PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Experimente mit Luftkissenpucks
Get PDFBesonders am Anfang des Physikunterrichts werden bestimmte Einflüsse ausgeblendet, um reine Phänomene zu betrachten – im Falle der Mechanik ist dies die Reibung. Allerdings sind Luftkissenfahrbahnen und Luftkissentische teuer und der Inbegriff von Lebensferne. Luftkissenpucks sind dagegen ein günstiges und faszinierendes Spielzeug. Insbesondere für zweidimensionale Bewegungen bietet sich die Messwerterfassung mittels Videoanalyse an.Auf ebener Unterlage können Stöße verschiedener Pucks betrachtet werden: Stöße auf einen ruhenden oder bewegten Puck mit gleicher oder unterschiedlicher Masse, Stöße eines Pucks mit der Wand oder vollkommen unelastische Stöße, indem ein Puck mit doppelseitigem Klebeband beklebt wird. Auf einer schiefen Unterlage sind Modelle eines waagrechten und eines schiefen Wurfes möglich. Mit entsprechenden Befestigungen in der Mitte sind Kreisbewegungen und Spiralbewegungen möglich
Zur Physik des Saughebers: Missverständnisse und fachliche Klarstellungen
Get PDFDer Saug- oder Winkelheber wird im Allgemeinen so verkürzt erklärt, dass die eigentliche Ursache für den Flüssigkeitstransport unklar bleibt und sogar Fehlvorstellungen geweckt oder verstärkt werden.Diese betreffen u. a. den Druck, dessen Variation allein nicht hinreichend ist, um Strömungen anzutreiben. Die entscheidende physikalische Größe zur Beschreibung ist die potenzielle Energie eines Massen- oder Volumenelementes: Zur Energiedichte tragen sowohl der Schweredruck als auch die Lageenergie pro Volumen bei. Obwohl die Flüssigkeit räumlich über den Rand eines höher gelegenen Gefäßes angehoben wird und in ein niedriger gelegenes strömt, nimmt ihre potenzielle Energie aufgrund innerer Reibung dabei kontinuierlich ab bzw. bleibt im Grenzfall idealer Flüssigkeiten konstant. Dies gilt gleichermaßen für Gase, die sich auch mit einem Heber transpor-tieren lassen. Die Vorstellung, Kohäsionskräfte seien nötig, um das stärkere „Ziehen“ der Schwerkraft an der Fluidsäule im längeren Heberarm auf die Fluidsäule im kürzeren Heberarm zu übertragen, ist irreführend. Wir zeigen, wie die Funktionsweise des Saughebers bereits auf dem Niveau einer universitären Erstsemestervorlesung vermittelt werden kann. Diese Darstellung kann Lehrerinnen und Lehrern auch als Grundlage für die Erarbeitung einer geeigneten Elementarisierung im Rahmen der Schulphysik dienen
Stolpersteine überwinden im Physikunterricht – ein Buch zu fachgerechten Elementarisierungen
Get PDFWelche Inhalte, Sachstrukturen, Experimente und Elementarisierungen im Physikunterricht verwendet werden, ist stark von Traditionen bestimmt. Manche Elementarisierung, die eine lange Tradition hat, ist aber fachlich problematisch und didaktisch ungeschickt. In diesem Beitrag wird dazu ein neues Buch präsentiert. Darin stellen mehrere Physikdidaktiker bekannte Erklärungen, bekannte Versuche und bekannte Vorgehensweisen vor, die aber missverständlich, verwirrend oder lernhinderlich sind, und verbreitete Behauptungen, die den aktuellen Forschungsergebnissen widersprechen. Jedes der Kapitel beschränkt sich jeweils auf ein kleines schwieriges Thema der Sekundarstufe, das kritisch hinterfragt und bei dem zum kritischen Nachdenken angeregt wird
Storyboards für die Erstellung von Mixed-Reality-Experimentierumgebungen
Get PDFZiel des Projekts "Erfahrungsbasiertes Lernen durch interaktives Experimentieren in erweiterten Realum-gebungen (ELIXIER)" ist die lernförderliche Erweiterung naturwissenschaftlicher sowie ingenieurstechni-scher experimenteller Praktika. Dies soll durch den Einsatz multimedialer und interaktiver Elemente im Experimentierprozess sowie einer adaptiven Lernbegleitung in allen Phasen des Experimentierprozesses ermöglicht werden. Um digitale Lernangebote und reale Experimente zu kombinieren, wird das Seamless-Smart-Lab (S2L) entwickelt. Die darin verankerten Strukturen sollen eine nutzerfreundliche Erstellung von interaktiven Laboranwendungen ohne Programmierung beinhalten. So dient das Storyboard zur Festset-zung, welche Daten und Handlungen erhoben werden sollen, wie diese auszuwerten sind (Learning Analy-tics) und welche Rückmeldung gegeben werden sollen. Die Datenerhebung erfolgt durch Tracking der Ex-perimentierfortschritte der Lernenden. Ebenso sind für die bedarfsgerechte Anpassung von Inhalten Ana-lysetools für Lernprozesse und Nutzer*innenaktionen vorgesehen. In diesem Beitrag sollen die Elemente und technischen Spezifikationen des Systems genauer vorgestellt werden
Die Vermittlung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie mittels Sektormodellen: Die Konstruktion von Geodäten
Get PDFSektormodelle sind Werkzeuge, die es emöglichen Schüler/innen inEinsteins Allgemeine Relativitätstheorie einzuführen. MittelsVideoanalyse untersuchen wir, wie Schüler/innen die Konstruktion vonGeodäten auf Sektormodellen erlernen, bis sie in der Lage sind, dieKonstruktion selbstständig durchzuführen. Anhand von Sektormodellengekrümmter Flächen werden die Akzeptanz des Unterrichtsmaterials,seine Handhabung sowie das Verständnis der Schüler/innen für dieMethode untersucht
Interaktive Bildschirmexperimente als Systemkomponente der webbasierten Lernplattform tet.folio
Get PDFInteraktive Bildschirmexperimente (IBE) früherer Generationen waren in der Regel in sich abgeschlossene digitale Medienelemente, zum Beispiel im technischen Format sogenannter Flash-Movies. Diese Medienelemente ließen sich u.a. in digitale Lehr-Lernmaterialen einbetten, konnten dabei allerdings nicht mit anderen digitalen Medienelementen oder etwa auch der Umwelt interagieren. Dies wurde erst mit der vollständigen Integration des IBE-Formats in die webbasierte Lernplattform ”tet.folio” möglich. Beispielsweise ist nun der Ablauf eines IBE durch zeitbasierte Medienelemente steuerbar. IBE können über externe Sensoren als Systemkomponenten Messdaten synchron darstellen, über Aktoren aktiv in reale Prozesse eingreifen oder lassen sich sogar über Sprache steuern. Das damit verbundene didaktische Potenzial für digital angereicherte, adaptive Lernumgebungen mit IBE wird an Beispielen diskutiert
Smartphone-Experimente mit externen Sensoren
Get PDFSmartphones sind heutzutage weit verbreitet und eignen sich aufgrund der vielen verbauten Sensoren auch als Messgeräte für physikalische Experimente. Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox ermöglicht ein einfaches Auslesen dieser verbauten Sensoren sowie die Weiterverarbeitung und Darstellung der Messdaten. Die gängigsten verbauten Sensoren, wie zum Beispiel Beschleunigungssensoren oder ein Gyroskop, eignen sich besonders gut für Experimente aus der Mechanik, von denen viele bereits in der App implementiert sind. Um neue Experimente zum Beispiel aus der Thermodynamik durchführen zu können sind aber neue Sensortypen wie zum Beispiel ein Temperatursensor nötig. Deshalb unterstützt phyphox mit dem nächsten Update die Einbindung von externen Sensoren über die Schnittstelle Bluetooth Low Energy. Dadurch können externe Sensoren auf verschiedene Weise in phyphox eingebunden werden: als fertige Sensormodule verschiedener Hersteller (wie z.B. die Sensorbox SensorTag von Texas Instruments), als Sensoren in Alltagsgegenständen (wie z.B. einer Computermaus) oder als selbstentwickeltes Sensormodul. Bei letzterem kommen neben den Sensoren Mikrocontroller wie der Arduino zum Einsatz
Entwicklung eines Echtzeit-Feedback-Systems für die Durchführung von Realexperimenten
Get PDFZur detaillierten Untersuchung experimenteller Prozesse bei der Durchführung von Realexperimenten wurde in den letzten Jahren mit der objektfokussierten Erfassung ein neuer Ansatz entwickelt. Anders als bei probandenfokussierten Erhebungsmethoden, wie beispielsweise Laborberichten, vorstrukturierten Protokollen, der direkten Beobachtung oder Videostudien, wird die Abfolge der experimentellen Handlungen bei dem objektfokussierten Ansatz indirekt durch eine am Versuchsaufbau implementierte Sensorik und eine mindestens teilautomatisierte Auswertung der Sensordaten erfasst. Durch die Sicherstellung einer vollautomatisierten Auswertung der Sensordaten kann das Potential dieses Ansatzes für Forschung und Lehre deutlich erweitert werden. Dies erfordert für Experimente auf der optischen Bank einen Wechsel der bisher am Versuchsaufbau implementierten Sensorik. Im Beitrag wird die Umsetzung des objektfokussierten Ansatzes mit einer möglichen neuen Sensorik für Versuche auf der optischen Bank präsentiert und das Potential für Forschung und Lehre diskutiert. Insbesondere werden Einsatzszenarien in der Lehre beschrieben, die sich mit dem objektfokussierten Ansatz und einer vollautomatischen Auswertung der Sensordaten realisieren lassen
Interdisziplinäre Konzeptentwicklung interaktiver digitaler Lehr-Lernmedien durch Fachdidaktik und Design
Get PDFDas Projekt Real:Digital – die Integration zweier Welten(nf. Real:Digital) widmet sich der physikalischen Lehre im Spannungsfeld realer und digitaler Repräsentationen. Um die Glaubwürdigkeit realer Experimente und das Potential interaktiver digitaler Lehr-Lernmedien gewinnbringend integrativ zu nutzen, ist die Berücksichtigung unterschiedlicher Expertisen in der Konzeption entsprechender Lehr-Lernmaterialien notwendig. Bezüglich der Entwicklung interaktiver digitaler Lehr-Lernmedien wurden zahlreiche Gestaltungsmerkmale in empirischen Untersuchungen eingehend analysiert. Die Betrachtung verfügbarer interaktiver digitaler Lehr-Lernmaterialien lässt darauf schließen, dass die an der Entwicklung beteiligten Disziplinen Fachdidaktik (und Schule) sowie Design spezifische Gestaltungsmerkmale in unterschiedlicher Form und in variierendem Maß berücksichtigen.In diesem Sinne wurden in einem Workshop mit Teilnehmenden der Disziplinen Fachdidaktik und Design sowie Lehrkräften Konzepte für ein interaktives digitales Lehr-Lernmedium zu einem exemplarischen Realexperiment (Wirbelstrombremse) entwickelt. Der Workshop ermöglichte einen Austausch der beteiligten Disziplinen und wurde durch eine Studie zu disziplintypischen Gestaltungsmerkmalen und dem Einfluss interdisziplinärer Arbeit auf Entscheidungen im Konzeptentwicklungsprozess begleitet. Die Befunde weisen auf Unterschiede zwischen den Gruppen insbesondere im Bereich narrativer Elemente und hinsichtlich des Ausmaßes an Interaktivität bei den interaktiven digitalen Lehr-Lernmedien hin.