PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Astronomie im Mathematikunterricht
Get PDFDa in vielen Bundesländern kaum astronomische Inhalte behandelt werden, diese aber einen wichtigen Beitrag für die Allgemeinbildung und die Entwicklung naturwissenschaftlicher Denkweisen leisten, sollte mehr Astronomie in der Schule verankert werden. Die Mathematik braucht zur Anwendung Aufgaben, die „rein mathematisch“ oder mit Umweltbezug sein können. So ist die Einbindung von Anwendungsaufgaben mit astronomischem Inhalt in den Mathematikunterricht der Sekundarstufe I an Gymnasien eine geeignete Lösung. In diesem Artikel wird genauer auf die Gründe und Vorteile des Verknüpfens von Astronomie und Mathematik eingegangen, eine Analyse Thüringer Mathematikschülerbücher durchgeführt und ein Ausblick auf das Projekt der Aufgabenentwicklung gegeben
smart for science - Gelingensbedingungen für den Einsatz schülereigener Smartphones im mathematisch-natur-wissenschaftlichen Unterricht
Get PDFAngesichts der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Smartphones in Schulen erforscht das BMBF-Projekt smart for science Gelingensbedingungen für den Einsatz von Smartphones im naturwissen-schaftlichen Unterricht. Distraktionen können dabei sowohl durch den Einsatz schülereigener (BYOD) wie schuleigener (COPE) Geräte auftreten.Die Untersuchung von BYOD- und COPE-Bedingung erfolgt im Rahmen dreier Workshops der Fächer Mathematik, Physik und Chemie zum Thema Elektromobilität, wobei das Smartphone sowohl fachspezifisch als auch in fächerübergreifenden Nutzungsvarianten eingesetzt wird. Durch die Erhebung fachbezogener und psychologischer Variablen auf Seiten der Lernenden sowie durch die Videografie des Nutzungsverhaltens werden Gelingensbedingungen und Distraktionen identifiziert. In der Physik wird fachspezifisch die App phyphox genutzt, um Echtzeit-Messungen des elektri-schen Stroms sowie der elektrischen Spannung und Leistung einer Solarzelle vorzunehmen. Die Dokumentation und Auswertung der Daten erfolgen ebenfalls per Smartphone
Inhaltsvalidität eines Testinstruments zur Erfassung deklarativen Wissens zur Quantenoptik
Get PDFIn der empirischen Unterrichtsforschung wird im Kontext von Testentwicklung oft von der Validierung eines Testinstruments gesprochen. Die Debatte über das Testgütekriterium Validität führte zu einer Verschiebung der Auffassung von Validität. Heute ist weniger von der Validität als Eigenschaft eines Tests die Rede. Vielmehr steht eine valide Testwertinterpretation im Zentrum der Sicherung von Testqualität. Dass ein Testverfahren valide Testwertinterpretation erlaubt, muss argumentativ abgeleitet werden. Die erforderlichen Argumentationsstränge sind dabei nicht standardisierbar. Insbesondere für Forschungsbereiche, in denen es nur wenig belastbare theoretische Vorarbeiten gibt, birgt das Hürden. Hier setzt dieser Artikel an: anhand eines „best-practice“-Beispiels aus der Didaktik der Quantenphysik wird aufgezeigt, wie ein solcher argumentativer Prozess methodisch erfolgen kann. Zunächst wird der Bedarf einer Neuentwicklung eines Testinstruments für die summative Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik begründet. Die Testentwicklung wird beschrieben. Inwiefern eine valide Testwertinterpretation möglich ist, wird argumentativ abgeleitet: Die Ergebnisse von einer Studie zum Lauten Denkens, sowie einer Expertenbefragung werden mit Ergebnissen einer quantitativen Pilotstudie kombiniert
iVoltage - Einsatz einer Simulation im E-Lehre-Praktikum
Get PDFMithilfe von verschiedenen Modelldarstellungen und Medien können abstrakte physikalische Größen und deren Zusammenhänge Lernenden nähergebracht werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes iVoltage (Investigation of Visualisation with Multimedia Learning Technologies for Augmenting Electrical Experiments) wird die Effektivität von unterschiedlichen Modelldarstellungen und Medien auf das konzeptionelle Verständnis der Studierenden beim Thema „einfache Stromkreise“ untersucht.In diesem Beitrag wird der Aufbau des übergreifenden Forschungsprojektes sowie die hier aufgeführte Teilstudie zusammen mit einer HTML-JavaScript Simulation vorgestellt, in der einfache Stromkreise durch Klicken zusammengestellt und simuliert werden können. Das Potential wird durch einen Farbverlauf Blau-Weiß-Rot dargestellt und die Stromstärke durch die Pfeildicke des Stromstärkepfeiles. Zusätzlich werden die Spannungen und Stromstärken bei jedem Bauteil numerisch angezeigt, so dass auch eine quantitative Auseinandersetzung mit dem Thema möglich ist. Die Mixed-Methods-Studie findet im Rahmen eines Praktikums im Studiengang Lehramt für Haupt- und Realschule an der Goethe-Universität Frankfurt am Main statt
Komplexitätsgestaffelte Übungsaufgaben zur Unterstützung im ersten Semester Physik
Get PDFEine von vielfältigen Herausforderungen der Studieneingangsphase ist der Umgang mit der häufig ungewohnt hohen Komplexität von Übungsaufgaben in den physikalischen Fachveranstaltungen. Aktuelle Studien zeigen einerseits, dass Lehrveranstaltungen dann wirksam sind, wenn die Komplexität der präsentierten Inhalte und Aufgabenstellungen im oberen von den Lernenden nutzbaren Komplexitätsbereich liegt. Andererseits ist nur eine Minderheit der Studienanfängerinnen und -anfänger zum Umgang mit den hohen Komplexitäten typischer Übungsaufgaben fähig. Im Ergebnis werden Aufgabenlösungen häufig abgeschrieben, nicht verstanden und somit nicht oder nur wenig lernwirksam.Im Beitrag wird ein Konzept zur Komplexitätsreduktion und -staffelung von Übungsaufgaben am Beispiel in seinen Vor- und Nachteilen vorgestellt. Ziel ist dabei, das Niveau der Aufgaben an die tatsächlichen Fähigkeiten der Mehrheit der Studierenden anzupassen und so Misserfolge und Demotivation zu verhindern. Wichtig sind hier Aspekte der Staffelung über den Semesterverlauf und der Transparenz des angezielten Klausurniveaus. Konkrete Vorschläge anhand realer Übungsaufgaben werden diskutiert
Interaktive und aktivierende Lehrkonzepte in der Theoretischen Physik
Get PDFIn den letzten Jahrzehnten wurden viele interaktive sowie aktivierende Lehrkonzepte für den Schulunterricht oder für universitäre Einführungsvorlesungen in der Physik konzipiert und etabliert. Eine Verbesserung des Lernerfolgs bei Schüler*innen, bzw. bei Studierenden mithilfe solcher Lehrkonzepte ist hinreichend belegt. In fortgeschritteneren Themenfeldern wie der Theoretischen Physik in den Gebieten Mechanik, Quantenmechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik und der statistischen Physik gibt es jedoch im deutschsprachigen Raum noch kaum konkrete Umsetzungen dieser Konzepte. Wir beschreiben in diesem Artikel Beispiele, wie interaktive und aktivierende Lehrkonzepte in Universitätsvorlesungen zur Theoretischen Physik mit einem hohen mathematischen Anteil aufgebaut und angewendet werden können und möchten alle Dozierenden ermutigen, diese Konzepte in eigenen Vorlesungen ebenfalls einzubauen. Die vorgestellten Beispiele werden seit dem Wintersemester 2018/19 in einem Seminar begleitend zur Vorlesung für Theoretische Physik für das gymnasiale Lehramt erprobt und weiterentwickelt. Diese Vorlesung hat die oben genannten inhaltlichen Schwerpunkte Mechanik, Quantenmechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik und statistische Physik. Im Seminar werden die neuen Konzepte folglich in diesem Themenspektrum umgesetzt
Ein Gas, zwei Farben. Warum leuchtet die Gasentladung in Luft an Kathode und Anode verschiedenfarbig?
Get PDFDie Farbe des Lichts einer Gasentladung ist gasspezifisch. Darauf wird in Büchern für Schule und Grundstudium zum Teil explizit hingewiesen. Es wird aber nicht darauf eingegangen, dass bei der Gasentladung in verdünnter Luft zwei Farben auftreten: Das in der Nähe von Kathode und Anode emittierte Licht ist deutlich verschiedenfarbig. Ähnliches ist auch in Stickstoff-Spektralröhren beobachtbar. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Phänomen der unterschiedlichen Lichtfarbe an Kathode und Anode durch Spektroskopie des emittierten Lichtes untersucht. Es wird gezeigt, dass die unterschiedliche Färbung durch intensive Emissionslinien des ionisierten Stickstoffmoleküls im negativen Glimmlicht an der Kathode hervorgerufen wird, die in den Leuchterscheinungen an der Anode nicht auftreten. Die Experimente sind sowohl für den Physikunterricht als auch für Studierende geeignet. Ihre Ergebnisse und Interpretation sind für Studiums- und Unterrichtsinhalte relevant, insbesondere im Bereich Atomphysik
Solution of a Density Problem in the Early Universe
Get PDFIn the following article we will solve a problem of the general relativity theory. This solution will leave the macrocosm and use the microcosm to explain how it works. For this we also show and explain formulas, calculations, models, spreadsheets and diagrams. At the end we will show our results in shape of real physical quantities
Vergleichsstudie zum Computereinsatz in der Newton'schen Mechanik
Get PDFDie Grundaussagen der Newton’schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und aus fachlicher Sicht hartnäckigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik.Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton’schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen
Entfernungsbestimmung mit der Cepheiden-Methode am Beispiel des Sternhaufens M5
Get PDFDie Messung der Entfernungen zu Planeten, Sternen und Galaxien ist gleichzeitig fundamental und schwierig. Im Bereich von einigen Hundert bis zu vielen Tausend Lichtjahren hat sich in den letzten Jahrzehnten die Cepheiden-Methode etabliert. Diese nutzt aus, dass es für eine bestimmte Klasse von veränderlichen Sternen, den Cepheiden, einen Zusammenhang zwischen der relativ leicht messbaren Periode der Helligkeitsschwankungen und der absoluten Helligkeit gibt. Misst man die Periode und gleichzeitig auch die scheinbare Helligkeit des Sterns, so kann man sofort den Abstand zur Erde ausrechnen. Die Entfernung des Kugelsternhaufens M5 kann man anhand des veränderlichen Sterns V42 mit einem kleineren Teleskop und einfacher Datenauswertung auf etwa 10% genau bestimmen. Diese Distanzmessung eignet sich gut für ein schulisches oder universitäres Astronomieprojekt.