Raum für Denken: SCALE-UP als Zukunftsmodell der Physiklehre

Im Sommersemester 2025 wurde im Bachelorstudium Physik an der Universität Innsbruck für das Modul „Theoretische Physik IV (Statistische Physik)“ ein neues Unterrichtskonzept umgesetzt: Statt klassischer Frontallehre setzten Lehrende erstmals konsequent auf das aktive, kollaborative Lehr- und Lernkonzept SCALE-UP (Student-Centered Active Learning Environment with Upside-Down Pedagogies). Ziel des Projekts war es, die üblichen Lehr- und Lernprozesse in einem anspruchsvollen theoretischen Fach zu überdenken und stärker auf die aktive Beteiligung der Studierenden auszurichten. Dabei sollten Studierende nicht länger vorwiegend passive Zuhörer:innen sein, sondern im Zentrum des Lernprozesses stehen – durch gemeinsame Aufgaben, Diskussionen und kooperative Problemlösung.

Ausgangslage und Motivation

Traditionell werden viele theoretische Lehrveranstaltungen in der Physik in einem frontal orientierten Format gehalten: Die Lehrperson erklärt Inhalte, die Studierenden hören zu und bearbeiten Übungen meist zuhause. Die Übungsaufgaben werden dann üblicherweise in den Proseminaren von den Studierenden vorgetragen. Diese Form hat den Vorteil, große Gruppen effizient zu informieren; sie erreicht jedoch oft nicht, dass Lernende Inhalte wirklich verstehen und anwenden können. Viele Studierende fühlen sich dadurch beim Erreichen eines tieferen Verständnisses allein gelassen oder wenig motiviert, sich aktiv mit komplexen Konzepten auseinanderzusetzen. Vor diesem Hintergrund wurde die SCALE UP-Methode als Alternative erprobt: Sie stellt aktive Lernprozesse und Zusammenarbeit in den Mittelpunkt, fördert Kommunikation und Teamfähigkeit und soll so zu einem tieferen fachlichen Verständnis beitragen.

Ziele des Lehrprojekts

Die zentralen Ziele des Projekts lassen sich in fünf Bereiche gliedern.

1. Aktive Beteiligung fördern:

Studierende sollten nicht mehr nur zuhören, sondern aktiv Aufgaben bearbeiten, miteinander diskutieren und gemeinsam Lösungen entwickeln.

2. Kooperation stärken:

Durch systematische Gruppenarbeit wurde das soziale Lernen betont – Studierende lernten, Wissen gemeinsam aufzubauen, sich auszutauschen und verschiedene Sichtweisen zu integrieren.

3. Selbstständiges Denken unterstützen:

Wichtiger als reine Faktenvermittlung war, die Lernenden dazu zu bringen, selbstständig Probleme durchzudenken, Hypothesen zu formulieren und Argumente zu begründen.

4. Lernumfeld neu gestalten:

Die physische und methodische Gestaltung des Unterrichtsraums und der Lernprozesse sollte die Interaktion – zwischen Studierenden und auch zwischen Lehrenden und Studierenden – fördern.

5. Ausbildung neuer Lehrkräfte

Das Team bestand zusätzlich zu einem Professor aus drei Ph.D-Studierenden, und drei Master-Studierenden. Speziell für die Letzteren war die Lehrveranstaltung eine Möglichkeit, erste Erfahrungen als DozentInnen zu sammeln. Dies dürfte vor allem deswegen vorteilhafte Auswirkungen haben, da Lehrkräfte als Gründe für das Festhalten an klassischen Frontal-Lehrmethoden oft angeben, keine Alternativen zu kennen oder zu glauben, 'das würde jeder so machen'.

Zielgruppe

Das neue Lernkonzept wurde im Modul „Theoretische Physik IV“ angewendet und richtete sich an Studierende des 6. Semesters im Bachelorstudium Physik. In dieser Phase ihres Studiums vertiefen Studierende bereits solide Grundlagen und stehen am Übergang zu selbstständigerem wissenschaftlichem Arbeiten.

Neben den Studierenden richtete sich das neue Lernkonzept an engagierte Lehrende und Tutor:innen, für die die Umsetzung der SCALE-UP-Methoden zwar zeitaufwendig, zugleich aber didaktisch gewinnbringend ist und die Weiterentwicklung hin zur Rolle als Lernbegleiter:innen unterstützt.

Methoden und didaktische Struktur

Das zentrale Merkmal des Projekts war SCALE-UP (siehe G. Feldman et al. J. Phys.: Conf. Ser. 2019, 1286, 012020) – ein Lehr- und Lernkonzept, das aktivierende, studierendenzentrierte Lehrmethoden mit einer speziellen Raum- und Aufgabenstruktur verbindet.

Kernelemente des Ansatzes

1. Gruppenarbeit im Zentrum:

Die Studierenden arbeiteten in kleinen Teams an klar strukturierten Aufgaben. Während primär vorgesehen war, dass die Studierenden in Teams von drei Personen arbeiten sollten, konnten sich Studierende auch gruppenübergreifend austauschen. Diese Aufgaben waren so gestaltet, dass sie Diskussion, Austausch und gemeinsame Problemlösung erforderten, bevor die Ergebnisse im Plenum besprochen wurden.

2. Aufgabengestaltung und Umgang mit Vergessen:

Die Aufgaben wurden gezielt aufeinander abgestimmt und aufbauend gestaltet, sodass zunehmend mehr Konzepte miteinander verbunden wurden und der Schwierigkeitsgrad schrittweise zunahm. Zentrale Konzepte der Vorwoche wurden regelmäßig wieder aufgegriffen, um die Vernetzung des Gelernten zu fördern. Zugleich wurde bewusst mit zeitlichen Abständen gearbeitet, da lernpsychologische Studien zeigen, dass Vergessen den Lernprozess unterstützt.

3. Tiefere Beschäftigung mit dem Stoff durch höhere Anzahl an Übungsbeispielen:

Im Vergleich zu einem regulären Physik-Proseminar wurden deutlich mehr Übungsbeispiele bearbeitet. Während üblicherweise drei bis fünf anspruchsvolle Hausübungsbeispiele pro Woche bearbeitet und im Proseminar besprochen werden, wurden im SCALE-UP-Proseminar nur die zentralen Aspekte der Hausübungsbeispiele erläutert und die restliche Zeit für Präsenzaufgaben genutzt. Dadurch ließ sich die Anzahl der behandelten Beispiele nahezu verdoppeln. Darüber hinaus wurden zwei der vier Semesterwochenstunden der Vorlesung im SCALE-UP-Format gestaltet, was die Behandlung zusätzlicher Beispiele ermöglichte. Dies erlaubte eine schrittweise Einführung in die wichtigen Konzepte und Lösungsstrategien, anstelle einer Überforderung durch wenige, sehr anspruchsvolle Aufgaben, welche erfahrungsgemäß nicht eigenständig gelöst wurden.

4. Raumgestaltung:

Statt traditioneller Reihenbestuhlung standen die Tische in einer offenen, gruppenorientierten Anordnung. Dies erleichterte die Zusammenarbeit und den Austausch innerhalb der Kleingruppen sowie gruppenübergreifend.

5. Lehrende als Lernbegleiter:innen:

Lehrende und Tutor:innen bewegten sich aktiv zwischen den Gruppen, gaben gezielte Impulse, klärten Verständnisfragen und unterstützten Lernprozesse, anstatt ausschließlich Lösungen vorzutragen. Die Studierenden konnten jederzeit die Tutor:innen ansprechen und mögliche Unklarheiten lösen.

6. Diskussion und Feedback:

Regelmäßig wurden Aufgaben im Plenum diskutiert, sodass Studierende nicht nur in ihren Kleingruppen, sondern auch mit den anderen Lerngruppen in Austausch traten. Dadurch wurde für die Studierenden auch eine korrekte und ausführliche Lösung präsentiert.

Rahmenbedingungen

Das Modul Theoretische Physik IV bestand aus einer Vorlesung und dem begleitenden Proseminar. Dabei wurden zwei Semesterwochenstunden im (ebenfalls interaktiven) Vortragsstil gestaltet und vier Semesterwochenstunden im SCALE-UP-Format. In den SCALE-UP-Slots erfolgte die Betreuung meist im Team: In jeder Gruppe standen mehrere Lehrpersonen und Tutor:innen zur Verfügung, um intensive Begleitung der Teams zu gewährleisten – ein Personaleinsatz, der über klassischen Formaten liegt, aber für den Erfolg der Methode entscheidend ist.

Besonderheiten und Herausforderungen

Ein besonderes Kennzeichen des SCALE-UP-Ansatzes ist, dass Lernende von Beginn an aktiv in den Lernprozess einbezogen werden. Dies war für viele Studierende ungewohnt, da klassische Frontalvorlesungen und -Proseminare weit verbreitet sind und sich Studierende zunächst daran gewöhnen mussten, Verantwortung für eigene Lernprozesse und Teamarbeit zu übernehmen. Wie aus der didaktischen Forschung bekannt ist, kann die Umstellung auf aktiveres Lernen bei Studierenden sogar unbeliebt sein, da es im Vergleich zum rezeptiven Lernen anstrengender und manchmal chaotischer wirkt (siehe Deslauriers et al., PNAS 2019, 116, 19251). Nichtsdestotrotz ist klar, dass interaktiver Unterricht bessere Ergebnisse erzielt (R. R. Hake, Am. J. Phys. 1998, 66, 64). Eine weitere Herausforderung lag in der Ressourcenplanung: Die intensive Begleitung von Kleingruppen erfordert mehr Lehrende als rein frontal ausgerichtete Formate und tiefes Verständnis der Thematik ab der ersten Stunde. Trotzdem wurde der höhere Aufwand als lohnend bewertet, da die Interaktion und das Verständnis der Lernenden gestärkt wurden. Ergebnisse und erste Erfahrungen und Rückmeldungen aus dem Kurs zeigen, dass Studierende das Format überwiegend positiv erlebten. Die aktive Zusammenarbeit in kleinen Gruppen wurde als motivierend empfunden. Studierende gaben an, Inhalte nicht nur häufiger zu wiederholen, sondern sich intensiver und kreativer mit ihnen auseinanderzusetzen.

Der Austausch mit Kommiliton:innen führte zu neuen Ideen, die sie allein möglicherweise nicht entwickelt hätten. Diese Ergebnisse decken sich mit der über Jahrzehnte erhobenen Erfahrung mit SCALE-UP-Methoden: Lernende, die aktiv diskutieren, argumentieren und gemeinsam Lösungen entwickeln, demonstrieren oft ein tieferes Verständnis und bessere langfristige Erinnerung der Inhalte als in reinen Frontalformaten.

Ausblick:

Die Projektgruppe plant, das SCALE-UP-Format auch in weiteren Semestern und eventuell in anderen Lehrveranstaltungen anzubieten. Ziel ist es, diese aktive, kooperative Lernform weiter zu etablieren – nicht nur für Physikstudierende, sondern auch für andere Fächer, in denen Verstehen, Problemlösen und Zusammenarbeit wesentliche Kompetenzen sind.

Zusammenfassung:

Das SCALE-UP-Projekt im Modul Theoretische Physik IV stellt eine innovative, studierendenzentrierte Lehrinnovation dar, die klassische Lehr- und Lernformen hinterfragt und durch aktive, kooperative Methoden ersetzt. Im Zentrum stehen nicht Inhalte allein, sondern Prozesse des gemeinsamen Denkens, Austauschens und Verstehens. Dies ermöglicht Studierenden, komplexe Inhalte tiefer, selbstbestimmter und im Dialog mit anderen und mit Lehrenden zu erfassen – eine Kompetenz, die weit über einzelne Themen hinaus im Studium und im späteren Berufsleben wirkt.