PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Physikdidaktische Interpretation des Gaußschen Algorithmus
Get PDFMit Hilfe der Geometrischen Algebra lässt sich eine an physikalischen und physikdidaktischen Setzungen orientierte moderne Lineare Algebra konstruieren, die auf der Frühjahrstagung der DPG 2015 in Wuppertal vorgestellt wurde. Diese moderne Lineare Algebra beruht auf einem konzeptuellen Gleichklang algebraischer und geometrischer Deutungen, wobei die Koeffizientenmatrix Linearer Gleichungssysteme durch Koeffizientenvektoren ersetzt wird. Die Lösung eines Linearen Gleichungssystems ergibt sich dann durch (Hyper-)Volumenvergleich der durch die Koeffizientenvektoren aufgespannten (Hyper-)Parallelepipede.Dieser physikdidaktisch motivierte Ansatz wird auf den Gaußschen Algorithmus zur Lösung Linearer Gleichungssysteme übertragen. Dabei wird den standardmäßig durchgeführten und oft nur rein algebraisch begründeten Zeilenmanipulationen des Gaußschen Algorithmus eine geometrische Deutung zur Seite gestellt, die den Zugang zum Gaußschen Algorithmus erleichtert und auf ein typisches Werkzeug physikalischer Modellierungen verweist: Der Gaußsche Algorithmus wird als Koordinatentransformation gedeutet.Im Beitrag wird dieser Zugang zum Gaußschen Algorithmus vorgestellt und mit Bezug auf Beispiele aus der Lehr- und Unterrichtspraxis im fachhochschulischen Rahmen diskutiert.
Schülerinnen und Schüler fotografieren Objekte von der Region bis zum Ende der sichtbaren Welt
Get PDFLernende entdeckten und fotografierten mit ihrem Schulteleskop ihre Welt vom Tanzstudio fast bis zum Ende der sichtbaren Welt. Dabei erkundeten sie eigenständig unterschiedliche astronomische Objekte. Auch gliederten sie die Objekte nach Entfernung und Bewegungsart in vier sinnvolle Gruppen. Diese selbstständige fotografische und kompetent strukturierende Erfassung der Welt ist ein Beispiel für Bildung, wie sie Humboldt 1792 formulierte: „Bildung bedeutet die Anregung aller Kräfte des Menschen, damit diese sich über die Aneignung der Welt in wechselhafter Ver- und Beschränkung harmonisch-proportionierlich entfalten und zu einer sich selbst bestimmenden Individualität führen“ (Brockhaus 1996). Das Projekt wurde von Lernenden der Klassen 5-12 einer Astronomie-AG durchgeführt. In Anbetracht der heterogenen Lerngruppe ist das Projekt ein Beispiel für inklusive Teilhabe an Bildung
Der Photonendetektor für die Schule als Einstieg in die Quantenphysik
Get PDFVielfältige fachdidaktische Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der letzten Jahre zielen auf einen adäquaten, schülergerechten Zugang zur Quantenphysik. Beispielsweise fokussiert das in München entwickelte Konzept milq auf grundlegende Phänomene der Quantenphysik und damit verbundene Deutungsfragen, wobei für den Einstieg in die Quantenphysik hier vor allem Simulationen und Videos verwendet werden. In Ergänzung dieses Ansatzes haben wir einen Flächendetektor zum Nachweis geringer Lichtintensitäten entwickelt, um darauf aufbauend in schulpraxistauglichen Realexperimenten grundlegende Phänomene der Quantenphysik am Doppelspaltexperiment zu visualisieren. Unter Verwendung eines Lasers als Lichtquelle wird mit dem Detektor ein Demonstrationsexperiment aufgebaut, das auf jüngeren fachdidaktischen Entwicklungsarbeiten verschiedener Gruppen basiert und zielorientiert für einen praxistauglichen Schuleinsatz angepasst wurde
Erkenntnistheoretische Parallelen zwischen Schulphysik und –mathematik. Vergleichende Beschreibung im Rahmen des Konzepts empirischer Theorien.
Get PDFSchulmathematik beschreibt in weiten Teilen physikalische Referenzobjekte (Anschauungsmittel, Anwendungskontexte, etc.) und auch schulmathematisches Argumentieren ist oft ausgerichtet an empirischer Überprüfbarkeit. Die Entwicklung von Schulmathematik in empirischen Theorien ermöglicht Diskussionspunkte mit der Physikdidaktik. Der Vortrag eröffnet einen vergleichenden Blick auf die Wissensentwicklung in beiden Schulfächern
Mit Schätzaufgaben zu einem adäquaten Verständnis von Messungenauigkeiten
Get PDFDer Umgang mit Schätzungen und Schätzwerten kann den Schlüssel zum grundlegenden Verständnis von Messungen darstellen (Nührenbörger, 2001). Durch die Analyse der Genauigkeit von Schätzungen können Schülerinnen und Schülern beispielsweise erste Einsichten in das Phänomen der Messungenauigkeiten gewinnen (Bönig, 2001). Im Rahmen einer Interviewstudie mit 50 Schülerinnen und Schülern der fünften bis zehnten Klasse wurde das intuitive Verständnis von Ungenauigkeiten beim Schätzen untersucht. Es zeigte sich, dass bereits Fünftklässler ein intuitives Verständnis von Ungenauigkeiten besitzen, dass große Ähnlichkeit zur Beschreibung von Messungenauigkeiten durch Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen nach GUM aufweist. Schülerinnen und Schüler beschreiben Ungenauigkeiten beim Schätzen am Häufigsten durch ein Trapez-, Normal- oder Dreiecksverteilung, wobei keine Unterschiede zwischen den intuitiven Vorstellungen zwischen Fünft- und Zehntklässlern auftreten
Wie Studierende Formeln gliedern?
Get PDFDie vorgestellte Studie behandelt das Verhalten von Studierenden gegenüber Formeln. Hierbei wurde untersucht wie Studierende vorgelegte Formeln aufteilen, gliedern sowie nach eigenen Vorstellungen neu zusammensetzen und interpretieren. Die Arbeit stellt eine Erweiterung einer bereits mit Schülerinnen und Schülern durchgeführten Studie dar.Die in der ersten Studie gefundenen Kategorien, in denen Formelbestanteile eingeteilt wurden, konnten bestätigt und um zwei Unterkategorien erweitert werden. Die Neustrukturierung der Formeln ergab ähnliche Ergebnisse wie in der ersten Studie. Die Interpretation der Formeln zeigt auch bei Studierenden ein heterogenes Feld
Versprachlichung von Formeln - Die Bedeutung von Formeln und ihre Vermittlung
Get PDFFormeln sind zentraler Bestandteil der Physik und somit auch des Physikunterrichtes. SchülerInnen sollen neben der rein mathematischen Handhabung von Formeln auch die Bedeutung von Formeln verstehen lernen. Die Bedeutung einer Formel ist dabei ein komplexes semantisches Konstrukt, das sich aus physikalischen und mathematischen Symbolen und ihren jeweils konnotierten Bedeutungen zu einer neuen physikalisch-mathematischen Gesamtbedeutung zusammenfügt. Mehrere Untersuchungen haben gezeigt, dass SchülerInnen sich häufig auf technische Aspekte der Mathematisierung konzentrieren und dass ihnen die Verbalisierung einer Formelbedeutung oder eines Formelinhaltes sehr schwer fällt. Darum ist es das Interesse des hier vorgestellten Promotionsvorhabens, Vermittlungsstrategien auf Lehrerseite aufzuzeigen, die diese Kompetenzen fördern könnten. Es soll Lehrersprache im Unterricht aufgezeichnet und dahingehend ausgewertet werden, wie Lehrkräfte Formeln versprachlichen. Die Versprachlichung einer Formel bedeutet dabei neben dem reinen Übersetzen der einzelnen physikalischen und mathematischen Symbole die Einordnung der Formel in eine physikalische Theorie, mathematische je-desto-Aussagen und qualitative Übersetzungen bzw. Interpretationen des physikalischen Sachverhaltes, den eine Formel beschreibt.
Seamless Smart Labs
Get PDFDas Internet der Dinge wird in den kommenden Jahren Teil der Lebenswirklichkeit. Für realitätsnahe Bildungsanwendungen eröffnen „Smart Objects & Services“ grundlegend neue Möglichkeiten von Interaktion wie zum kontextbasierten Wissenserwerb. In die Realwelt integrierte digitale Lernangebote vermitteln bzw. trainieren anwendbares Wissen und Können dort, wo es benötigt wird. Mit unserem Vorhaben "Seamless Smart Labs (S2L)" zielen wir auf Experimentierumgebungen wie Laborpraktika, die zum festen Bestandteil jeder praxisnahen Hochschulausbildung und ingenieurtechnischen Berufspraxis gehören. Durch sie werden Hypothesen und Verfahren in der Praxis überprüf- und erfahrbar. Sie trainieren grundlegende praktische Fertigkeiten, die in allen naturwissenschaftlichen, technischen oder medizinischen Fachdisziplinen essentiell sind. Das hohe Innovationstempo erfordert insbesondere in technologieorientierten und wissensintensiven Bereichen effiziente Formen lebenslanger Weiterbildung. Das steht im Widerspruch zu den erheblichen, mit der Anschaffung praxisorientierter Lehrmittel und Trainingssysteme verbundenen Aufwänden. Gesucht werden Lösungen, die i) effizient und flexibel auf neue Weiterbildungskontexte übertragbar sind, ii) das reale Experimentieren tutoriell unterstützen und iii) die aufwändige (und daher seltene) praktische Erfahrung durch praxisnahe interaktive Angebote im Digitalen möglichst nahtlos ergänzen. Dieses Verbundvorhaben von Forschung und Wirtschaft ist im Rahmen des Förderprogramms ”Erfahrbares Lernen” beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beantrag
Vergleich von Schülervorstellungen zur Elektrizitätslehre in Hessen und Weißrussland
Get PDFSchülervorstellungen zur Elektrizitätslehre sind bereits lange Gegenstand physikdidaktischer Forschung. Im Rahmen einer Staatsexamensarbeit wurde untersucht, inwieweit typische Schülervorstellungen nach dem Elektrizitätslehreunterricht der gymnasialen Sek. I in Hessen und Weißrussland auftreten. Genutzt wurde hierzu das Testinstrument zum Verständnis der Elektrizitätslehre nach Urban-Woldron, das zu diesem Zweck auch ins Russische übersetzt wurde. Der Test besteht aus 22 Items und ermöglicht eine gezielte Analyse der spezifischen Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten. An der Untersuchung nahmen in Hessen sechs Lehrkräfte mit 154 Schülerinnen und Schülern sowie in Weißrussland vier Lehrkräfte mit 145 Schülerinnen und Schülern teil. Die Ergebnisse der Untersuchung deuten auf erhebliche Unterschiede im Fachwissen der GymnasiastInnen in Hessen und Weißrussland hin, da die SchülerInnen aus Weißrussland bei allen Testitems eine höhere Lösungshäufigkeit als ihre Mitschüler aus Hessen zeigten. Während hessische Schüler im Mittel μHessen= 7,8 Items korrekt beantworten konnten, lag dieser Wert für weißrussische Schüler bei μWeißrussland= 12,9. Die Unterschiede zwischen den beiden Schülergruppen sind hoch signifikant und werfen die Frage auf, wie diese zu erklären sind
Inquiry Based Science Learning: Design-based Research zur didaktischen Weiterentwicklung klassischer Experimentiermaterialien
Get PDFExperimentierboxen sind oft noch für einen Unterricht konzipiert, in dem alle Schülerinnen und Schüler einer Klasse die vorgesehenen Experimente zur gleichen Zeit durchführen sollen. Um diesem Zweck gerecht zu werden, finden sich i.d.R. jeweils Klassen- bzw. Mehrfachsätze an Experimentiermaterialien in den Experimentierkästen. Ein naturwissenschaftsbezogener Unterricht, in dem alle Kinder zur gleichen Zeit dasselbe lernen, erscheint heute nicht mehr zeitgemäß. Darüber hinaus können die meisten in Kästen angebotenen Lernmaterialien und Experimentiergeräte als „fachlich didaktisiert“ beschrieben werden. Dieser Umstand ist nicht per se kritikwürdig, denn auch heute gilt es, einen wissenschaftsorientierten Sachunterricht zu gestalten. Allerdings genügt die alleinige Ausrichtung an Wissenschaftlichkeit und Fachlichkeit den modernen Anforderungen an einen naturwissenschaftlichen Sach- und Naturwissenschaftsunterricht nicht mehr. Der Beitrag stellt die theoretischen Grundlagen sowie Beispiele zur Weiterentwicklung von naturwissenschaftsbezogenen Experimentierkästen im Sinne des Inquiry Based Science Learning-Ansatzes dar.