PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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The Glass "Gravitational" Lens Experiment
Get PDFLight deflection, in particular the gravitational-lens effect in its strong form, is an interesting and fascinating subject of modern physics and cosmology. Although it is conceptually articulated and complex, it is fortunately possible to approach this topic through a simplified method and analysis, involving different concepts of physics and mathematics typical of the last years of secondary school and first years of the undergraduate studies. The basic idea is the visualisation of light on curved paths under the influence of gravity. In fact, by combining optics and general relativity, it is possible to design plexiglass lenses specifically formulated to reproduce the images of any source, whose light is deflected by different types of celestial objects. The work with these lenses is moreover supported by simulations performed with the software Geogebra and the help of astonishing images from the best telescopes. All this makes gravitational lensing an excellent educational tool for teaching physics and mathematics using examples from astronomy and cosmology
Online-Lernumgebung für Physik-Serviceveranstaltungen
Get PDFIn der Praxis hat sich bereits mehrfach gezeigt, dass physikalischeKonzepte von Studierenden, auch nach dem Besuch traditionellerPhysik-Lehrveranstaltungen, nur teilweise verstanden wurden. Vordiesem Hintergrund und der Forderung nach dem Einsatz digitalerLernangebote, wird eine digitale Lernumgebung auf der Plattform”Moodle” für die Physik-Serviceveranstaltung ”Physik für Bau- &Umweltingenieure” erstellt. Dies bietet die Möglichkeit, auf Grundder vorherrschenden Heterogenität bezüglich des Wissensstands derStudierenden, die Veranstaltung durch ein Lernangebot zum selbstreguliertenLernen anzureichern, ohne den Lehrbetrieb thematisch einschränkenzu müssen. Des Weiteren wird das Moodle-Plugin ”STACK”eingesetzt, wodurch die Eingaben in der Lernumgebung durch ein CASgeprüft und sogenannte Feedback-Bäume erstellt werden können. Didaktischbietet dies den Vorteil, dass die Studierenden innerhalb derOnline-Lernumgebung ein automatisiertes, individuelles Feedback aufIhre Ergebnisse bekommen, ohne dass Tutor*innen die Antworten einzelnüberprüfen müssen. Zudem wird dadurch die Fehleranalyse innerhalbder Lernumgebung für quantitative Aufgaben präzisiert. Weiterhinwird überprüft, ob durch den Umgang mit bekannten Präkonzeptender Erwerb konzeptionellen Wissens gefördert werden kann. Auf demPoster wird der Aufbau der Lernumgebung anhand eines Beispiels dargestellt
Masterclasses in Quantenphysik
Get PDFIm Rahmen des Exzellenzclusters QuantumFrontiers werden Masterclasses konzipiert, die Themen aus den Forschungsbereichen des Clusters vermitteln. Die Zielgruppe sind dabei vor allem Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe, aber es werden auch Angebote für Lehrkräfte und ausgesuchte (z.B. Wettbewerbs-) Gruppen konzipiert. Die Lernenden sollen durch eine Kombination aus Workshops, eigenständigem Lernen und Experimentieren, Laborführungen und Kontakt zu Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an ein konkretes Forschungsthema herangeführt werden. An den beiden Clusterstandorten Braunschweig und Hannover werden Kurse zu verschiedenen Themen konzipiert in deren Durchführung auch Forschende der beteiligten Institutionen LUH, PTB und TU BS mit einbezogen werden. Somit verfolgen die Masterclasses nicht nur das Ziel die Schülerinnen und Schüler für Physik zu begeistern, sondern bieten ebenfalls eine wertvolle Lehrerfahrung für (Nachwuchs- ) Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Die größte inhaltliche Herausforderung dieses Formats ist die Aufarbeitung aktueller Forschungsthemen – thematisch oft gar nicht oder nur teilweise in den Lehrplänen verankert – auf ein angemessenes fachliches Niveau.
Die komplexe Konjugation aus physikalischer Sicht
Get PDFIn mathematischen Lehrbüchern wird in der Regel darauf verwiesen, dass die Multiplikation einer komplexen Zahl b mit einer komplex konjugierten zweiten Zahl a* kommutativ ist: a*b = b a*.Im Kontext einer physikalisch geprägten Geometrischen Algebra kann jedoch eine alternative Sichtweise motiviert werden: Die komplexe Konjugation wurde erfunden, um nicht-kommutative Strukturen durch kommutative Größen ausdrücken zu können. Tatsächlich modelliert das oben genannte Produkt eine nicht-kommutative Multiplikation in Form von a*b ≠ b*a.Fazit: Die komplexe Konjugation wird derzeit in Schule und Hochschule mit Hilfe eines Trugbilds vermittelt, das einen sachangemessen mathematischen Einsatz der komplexen Konjugation erschwert.
Augmented Reality-Experimente mit GeoGebra
Get PDFMit der Geometrie-Software GeoGebra lassen sich 3D-Objekte zur Visualisierung abstrakter Ideen dynamisch modellieren. Mit der App GeoGebra 3D Grafikrechner können die Modelle auch auf einem Smartphone oder Tablet aufgerufen und bearbeitet werden. Darüber hinaus ist es möglich, sie mit der Augmented Reality-Funktion auf beliebige Strukturen einzublenden. Bei Veränderung der Position des Mobilgeräts bleiben die virtuellen Objekte fest an der zugewiesenen Stelle des von der Kamera eingefangenen Bildes. Der Modellinhalt lässt sich allerdings dynamisch an reale Gegebenheiten anpassen. Auf diese Weise wird eine leicht umsetzbare Erweiterung realer Experimente mit idealen Darstellungen ermöglicht, die als Augmented Reality-Experimente bezeichnet werden. Dabei erweitern virtuelle Bestandteile reale Strukturen dort, wo nicht beobachtbare Elemente zum Verständnis des Experiments beitragen und den Vergleich von Modell und Realität erleichtern. Der Einsatz von Augmented Reality-Experimenten zum Lehren und Lernen der Physik wird anhand von Beispielen aus Mechanik, Elektrizitätslehre und Optik erläutert
Augmented Physik AR im Physikunterricht
Get PDF„Augmented Reality“ (kurz AR) ermöglicht die Ergänzung einer realen Umgebung mit virtuellen Objekten, Einblendungen und der Einbindung von Erläuterungen. So ist eine Simulation von Experimenten als Demonstrations- oder Schülerversuch in natürlicher Umgebung mit authentischen Repräsentationen möglich, die ohne Abstraktion auf schematische Darstellungen auskommt. Die vorgestellte Anwendung erfasst durch die Kamera eines mobilen Endgerätes reale Platzhalterkarten, die durch AR in echte Experimentiergelegenheiten umgewandelt werden. Als primäres Themengebiet wurde die Optik gewählt, wobei Objekte wie Laser, Spiegel, Linse oder Prisma in beliebigen Konstellationen arrangiert werden können. Die physikalischen Eigenschaften, inklusive Fehlern und Interferenzeffekten, werden korrekt modelliert. Die Anwendung soll auch in andere Themengebiete übertragen werden. Damit werden in AR Experimente ermöglicht, die aus finanziellen, organisatorischen oder sicherheitstechnischen Gründen ansonsten nicht von den Lernenden umgesetzt werden könnten
Heißes schneller kalt: Der Mpemba-Effekt
Get PDFUnerwartete Effekte liefern eine Möglichkeit, das Interesse von Schülerinnen und Schülern an dem eher unbeliebten Schulfach Physik zu wecken.In einem Schülerprojekt wurde vor diesem Hintergrund der Mpemba-Effekt unter Verwendung einfachster Hilfsmittel, schwerpunktmäßig mit Augenmerk auf den Energietransport, thematisiert. Die ersten Ergebnisse dieser Experimente helfen bei der Klärung der Vorgänge. Sie zeigen aber auch, dass eine bloße Energiebetrachtung nicht ausreicht, um den eigentlichen Effekt bereits mit der Schulphysik zu beschrieben
Augmented Reality in Schulversuchen der E-Lehre in der Sekundarstufe I
Get PDFIn der Studie wird der Einsatz von Augmented-Reality(AR)-Applikationen in der Schule als Ergänzung zum Realexperiment untersucht.Die Sekundarstufe I bietet in der 9. Jahrgangsstufe in Bayern zum Thema der Elektrizitätslehre viele Experimente zur Anwendung einer augmentierten Lernumgebung. Dabei sollen die Applikationen hauptsächlich die Modelle der magnetischen und elektrischen Felder sichtbar machen. Beispielsweise kann durch AR gezeigt werden, dass ein Magnetfeld allein nicht für die Induktion ausreicht, sondern zusätzlich die Änderung der magnetischen Flussdichte nötig ist. Diese wird durch die Dichte der sichtbar gemachten Feldlinien innerhalb der Spule gezeigt.Eine erste Testung der Applikationen wird im Rahmen von Lehr-Lern-Labor-Durchführungen stattfinden. Die anschließende Pilotierung in der Schule wird mit ausgewählten Lehrkräften durchgeführt, welche gleichzeitig bei der Entwicklung der Unterrichtseinheit mitwirken. Die Hauptstudie in mehreren bayerischen Gymnasien hat das Ziel herauszufinden, ob es so möglich ist den Schülervorstellungen entgegen zu wirken und das Wissen über die korrekten physikalischen Zusammenhänge zu fördern
Ein Unterrichtskonzept zum Auftrieb im Sachunterricht
Get PDFDas Schwimmen eines Körpers im Wasser ist ein beliebtes Thema im Sachunterricht der Grundschule. Während in der Sekundarstufe I der Auftrieb mit dem Wasserdruck erklärt wird, daraus das Archimedische Prinzip abgeleitet wird und schließlich Folgerungen für die Dichte abgeleitet werden, wird in den Unterrichtskonzeptionen für den Sachunterricht vorwiegend über die Verdrängung argumentiert. Da dieses Prinzip letztlich nichts erklärt, wurde eine Unterrichtskonzeption erarbeitet und im Sachunterricht getestet, bei der das Schwimmen, Schweben und Sinken mit den Kräften erklärt wird, die das Wasser durch den von der Tiefe abhängigen Wasserdruck ausübt. Eine ausführliche Beschreibung sowie Unterrichtsmaterialien sind auf www.supra-lernplattform.de erschienen
MINT-Lehrer-Nachwuchsförderung: Entwicklung eines Testinstruments zur Untersuchung von Schülerkonzepten zu den Tätigkeiten von Lehrkräften
Get PDFMINT-Lehrkräfte fehlen bereits jetzt an vielen deutschen Schulen. Dieser Mangel wird in den nächsten Jahren nochmals deutlich größer werden. Das 2013 begonnene MILeNa-Programm ist ein Ansatz diesem Lehrermangel entgegenzuwirken. Die Kernidee des Programms ist, dass SchülerInnen der Jahrgangstufen 10 (EF) oder 11 (Q1) bereits während ihrer Schulzeit erste Lehrerfahrungen in MINT-Fächern sammeln und somit auch weiterführende Einblicke im Hinblick auf eine Tätigkeit als MINT-Lehrkraft erhalten. Die Lehrgelegenheiten werden von universitären Veranstaltungen (aktuell der RWTH Aachen und der Universität Bonn) begleitet. Hierdurch sollen die SchülerInnen ein umfassenderes Bild vom Lehrberuf und von den Studienmöglichkeiten in den MINT-Fächern erhalten. Diese bessere Informiertheit vor Aufnahme eines Studiums soll letztendlich zu einer größeren Anzahl an MINT-Lehramts-Absolventen beitragen. Begleitend zum MILeNa-Programm ist theoriegeleitet ein Fragebogen entwickelt worden, der der Erhebung der Tätigkeiten von MINT-Lehrkräften und der typischen zeitlichen Dimension dieser Tätigkeiten dient. Darauf aufbauend legt ein modifizierter Fragebogen den Fokus insbesondere auf die von SchülerInnen wahrgenommene zeitliche Dimension der Tätigkeiten von MINT-Lehrkräften. Dieser Fragebogen soll mit Hilfe der SchülerInnen des MILeNa-Programms getestet und evaluiert werden. Der Einsatz des Fragebogens im MILeNa-Programm lässt zudem genauere Aussagen zur Wirksamkeit des Programms im Hinblick auf die Vermittlung eines umfassenderen Lehrerbildes sowie konkrete Anhaltspunkte für eine konstruktive Weiterentwicklung des Programms erwarten