Der Einsatz von Computern in der Bildung begann in den frühen 1970er Jahren und durchlief drei Hauptphasen: das Lernen von Computern (Computerunterstützter Unterricht - CAI), das Lernen über Computer (Computerkompetenz) und den Einsatz von Computern als kognitive Werkzeuge (Mindtools oder kognitive Werkzeuge). Das Feld der Computational Physics / Computational Science begann sich in den 1940er Jahren zu entwickeln. Gemäß der Methodik der rechnergestützten Experimente ersetzen Modelle, Simulationen und rechnergestützte Experimente "klassische" Experimente. Das Modell des Einsatzes von Computern als kognitive Werkzeuge und die Methodik der rechnergestützten Experimente stehen im Einklang mit den modernsten Perspektiven im Bereich des Unterrichts in den Naturwissenschaften, des entdeckenden Lernens / forschenden Lernens und der Theorie des Wissensaufbaus (Konstruktivismus). Dieses Buch stellt vor und analysiert: a) Die bekanntesten Lerntheorien und Hauptmethoden, Unterrichtsmodelle und Unterrichtsansätze, die mit ihnen verbunden sind, b) Die bekanntesten Modelle des Lernens und Unterrichtens mit Hilfe von Computern, c) Die grundlegenden Konzepte und Methoden der Modellierung, Simulation und der Methodik der rechnergestützten Experimente, d) Die Struktur, Syntax und grundlegenden Befehle von Mathematica sowie Beispiele für das Unterrichten und Lernen von Themen aus den Naturwissenschaften, e) Unterrichtsanwendungen des entdeckenden / forschenden Lernens durch rechnergestützte Experimente mit der Entwicklung und Implementierung elektronischer Arbeitsblätter in Mathematica, f) Die Struktur der Programmiersprache JAVA und Beispiele für ihren Einsatz beim Unterrichten und Lernen der Naturwissenschaften, g) Unterrichtsanwendungen für das Unterrichten und Lernen von Themen aus den Naturwissenschaften durch die Methodik der rechnergestützten Experimente.