PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Entwicklung eines Testinstruments zur Untersuchung der Arbeitssituation von MINT-Lehrkräften
Full text linkIn Deutschland besteht seit Jahren ein Lehrkräftemangel, der vor allem im MINT-Bereich akuter wird. Um dem entgegenzuwirken, wurden Sondereinstellungsmaßnahmen konzipiert, die die Zusammensetzung der MINT-Kollegien erheblich veränderten. So wird ein substanzieller Anteil des heutigen MINT-Unterrichts von Quer- und Seiteneinsteigenden, fachfremd Unterrichtenden und studentischen Vertretungslehrkräften erteilt (Korneck, 2019).Bisher gelang es den Kultusministerien nur begrenzt, den Lehrkräftebedarf zu decken. Es fehlt eine langfristige Strategie, um den Lehrkräftenachwuchs zu sichern. Zudem fehlen Erkenntnisse über die Auswirkungen kultusadministrativer Entscheidungen auf die Arbeitssituation von MINT-Lehrkräften. Wie zufrieden ist das MINT-Lehrpersonal und welche Gestaltungsspielräume hat es? Gelingt es den Kollegien, Lehrkräfte unterschiedlicher Professionalisierungswege zu integrieren?In Kooperation mit der TU Darmstadt/dem IPN Kiel werden Erhebungen an allgemein-/berufsbildenden Schulen durchgeführt, die untersuchen sollen, ob sich Gruppenunterschiede in Abhängigkeit von Professionalisierungswegen, Schularten und Fachgruppen zeigen, aus denen sich Maßnahmen für die Verbesserung der Berufsbedingungen von MINT-Lehrkräften ableiten lassen. Im Folgenden werden das Forschungsdesign sowie die Entwicklung und Validierung des eingesetzten Fragebogens vorgestellt
Physik und Sport - Kontextorientierte Unterrichtsmaterialien zur Förderung des Interesses am Mechanikunterricht
Full text linkDas geringe Interesse der Lernenden an Physik ist seit der IPN-Studie bekannt und seitdem auf weitgehend gleichbleibendem Niveau. Dabei gilt die Mechanik oft als ein besonders uninteressantestes Themengebiet. Demgegenüber zeigen empirische Befunde allerdings auch, dass der Interessenunterschied weniger durch das Thema als vielmehr durch die Einbettung in bestimmte Kontexte und die damit verbundenen Tätigkeiten hervorgerufen wird (Elster, 2010). Eine Möglichkeit das Interesse an Physik zu fördern stellt dementsprechend ein ”Lernen in sinnstiftenden Kontexten” (Muckenfuß, 1995) dar. Es konnte theoretisch begründet werden, dass sich der Sport durch seine Alltäglichkeit sowie durch vielfältige Bezüge der Physik zum menschlichen Körper als ein solcher sinnstiftender Kontext im Mechanikunterricht eignet. Aus diesem Grund wurden im Rahmen einer Abschlussarbeit Vorschläge für die Erarbeitung von vier Inhalten aus dem Bereich der Mechanik im Kontext Sport mit entsprechenden Materialien für die Einführungsphase der gymnasialen Oberstufe in Hessen entwickelt. Eine semistrukturierte Lehrkräftebefragung hat Indizien dafür geliefert, dass die Konzepte trotz eines hohen Zeitaufwandes zur Steigerung des Interesses im Physikunterricht beitragen können.
Unter welchen Bedingungen erachten Physiklehramtsstudierende ihr Physikfachstudium als relevant für ihren zukünftigen Physikunterricht?
Full text linkDas Physik-Lehramtsstudium sollte auf den Physikunterricht vorbereiten. Damit dies gelingt, fordert z. B. die DPG (2014) das Lehramtsstudium stärker zu professionalisieren. Ein Ansatz ist die sogenannte kumulative Lehre, die in Fachveranstaltungen des Grundstudiums der PH Ludwigsburg umgesetzt wurde. Er erwies sich in einer Evaluationsstudie als geeignet für den Erwerb von schulrelevantem Fachwissen. Mit dem hier vorgestellten Forschungsvorhaben soll mit Fallstudien untersucht werden, ob sich Effekte der kumulativen Lehre in der Schul-praxis im Master-Studium zeigen. Dazu werden acht Studierende in ihrem Schulpraxissemes-ter forschend begleitet. Parallel wird eine Vergleichsgruppe einer anderen Hochschule for-schend begleitet (N=6). Mit Leitfadeninterviews und Fragebögen werden die Studierenden zu ihren Unterrichtserfahrungen und zu ihrem Studium befragt. Der Artikel stellt das For-schungsvorhaben und ein Zwischenstand der qualitativen Inhaltsanalyse vor. Die vorläufige Analyse zeigt: Die Professionsorientierung der kumulativen Lehre scheint zu einem schüler-orientierten Unterricht zu führen. Demgegenüber führt die Wissenschaftsorientierung der „traditionellen“ universitären Fachvorlesungen eher zu inhaltsorientiertem Unterrichten
Modellierung naturwissenschaftlicher Leistungs- und Begabungspotenziale im Kita- und Grundschulalter
Full text linkIn den Teilprojekten 3 und 9 des durch das BMBF geförderten Verbundprojekts ‚Leistung macht Schule’ (LemaS) am Standort Freie Universität Berlin werden Lernsettings und damit verbundene Diagnoseformate zur Erfassung und Beschreibung naturwissenschaftsbezogener (Leistungs-) Potenziale bei Kindern in der Kita und im Übergang von der Kita in die Grundschule (Teilprojekt 3) sowie im naturwissenschaftlichen Sachunterricht in der Grundschule (Teilprojekt 9) entwickelt. Mit den kooperierenden Kitas und Grundschulen werden die entwickelten Instrumente erprobt, evaluiert und entsprechend des Design-Based-Research Ansatzes (Reinmann, 2005) weiterentwickelt. Aufgrund fehlender konkreter Hinweise dazu, wie naturwissenschaftsbezogene (Leistungs-) Potenziale in Kita und Grundschule systematisch und theorie- sowie evidenzbasiert identifiziert werden können (Höner, 2015, 59), wurde u.a. in Anlehnung an das Modell zur mathematischen Begabung im Grundschulalter nach Käpnick (2014) sowie unter Berücksichtigung von Annahmen zu naturwissenschaftsbezogenen Begabungen (Wegner, 2014; Labudde, 2014; Kirchner, 2006) im Rahmen des Teilprojektes 9 bereits ein erstes theoriebasiertes Modell naturwissenschaftsbezogener (Leistungs-) Potenziale für die Grundschule entwickelt (Mehrtens et al., 2021). Dieses Modell wurde nun unter Einbeziehung aktueller fachdidaktischer Debatten im Kontext der inklusiven und potenzialorientierten Begabungsförderung (Benölken & Veber, 2021, S. 56) weiterentwickelt und um Merkmale naturwissenschaftsbezogene (Leistungs-) Potenziale von Kindern im Kitaalter (Fuchs, 2015; Anders et al., 2013; Fthenakis et al., 2009; Steffensky, 2017) ergänzt. Dieses Modell wird im weiteren Projektverlauf empirisch geprüft und weiterentwickelt
Dimensional Transitions in a Bose Gas
Full text linkIn the early universe, the density reached the order of the Planck density. As a result, there were gravitational instabilities in which dimensional transitions occurred. It should be taken into account that the early universe consists only of photons and black holes. Photons are bosons. The quantum physical model for many bosons, such as photons, is the Bose gas model. Here we can study the dynamics of the early universe more accurately (Hans-Otto Carmesin (2020): The Universe Developing from Zero-Point Energy Discovered by Making Photos, Experiments and Calculations. Berlin: Verlag Dr. Köster). This research aims to determine and apply the critical densities of dimensional phase transitions in Bose gases with the use of a computer simulation. This new type of phase transitions could be used in the future to apply them to the horizon problem. This might accordingly lead to the solution of the problem without including a hypothetical entity such as the so called *inflation field*. The project is presented as an example for teamwork in an ensemble of projects in the field of quantum gravity that are carried out in a research club at our school
Eignung von Wireless Sensoren in Experimentalphysik-Vorlesungen
Full text linkIn Experimentalphysik-Vorlesungen werden zahlreiche Versuche durchgeführt, die mit computerunterstützter Messwerterfassung ausgewertet werden. Kabelgebundene Sensoren können bei der Untersuchungen von Rotationsbewegungen die zu untersuchende Bewegung einschränken. Werden viele Messgrößen gleichzeitig erfasst, kann ein Versuchsaufbau mit den oft gleichfarbigen Anschlussleitungen der Sensoren unübersichtlich werden. Bei zahlreichen Versuchen wird aufgrund der Längen der Anschlussleitungen der Sensoren deren Positionierung örtlich eingeschränkt. Durch den Einsatz von Wireless Sensoren kann diesen Schwierigkeiten begegnet werden. Gibt es nur Vorteile? Aufbauend auf den Untersuchungen im Rahmen der wissenschaftlichen Hausarbeit "Vergleich computerunterstützter Messwerterfassungssysteme für den Physikunterricht" wurden Versuche der Experimentalphysik-Vorlesungen am Fachbereich Physik der TU Darmstadt mit Wireless-Sensoren an Stelle von kabelgebundenen Sensoren der Lehrgerätehersteller Phywe, Pasco und Vernier durchgeführt. Mit ausgewählten Versuchen werden die Vor- und Nachteile beim Einsatz von Wireless-Sensoren vorgestellt
Gestaltung von Lernmaterial und Didaktische Typografie – wie sich die Lesbarkeit von Texten auch ohne sprachliche Anpassungen verändern lässt
Full text linkZahlreiche Studien haben in den letzten Jahren aufgezeigt, dass naturwissenschaftsbezogene Texte, wie sie üblicherweise in Schulbüchern und Lernmaterialien verwendet werden, allgemein- und fachsprachliche Herausforderungen an die Lernenden stellen (Busch & Ralle, 2011; Merzyn, 1994; Prediger, 2013; Sumfleth & Schüttler, 1995; Fraas, 1998; Hoffmann, 1998). Kohnen et al. (2017) zeigen außerdem auf, dass Änderungen allein auf morphosyntaktischer Ebene kaum signifikante Effekte in Bezug auf die Erhöhung der Lesbarkeit hervorbringen. Die Ergebnisse einer aktuellen Studie unter 200 Schülerinnen und Schülern zeigen, wie bereits durch typografische Maßnahmen das sinnentnehmende Lesen deutlich erleichtert werden kann. Der Beitrag wird zum einen die Ergebnisse der Studie vorstellen, daraus Empfehlungen der didaktischen Typografie ableiten und zum anderen evidenz- und theoriebasierte (Cognitive Load Theory nach Sweller, 2005; Theory of Multimedia Learning nach Mayer, 2005) Designs zur Gestaltung von Lernmaterial vorstellen, die anhand dieser Basis an der Universität Münster entwickelt werden
Dirac-Algebra: Kurz und schmerzlos
Full text linkIm Bereich von Informatik und Software-Entwicklung wird die Dirac-Algebra zur Modellierung hyperbolischer und konformer Räume eingesetzt. Es ist deshalb sinnvoll, Lernenden eine Einführung in die Dirac-Algebra zu eröffnen, die auf die Thematisierung des quantenmechanischen Hintergrunds vollständig verzichtet.Aus diesem Grund wurden Aufgaben zur Lösung Linearer Gleichungssysteme, die zuvor auf Basis der Pauli-Algebra gelöst wurden, umgestaltet und mit Hilfe der Dirac-Algebra bearbeitet. Dieser Ansatz,der vorgestellt und didaktisch hinterfragt wird, führt auf den Kern dessen zurück, was Grassmann in seiner Ausdehnungslehre erstmals formulierte: Die Basisgrößen von Pauli- und Dirac-Algebra (also der Geometrischen Algebra) können als Basisvektoren interpretiert werden. Die Lösung Linearer Gleichungssysteme mit Hilfe der Dirac-Algebra stellt deshalb ein raumzeitliches Analogon zum üblicherweise als Cramersche Regel bezeichneten Lösungsverfahren dar.Und auch raumzeitliche Analoga zu Moore-Penrose-Matrizeninversen lassen sich konstruieren
Simulationsbasiertes Lernen im Astrophysik-Tutorium am Beispiel Schwarzkörper und Sternspektren
Full text linkDie Auseinandersetzung mit fachspezifischen digitalen Medien und Werkzeugen ist ein zentraler Auftrag der universitären Lehrer:innenbildung. Im Fach Physik umfasst dies die Förderung von unterschiedlichen digitalen Basiskompetenzen wie z.B. Simulation und Modellierung. Wenn die Durchführung klassischer Experimente wie im Fall der Astrophysik kaum möglich ist, sind Simulationen eine wichtige Erkenntnismethode. Daher stellt dieser Beitrag eine erprobte Lerneinheit eines Astrophysik-Tutoriums für Lehramtsstudierende vor, die das Ziel der Förderung ebendieser digitalen Basiskompetenzen verfolgt. Im Zentrum der Lerneinheit steht eine Simulation, welche die physikalischen Zusammenhänge eines Schwarzkörperspektrums veranschaulicht, die Helligkeitsmessung von Sternen mit unterschiedlichen Filtern aufgreift sowie das Importieren und die direkte Analyse der Daten von originalen Sternspektren ermöglicht. Der Beitrag schließt mit einer Diskussion über die mögliche Anpassung der simulationsbasierten Lerneinheit an den Physikunterricht
Selbstgesteuertes Lernen mit digital erweiterten Workbooks
Full text linkDie Zeit des Distanzlernens hat die Digitalisierung schulischen Lernens auch im Physikunterricht weiter vorangebracht. Gleichzeitig wird offenkundig welche sozialen, persönlichen und individuellen Aspekte des unterrichtlichen Lernens durch das vornehmlich digitale Format nicht ersetzt werden können. Es heißt also, Lehren aus den Erfahrungen der vergangenen Monate zu ziehen und digitale Elemente gewinnbringend unter Beachtung der Lernförderlichkeit in den Unterricht zu integrieren. Auf Basis forschungsseitiger Erkenntnisse (Einzelstudien und Metastudien wie z.B. Hattie 2013, Herzig 2014), theoretischer Überlegungen und einer empirischen Fallstudie leiten wir Empfehlungen für die inhaltliche Auswahl und Strukturierung von digital erweitertem Lehr-Lernmaterial ab. Grundlagen, Studienergebnisse sowie Erfahrungen aus der prototypischen Realisierung solchen Lehr-Lernmaterials an der Universität Münster stellen wir in diesem Beitrag vor