Physik Libre: Zeigen, was heute schon möglich ist!

Der Beitrag ist ein Interview mit Michael Rundel. Michael ist Lehrer an einem Realgymnasium in Wien und unterrichtet Physik, Informatik und Mediendesign. Er berichtet über sein neues – mit bookdown erstelltes – Physikbuch. – Damit stellt dieser Beitrag – zu den bereits veröffentlichten 7-teiligen Tutorial zum CrossMedia-Publishing (CMP-01 bis CMP-07) – nun eine praktische Umsetzung für diese Technologie im Schulbereich vor.

Den Kern des Beitrags bildet ein Interview zum Buchprojekt "Physik Libre".  Das Projekt ist eine praktische Umsetzung, der von mir im 7-teiligen Tutorial beschriebenen Möglichkeit des Crossmedia-Publishing mit bookdown. Warum und wie ist es zu diesem Interview gekommen?

Vorbemerkung

Im Rahmen eines Vortrags zur Open Source Software R,  den ich auf den Edu|days 2018 hielt (hier geht's zu meiner Prezi: Was ist R?), lernte ich Michael Rundel kennen. Das war für mich eine aufregende Begegnung aus zweierlei Gründen:

Einseits, weil der Vortrag beim Publikum nicht besonders gut ankam. Das lag wahrscheinlich auch am unglücklich gewählten Titel: "Die vielen Gesichter der Programmiersprache R". Im Vortrag versuchte ich nämlich genau das Gegenteil: Ich wollte aufzeigen, dass R weit mehr als eine Statistik-Software und Programmiersprache ist, weil es durch die vielen (Programm-)Pakete zu R Markdown (wie bookdown, blogdown etc.) dabei ist, unsere generellen Arbeitsprozesse beim Schreiben und Forschen grundlegend zu verändern. Damit wollte ich auf die vielfältigen und neuen Möglichkeiten einer professionellen Webspräsenz für nicht-technisch versierte Menschen aufmerksam machen. 

Das Projekt: https://physikbuch.schule/

Andererseits, weil dieses Un- bzw. Missverständnis des Publikums in die Frage gipfelte "Was soll das alles, wozu brauchen wir das?" und sich – zu meiner großen Überraschung – jemand aus dem Publikum meldete (das war Michael, den ich vorher nicht kannte) und an seinem eigenen Physik-Buch auf  https://physikbuch.schule/ dem Publikum vorführte, wozu Progammpakete wie blogdown in der Lage sind. Michael ist Lehrer an einem Realgymnasium in Wien und unterrichtet Physik, Informatik und Mediendesign. Damit war er viel besser als ich in der Lage seinen (Informatik-)Lehrer-Kollegen (bis auf eine Frau aus meinem Department, waren nur Männer im Publikum) diese neuen Technologien praxisgerecht vorzustellen.

Das war nicht nur zur "Rettung" meines Vortrags wichtig, sondern hat auch den Vorteil, dass sich hier zwei Personen mit ähnlichen Interessen und Ansätzen persönlich kennen gelernt haben. Neben den vielen weltweit verstreuten – aber bloß webbasierten – Kontakten der (R) Markdown Community stellt dies eine wichtige Ergänzung und Motivation für unsere weitere Arbeit dar.

Im nachstehenden Interview präsentiert Michael einige Aspekte seines Physikbuch-Projekts. Viele technische Details haben wir dabei vorerst ausgespart, weil sie besser an die englisch-sprachige R-Markdown Community gerichtet sind. Es ist ein weiteres Interview geplant, das stärker auf Aspekte von eScience fokussiert und auf meiner neuen englischen Website Educational Patterns veröffentlicht werden wird.

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Warum noch ein weiteres Physikbuch?

Frage: Es gibt schon so viele Physikbücher warum noch eines schreiben?

Antwort: In den USA gibt es schon eine sehr lange Tradition von Open Education Resources (OER). Und vor einigen Jahren habe ich schon englische freie Physikbücher für das Studium und den Unterricht gefunden (z.B. „Physics for K-12“ (Sunil Kumar Singh), „People’s Physics Book“, „CK-12 Physics - Intermediate“,…). Die meisten Dokumente waren aber statische PDFs und Ergebnisse von Einzelautoren. Im deutschsprachigen Raum gab es damals etwas derartiges noch nicht. Mittlerweile hab ich auch interesannte Projekt im deutschsprachigen Raum gefunden, die mir aber nicht weit genug gehen (z.B. https://physikunterricht-online.de/).

In den letzten Jahren hat sich extrem viel getan: Web-Technologien sind gereift, Projekte wie Gitbook gestatten das Erzeugen von Dokumenten mit minimalen Aufwand, uns steht heute eine Vielzahl an freien Programm-Werkzeugen und Creative Commons Medien zur Verfügung, und Collaborative Plattformen wie GitHub und GitLab werden nicht mehr ausschließlich von Programmierern verwendet.

Physik Libre als "Proof of Concept"

Im Prinzip geht es mir darum zu zeigen, was heute mit aktueller Technologie am Beispiel eines Physikbuchs für die Oberstufe möglich ist - einem proof of concept - wenn man so will. Die letzten Jahre mit Linux haben mich - fürchte ich - geprägt. Die folgenden Punkte sind mir persönlich für die Umsetzung des Projekts wichtig:

• Geräteunabhängig (Smart-TV, PC, Notebook, Tablet, Smartphone, E-Book Reader, Druck)
• Betriebssystemunabhängig (Web-Browser, ePub Reader, PDF-Reader)
• Verwendung Freie Standards (HTML, JS, CSS, ePub, PDF)
• Verwendung Freier Lizenzen (CC-BY-SA 4.0, GPL 2)
• Verwendung Freier Software (Bookdown, gitbooks, R, pandoc, TeX, Inkscape,…)
• gemeinschaftlich (Alle Dateien auf Github/Gitlab)
• Freier Zugang und Respektieren der Privatsphäre (Keine Konten, keine Anmeldung, kein Tracking)
• Zeitgemäß (Volltextsuche, Teilen-Funktion,…)
• mehrsprachiger Ansatz.

Kein approbiertes Schulbuch, sondern "zweite Meinung"

Frage: Du nennst dein Buch bewusst nicht Schulbuch. Was ist der Unterschied zwischen deinem Physikbuch und einem Physik Schulbuch für die Oberstufe?

Antwort: Ein approbiertes Schulbuch muss sich immer an dem aktuellen Lehrplan und den Prüfungsbestimmungen orientieren. Es enthält kompetenzorentierte Aufgaben und Leitfäden für LehrerInnen.

Im Gegensatz dazu verstehe ich mein Physikbuch Projekt als "zweite Meinung" zum Physik-Unterricht für OberstufenschülerInnen. Es versucht Zusammenhänge so gut wie möglich - daher auch mit allen technisch möglichen Mitteln - für das mathematische Niveau eines Oberstufenschülers erklären.

In der Theorie sollte alles automatisierbar sein…

Frage: Du hast eine volle Lehrverpflichtung und Familie. Wie bist du auf die Idee gekommen ein solches Mammut-Projekt als Einzelperson anzugehen.

Antwort: Zu Beginn des Projekts waren zwei Überlegungen ausschlaggebend.

Erstens sollte alles - bis auf das eigentliche Schreiben des Textes und das gelegentliche Zeichnen von Grafiken (wo ich keine passenden Inhalte auf Wikimedia Commons finden konnte) - über Programme automatisierbar sein.

Der zweite Punkt ist das Buch nicht als mein Buch zu betrachten, sondern als Gemeinschaftsprojekt zu sehen. Alle Quelldateien des Projekts sollen auf eine Plattform wie GitHub oder GitLab gehostet werden und so die Hürde für die Mitarbeit von anderen Personen an dem Buch so gering wie möglich zu halten und zur Teilnahme animieren - und sei es nur die Korrektur eines Rechtschreibfehlers.

In der Praxis sieht das aber anders aus…

Diese beiden Ansätze sollten den zeitliche Aufwand in Grenzen halten. Soweit zur Theorie…

Zu Punkt 1: Obwohl es schon viele hervorragende freie Werkzeuge wie pandoc und bookdown für die Erzeugung von Dokumenten und Endformaten existieren, liegt der Hund im Detail. Verwendet man z.B. Bilder von Wikimedia Commons sind in den meisten Fällen die DPI Einträge in den Metadaten falsch. Diese sind aber wesentlich für Druckausgabe. Verwende ich ein animiertes Gif Bild in der Webversion muss für die Druckversion ein bestimmter Frame gecaptured und eingebunden werden, u.s.w.
Für all diese Fälle musste ich eigens Programme schreiben, die diese Aufgaben automatisieren.

Zu Punkt 2: Im Moment herrscht noch eine ziemliche Wild-West-Stimmung bei dem Projekt und ich experimentiere noch viel was machbar ist. Das bedeutet aber auch, dass sich durch Programm-Code Umstellungen auch noch jederzeit Änderungen im Buch-Quelltext ergeben können. Weil ich das aber keinem anderen im Moment zumuten möchte, bleibt das Projekt vorläufig noch lokal bis sich das Framework zum Buch halbwegs konsolidiert hat.

Ich habe letztes Jahr eine 5. Klasse in Physik übernommen und versuche die Inhalte im Buch parallel zu meiner Unterrichtsvorbereitung zu verfassen, Damit meine aktuellen SchülerInnen auch schon davon profitieren. Bisher ist mir das zumeist gelungen, aber es ist zeitmäßig doch sehr aufwändig, zumal ich - leider - kein geborener Verfasser von Texten bin.

Wie geht es weiter mit Physik Libre?

Frage: Das klingt als wären die meisten Probleme gelöst. Was sind deine aktuellen Probleme?

Antwort: Technisch ist tatsächliches schon einiges gelöst, aber die Lösungen sind vermutlich oft nicht elegant oder es gibt eine einfachere Lösung - schließlich bin ich kein Profi-Programmierer.

Ein ungelöstes Problem stellt nach wie vor das Same-origin policy Sicherheitskonzept der Browser dar, die das Einbetten von Inhalten von anderen Web-Seite einschränken. Da habe ich noch keine befriedigende Lösung gefunden.

Außerdem muss noch viel Arbeit an der Dokumentation vorgenommen werden, bevor das Projekt auf Github oder GitLab freigegeben wird.

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Nachbemerkung

Obwohl Michael – wie er selbst sagt – kein Profi-Programmierer ist, so ist doch anzumerken, dass er von seiner beruflichen Expertise (Physik, Informatik und Mediendesign) nicht zu der von mir anvisierten Gruppe von nicht-technisch versierten Menschen gehört.

Ich davon überzeugt bin, dass die neuen Technologien der R Markdown Ökosphäre sich letztlich breit durchsetzen werden. Heute aber ist deren Nutzung überwiegend noch technisch interessierten, bzw. mit Kenntnissen zur Webtechnologie "vorbelasteten"  Personen vorbehalten. Auch aus meiner eigenen Erfahrung herrscht  – wie Michael es audrückt – Wild-West Stimmung: Ganz abgesehen von etlichen Fehlern ("Bugs") gibt es ständig neue Änderungen, die technische Versiertheit bei der notwendigen Anpassung benötigen. Vor allem aber gibt es im Zusammenspiel der vielen Webtechnologien noch Lücken, die nur mit entsprechender Sachkenntnis überbrückt werden können.

Aber ist es nicht sinnvoll möglichst frühzeitig in ein neues prosperierendes Gebiet einzusteigen? Zumindest für einige der Goldgräber im Wilden Westen hat es sich ausgezahlt, frühzeitig mit dabei zu sein…