PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Die Geometrische Algebra mit GAALOP im Schnelldurchgang
Get PDFDie Geometrische Algebra ist eine mathematische Sprache, die von David Hestenes und anderen vorrangig mit physikalischer und physikdidaktischer Zielrichtung gestaltet und weiterentwickelt wurde. Sie basiert auf einer didaktischen Umformung der Clifford-Algebra. Da dieser mathematische Ansatz konzeptuell sehr tragfähig ist und insbesondere einen alternativen Zugang zur Linearen Algebra bietet, kann er auch außerhalb der Physik erfolgreich genutzt werden.Dazu wurde auf der DPG-Frühjahrstagung 2016 die Kurseinheit ”Geometrische Algebra im Schnelldurchgang” für Fachhochschulstudierende mit nur begrenzten mathematischen Vorkenntnissen vorgestellt.Aufgrund der nur eingeschränkt vorhandenen Rechenfähigkeiten der Studierenden wurden lediglich Lineare Gleichungssysteme mit zwei Unbekannten und (2 x 2)-Matrizen thematisiert. Um mit Studierenden dieses Leistungsniveaus auch anspruchsvollere Aufgabenstellungen diskutieren und bearbeiten zu können, ist zur zeitlichen Entlastung die Bereitstellung einer effektiven Rechner-Unterstützung sinnvoll. Allerdings existieren derzeit keine Taschenrechner, die Rechnungen zur Geometrischen Algebra zulassen.In diesem Beitrag wird deshalb gezeigt, wie das Programm-Tool GAALOP (Geometric Algebra Algorithms Optimizer) als geometrisch-algebraischer Taschenrechner-Ersatz eingesetzt und didaktisch sinnvoll zur Modellierung von Problemstellungen unter Einbezug höher-dimensionaler Linearer Gleichungssysteme genutzt werden kann.
Lehrqualität naturwissenschaftlicher Hochschulpraktika – Befunde zu Chemie- und Physik, sowie Block- und Semesterpraktika –
No full textFür Experimentalpraktika an deutschen Hochschulen wurden bisher Befunde erarbeitet, die zeigen, dass es erhebliche Unterschiede zwischen den intendierten Zielen und deren Realisierung gibt. Aus den Erkenntnissen der Praktikumsforschung und den Anforderungen guter Lehrevaluation erwuchs das theoretische, fächerübergreifende Modell der Praktikumsqualität. Der zugehörige Praktikumsqualitäts-Fragebogen (PraQ) wurde ratingbasiert für Studierende in insgesamt 18 Praktika im deutschsprachigen Raum erprobt (N = 1314). Die Testevaluationsstudien zu den Inhalten, zur Struktur und zur Konstruktvalidität zeigten Evidenzen für ein gelungenes Messinstrument.Die Stärken und Schwächen von Praktika verschiedener Fächer und Organisationsformen stellen forschungstechnisches Neuland dar. Erstmalig konnten mit diesem neuen Instrument hierfür Ergebnisse bezüglich der Unterschiede zwischen Physik. und Chemiepraktika, sowie zwischen Block- und Semesterpraktika ermittelt werden. So konnten Stärken der jeweiligen Praktikumsrealisierungen festgestellt und ein erster Schritt zur Nutzung dieser Potentiale vollführt werden. Physikpraktika wurden in einigen Bereichen der Experimentellen Kompetenz und der Lehrkompetenz der Betreuenden besser bewertet als Chemiepraktika. Semesterpraktika wiesen eine deutlich bessere Betreuungsqualität auf als Blockpraktika, allerdings bewirkten sie teils geringere Kompetenzzuwächse, z. B. im Aufbauen der Versuchsanordnung und im Zeitmanagement.Als Konsequenz aus diesen Ergebnissen können die jeweiligen Stärken der Praktikumsformen in der Zukunft genauer beobachtet und zielgerichtete Interventionen für schwächere Praktika daraus abgeleitet werden
Elementarisierungen zu Strömungen und Strukturbildungen
Get PDFDie Nationalparkhäuser des Niedersächsischen Wattenmeeres sind außerschulische Lernorte. Dort thematisieren die Betreiber/innen mit ihren Ausstellungen die systemische Dynamik an der Küste und im Ozean. Allerdings mangelt es an Exponaten, die Phänomene unter physikalischer Perspektive beleuchten und passende Erklärungen sowie Modelle anbieten. Die physikalische Sichtweise auf dynamische Prozesse in der Küsten- und Ozeanregion ist jedoch unabdingbar, da erst die Interdependenz von Strömungen und Strukturbildungen die systemische Dynamik dieser Regionen konsistent charakterisiert. Um die Ausstellungen diesbezüglich weiterzuentwickeln, wird eine Didaktische Rekonstruktion vorgenommen, deren Kern die Elementarisierung von Strömungen und Strukturbildungen darstellt. Ziel ist die Formulierung von didaktischen Leitlinien für die zukünftige Ausstellungsgestaltung. Diese soll den Betreiber/innen der Nationalparkhäuser dabei helfen, Strömungs- und Strukturphänomene für zukünftige Exponate aufzubereiten
Der Feldbegriff im Physikunterricht. Ein Analogieversuch: Magnetisches Feld als Energiespeicher und Wechselwirkungspartner
Get PDFDer Feldbegriff ist einer der fundamentalen Begriffe der Physik und auch im Physikunterricht wird er zur Beschreibung physikalischer Zusammenhänge an verschiedenen Stellen verwendet. Einerseits ist der Feldbegriff damit grundsätzlich geeignet, um verschiedene Unterrichtsinhalte miteinander zu vernetzen (kumulatives Lernen, potentielles Basiskonzept) und die Lernenden mit einer Grundidee der Physik (Stoff- und Feldstruktur der Materie) exemplarisch bekannt zu machen. Andererseits bleibt der Feldbegriff für die meisten Lernenden unverstanden und wird nur selten als nützlich erlebt. Im Mittelpunkt des Beitrags steht die Konzeption eines Versuchs, der die Existenz des magnetischen Feldes nahelegt und somit das Feld als realen Interaktionspartner zugänglich macht. Inwiefern diese Bemühungen tatsächlich lernförderlich sind und wie sie sich z.B. auf das Verstehen des Feldlinien- konzeptes auswirken, bleibt empirisch zu prüfen
Impuls-, Drehimpuls- und Energieerhaltung beim eindimensionalen Stoß zweier Kugeln: Impressionen aus dem Praktikumsalltag
Get PDFIn einem Videoanalyseexperiment wurde der Stoß einer rollenden mit einer ruhenden Kugel untersucht. Da der Kraftstoß während der Kollision den Linearimpuls zwischen den Kugeln transferiert, aber kein entsprechender Drehmomentstoß auftritt, erfüllen die Kugeln nach dem Stoß die Rollbedingungen nicht. Die Kugeln werden daher durch Reibung entweder beschleunigt oder verzögert. Die Analyse des Stoßes liefert Daten zum Verhältnis der End- und Anfangsgeschwindigkeiten, zum Elastizitätsgrad des Stoßes, zum Reibungskoeffizienten und zum Anteil des beim Stoß übertragenen Drehimpulses. Der Praktikumserfolg der Studierenden bei diesem Versuch wird kurz diskutiert
Astronomie in der Lehrerausbildung
Get PDFAstronomische und astrophysikalische Kontexte interessieren Lernende überdurchschnittlich stark. Diese Themen bieten also die Möglichkeit, die Motivation der Schülerinnen und Schüler im Unterricht zu erhöhen. Um astronomische Sachverhalte im Unterricht richtig vermitteln zu können, ist eine entsprechende Ausbildung sowohl auf fachlicher als auch auf fachdidaktischer Ebene unerlässlich, eine systematische Erhebung über die Anteile der Astronomie im Lehramtsstudium fand im deutschsprachigen Raum in den letzten Jahren jedoch bisher nicht statt. Die hier vorgestellte Studie betrachtet diesen Anteil in der Physiklehrerausbildung der verschiedenen Schulformen an deutschen Universitäten – gemeint ist hier primär nicht die Ausbildung von Fachlehrern für Astronomie – indem die verschiedenen Modulhandbücher und Studienordnungen systematisch auf Vorlesungen und Seminare mit astronomischen, astrophysikalischen sowie kosmologischen Kontexten in Fach und Didaktik untersucht werden. Analysiert werden formale (u.a. ECTS, SWS, Pflicht- oder Wahlpflichtkurs) sowie inhaltliche Aspekte der Veranstaltungen. Erste Ergebnisse werden mit dem Ziel, langfristig eine Verbesserung der Astronomieausbildung zu erreichen, präsentiert
Satellitenortung realitätsnah im Klassenzimmer nachempfunden
Get PDFDie Satellitenortung, umgangssprachlich auch oft als Satellitennavigation bezeichnet, ist eine Raumfahrttechnologie, die sich innerhalb eines Jahrzehnts, insbesondere durch die rasche Entwicklung entsprechend kleiner Empfangsgeräte und Smartphones, in vielen Bereichen unseres Alltags etabliert hat. Das physikalische Grundprinzip ist zwar relativ einfach, die technische Umsetzung jedoch überaus komplex. Da Physikunterricht, insbesondere in Bundesländern ohne speziellen Technikunterricht, auch die Aufgabe hat, moderne Technologien zu vermitteln, gab es bereits einige Bemühungen, Satellitenortung verständlich, auch über experimentelle Aufbauten, für Schülerinnen und Schüler zugänglich zu machen. Das hier vorgestellte Experimentierset NaviSat schafft einen sehr realitätsnahen Zugang zur Satellitenortung. Erstmals wurde damit ein auf digital kodierten akustischen Signalen basiertes Satellitenortungssystem für den Physikunterricht realisiert. Die Genauigkeit der Ortung liegt auch nach längerem Betrieb im Zentimeterbereich. Im praktischen Einsatz hat sich das Set mit Lehrer- und Schülergruppen aus verschiedenen Bundesländern bereits gut bewährt. Pünktlich zur Inbetriebnahme des Europäischen Satellitenortungssystems Galileo bietet NaviSat damit die Möglichkeit, diese anspruchsvolle aber auch faszinierende Technologie in adäquater Komplexität, verständlich und praktisch zu unterrichten
Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten
Get PDFDer Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden
Zukunft des Physikunterrichts – Bericht vom Workshop über die DPG-Schulstudie am 19. März 2018 in Würzburg
Get PDFDie DPG hat vor zwei Jahren eine umfängliche Studie zum Physikunterricht in Deutschland veröffentlicht, die darauf zielt, eine Diskussion über die Zukunft des Physikunterrichts an deutschen Schulen anzustoßen (DPG 2016). Während der Hauptteil der Studie überwiegend zustimmend aufgenommen wurde, zeigt die bisherige Rezeption der Anlage zur Studie mit den unterrichtsbezogenen Konkretisierungen zu den Basiskonzepten, dass hier die Auffassungen aus schulischer, fachlicher und fachdidaktischer Sicht auseinandergehen. Vor diesem Hintergrund wurde vom Vorstand des FV Didaktik der Physik eine Diskussionsveranstaltung angeregt, die im Rahmen der DPG-Frühjahrstagung in Würzburg stattgefunden hat und von der hier berichtet wird. Ziel der Veranstaltung sollte die Identifikation inhaltlicher und methodischer Aspekte in der Anlage zur Studie sein, die zu präzisieren, zu hinterfragen oder weiter zu entwickeln wären. Eröffnet wurdeder Workshop mit einer Einführung ins Thema durch die Moderation (Prof. Dr. B. Priemer und Prof. Dr. R. Wodzinski) sowie mit zwei kurzen Impulsreferaten aus fachlicher und schulischer Sicht (Prof. Dr. I. Hertel, Berlin und StD M. Rode, Lüneburg). Anschließend bestand für die 25anwesenden Expertinnen und Experten aus Schule, Fach und Fachdidaktik Physik die Möglichkeit zur Diskussion. Vom Verlauf der Veranstaltung wurden drei Verlaufsprotokolle erstellt. Diese bilden die Grundlage für den folgenden Bericht, der zugleich Anknüpfungspunkte für eine Weiterarbeit am Thema liefern soll. Die Präsentationen der Vortragenden sind als Anhang beigefügt
A Computer Simulation of Cosmic Inflation
Get PDFFrom the Cosmic Microwave Background CMB, the flatness problem and the horizonproblem arose. An extraordinarily rapid increase of distances in the early universe, theCosmic Inflation, was proposed as a possible solution, whereby suggested mechanisms forsuch an increase have been criticized (Steinhard: Scientific American 2011). We apply atheory that explains Cosmic Inflation by an extended Friedmann Lemaitre Equationcombined with an energy term (Carmesin, H.-O.: Vom Big Bang bis heute mit Gravitation,Model for the Dynamics of Space. Berlin: Verlag Dr. Köster 2017). We investigate variousquestions by performing computer simulations. We observe a sequence of phase transitionsthat cause an extraordinarily increase of distances. Our findings are in excellent quantitativeagreement with observations of the CMB. Thereby the theory depends on first principles andthe fundamental constants G, c and h only and we apply no fit in particular. We present thedevelopment of the project in the framework of a Jugend forscht club