik und einem Verständnis physikalischer Gesetze absolviert werden müssen. Eingebettet ist dies in eine intelligent geschriebene Geschichte, die sich primär über Dialoge und die Umgebung entfaltet.

Spieler*innen steuern die junge Frau Chell, die in einem verlassenen Laborgebäude der Firma Aperture Science aufwacht. Die künstliche Intelligenz GlaDOS (Genetic Lifeform and Disk Operating System) führt sie durch eine Reihe von Experimenten, nach deren Vollendung Chell das Labor ihrer Aussage nach verlassen dürfe.

Beide Spiele haben in Deutschland eine USK-Freigabe ab 12 Jahren und können deshalb in der Regel ab der 6. Klasse eingesetzt werden. Darüber hinaus sind die Spiele niedrigschwellig und haben eine gute Lernkurve, sodass sie auch in Klassen eingesetzt werden können, die noch keine ausgiebige Erfahrung mit digitalen Spielen haben.

In Portal 2 sind ein Level-Editor und der Puzzle Maker enthalten, die sowohl Lehrer*innen als auch Schüler*innen erlauben, mit den Spielelementen zu experimentieren und eigene Level und Rätsel zu erschaffen.


Die Spielwelt von Portal (2) konfrontiert Schüler*innen mit Objekten (Würfeln, Katapulten, Lasern etc.), mit denen sie frei und experimentell agieren können. Außerdem besitzen sie eine Portal Gun, mit der sie Teleportationsportale zwischen zwei Flächen erschaffen können. Durch diese können sowohl die Spielfigur als auch die Objekte bewegt werden. Die Rätsel erlauben eine intuitive Annäherung an Konzepte wie Masse, Beschleunigung, Schwerkraft oder Energie. Denkbar wären unter anderem folgende Themen:

Schwerkraft & Beschleunigung

Dauer: etwa 60 Minuten

Die Formel s = 1/2 * g * t² für die zurückgelegte Strecke beim Freien Fall (ohne Reibung) sowie deren mögliche Umstellungen sollten den Schüler*innen bereits bekannt sein. Zur Messung der Zeit reicht eine normale Stopp-Uhr (bspw. eines Smartphones).

Die Schüler*innen können eigene Experimente bauen, um die Auswirkungen von Schwerkraft und Beschleunigung zu erleben. Der Aufbau des Versuchs ist dabei den Schüler*innen überlassen – das Ziel sollte jedoch ein Versuch sein, mithilfe dessen sie die Fallzeit und Beschleunigung eines Objekts aus verschiedenen Höhen innerhalb des Spiels bzw. die im Spiel geltende Schwerkraft berechnen können. Dabei sollten sie mindestens drei verschiedene Höhenniveaus in ihr Experiment integrieren.

Die Ergebnisse werden im Plenum geteilt und anschließend werden offene Fragen besprochen. Mögliche Fragen könnten dabei etwa sein:

  • Was war die größte Schwierigkeit beim Testen der Schwerkraft?
  • Ergeben die errechneten Werte Sinn? Warum, warum nicht?
  • Berechnet die durchschnittliche Schwerkraft aus den Ergebnissen der Klasse. Vergleicht die Schwerkraft im Spiel mit der Schwerkraft der Erde bei einer Fallhöhe von 2 Metern.
  • Gibt es ab einer gewissen Höhe im Spiel unerwartete Abweichungen bei den Berechnungen? (Hinweis: Ab etwa 5 Höheneinheiten im Spiel gibt es einen merkbaren Luftwiderstand.)

Die Schwerkraft in Portal (2) beträgt g = ~ 4,7 u/s².

Im Anschluss können die Schüler*innen ihre Experimente zu kompletten Puzzle-Levels ausbauen und weitere Rätsel implementieren. Diese können erneut im Klassenverband gelöst und besprochen werden.

Schwingungen und Schwingungserzeuger

Dauer: etwa 45 Minuten

Die namensgebenden Portale in Portal (2) eignen sich ebenfalls für Experimente. Alle Objekte sowie die Spielfigur Chell kommen um 180° gedreht aus dem orangefarbigen Portal heraus, sobald sie das blaue betreten haben (und andersrum).

Platzieren Spieler*innen beide Portale nebeneinander auf dem Boden, lassen sich im Spiel Schwingungen beobachten – das Objekt fällt hinein, steigt bis zu einer Maximalhöhe auf, fällt in das Portal und steigt auf der anderen Seite abermals bis zur Maximalhöhe auf. Wird dies nicht durch externe Faktoren unterbrochen, endet dieser Prozess nicht.

Einige Fragen und Aufgaben für den Unterricht könnten etwa sein:

  • Erklärt die Ähnlichkeiten von einem Kind auf einer Schaukel und einem Würfel, der durch ein Portal fällt.
  • Untersucht, wie sich die Bewegungen des Würfels ändern, wenn ihr die Höhe verändert, aus der ihr ihn in das Portal fallen lasst.
  • Finde mithilfe einer Uhr heraus, was die Schwingungszeit des Würfels bei zwei nebeneinanderliegenden Portalen ist. Vergleiche deine Zeiten mit denen deiner Mitschüler*innen.

Als zusätzliche Aufgabe können Schüler*innen ihre Erkenntnisse der Schwingungszeiten auch in Graphen festhalten. Wenn sie ein Experiment mit eindeutigen Höheneinheiten bauen, können sie danach die Schwingungsbewegungen in einem Graph festhalten (Höhe y-Achse; Zeit x-Achse). Die Schwingungsbewegung aus einem der beiden Portale kann als negative Bewegung betrachtet werden und somit die Grundlage für die Besprechung von Harmonischen Schwingungen bieten.


Portal (2007) und Portal 2 (2011) sind verfügbar für PC, Mac, Linux, PS 3 und Xbox 360. Die PC-Versionen sind aktuell (Juli 2017) im Paket für 22,50€ erhältlich.

Die Bildrechte aller gezeigten Grafiken liegen bei (c) Valve 2011.

Details

Dauer

45 - 60 Minuten

Sozialform

Einzelarbeit, Plenum

Methoden-Ziele

Experimentieren

Zielgruppe

Jugendliche, Lehrer*innen, Pädagog*innen, Studierende

Praxisfelder

Schule, Offener Ganztag

Benötigte Materialien

Stifte und Papier

Technische Hilfsmittel

Computer, Anwendungssoftware, Spielekonsole, Spielesoftware, Steam

Anmerkungen des/r Autor*in

Die angegebene Zeit setzt eine grundlegende Vertrautheit der Schüler*innen mit der Software voraus. Ansonsten muss eine gewisse Einarbeitungszeit eingeplant werden.

Methoden-Autor*in

Carolin Wendt

Die Stiftung ist eine gemeinsame Initiative des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur und der Branchenverbände BIU und GAME.
Ziel der Stiftung ist es, die Akzeptanz und Relevanz digitaler Spiele in der Gesellschaft zu steigern. Zu diesem Zweck initiiert, unterstützt und fördert sie Projekte aus den Bereichen Kultur, Bildung, Ausbildung, Medienkompetenz, Jugendschutz und Games-Forschung.
Das größte Projekt der Stiftung ist der Deutsche Computerspielpreis. Die Stiftung leitet das Awardbüro und koordiniert die Juryarbeit.

Ansprechpartner*in: Carolin Wendt

Kontakt: wendt@stiftung-digitale-spielekultur.de

Webseite: http://www.stiftung-digitale-spielekultur.de

Methodenlizenz

Creative Commons

Der/die Autor*in hat diese Methode unter einer Creative Commons Lizenz veröffentlich. Das bedeutet, dass Sie die Methode mit wenigen Einschränkungen nutzen und ggf. weiterveröffenlichen dürfen.

Die Lizenzbedingungen, unter denen diese Methode und zugehörige Materialien genutzt werden dürfen, stehen online zur Einsicht bereit.

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Medien
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Ein Arbeitsblatt zum Festhalten der Messergebnisse der Methode "Physik-Experimente mit Portal".

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