PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Schätzkompetenz von Schülerinnen und Schülern in der Sekundarstufe I
Get PDFDas Abschätzen von physikalischen Größen gehört nicht nur zu den allgemeinen Fähigkeiten eines Physikers (Reif, 1979), es ist auch ein täglicher Bestandteil des Lebens von Schülern und Erwachsenen (Joram, 1998). Studien aus der Mathematikdidaktik haben jedoch gezeigt, dass sowohl Schüler, wie auch Erwachsene große Defizite beim Abschätzen von Längen, Massen und Temperaturen haben (Crawford, 1952; Corle, 1960, 1963; Reys et al., 1982; Hildreth, 1983; Crites, 1992; Joram, 2005). Als Erweiterung zu diesen Ergebnissen wurde erstmalig die Schätzkompetenz von 229 Schülerinnen und Schüler der achten bis zehnten Klasse und 95 Studentinnen und Studenten des ersten Semesters hinsichtlich weiterer physikalischen Größen (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Energie, Leistung und Stromstärke) analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Schülerinnen und Schüler physikalische Größen, die sie über ihre Sinne wahrnehmen können, genauer abschätzen können als komplexere Größen wie Energie oder Leistung. Insgesamt konnte eine Tendenz der Schülerinnen und Schülern zum Überschätzen festgestellt werden. Wahrnehmbare Größen wurden lediglich leicht, komplexe Größen jedoch um bis zu einem Faktor von 1000 überschätzt. Ein Vergleich der untersuchten Schüler- und Studentengruppe ergab keinerlei signifikante Unterschiede hinsichtlich ihrer Schätzkompetenz. Es konnte somit kein Zuwachs der Schätzkompetenz zwischen der 8. bis 10. Klasse und dem Abitur nachgewiesen werden. Dies legt nahe, dass diese Kompetenz nicht gezielt gefördert wird
Erste Erfahrungen mit einer invertierten Vorlesung in der Service-Lehre Physik bei großen Hörerzahlen
Get PDFDer Beitrag stellt kurz die Motivation, Umsetzung, Randbedingungen und erste Erfahrungen mit einer Vorlesung Physik für Elektrotechniker an der TU Darmstadt mit 290 eingeschriebenen Teilnehmer/innen vor, die im WS 2014/15 erstmals als "invertierte Vorlesung" (flipped classroom) angeboten wurde. Die Studierenden - überwiegend im ersten Fachsemester - bereiten sich über Videos und Lehrmaterialien mit Verständnisfragen und Aufgaben auf die Präsenzveranstaltung vor und können anonym über ein Forum Fragen zum Thema stellen. In der Präsenzveranstaltung werden die Themen nachbereitet, Demonstrationsversuche vorgeführt, Fragen beantwortet, Beispielaufgaben durchgegangen und Quizfragen zum Verständnis gestellt. Wir diskutieren die Umsetzung, eine Bewertung der Erfahrungen und Evaluationsergebnisse zur Veranstaltung
Berechnung einer Hysteresekurve mittels Tabellenkalkulation
Get PDFHysteresekurven treten in vielen wissenschaftlichen Untersuchungen und technischen Anwendungen auf, angefangen von ferromagnetischen Materialien über Kraft-Dehnungs-Diagramme in mechanischen Zugversuchen bis hin zu zellbiologischen Prozessen. Mathematische Modelle zur Beschreibung solcher Hysteresekurven existieren, sind jedoch häufig schwierig zu verstehen und wenig hilfreich bei dem Versuch, Studierenden ein Gefühl für die Parameter zu vermitteln, die die Form einer solchen Hysteresekurve beeinflussen.Daher wurde ein leicht zu verstehendes und zu veränderndes Programm entwickelt, das auf einer Tabellenkalkulation beruht und die mikroskopischen Vorgänge in einem System verdeutlicht, die zur Ausbildung einer Hysteresekurve führen. Das Programm nutzt zur Vereinfachung ein Ising-Modell, in dem nur die beiden Zustände +1 und -1 auftreten können. Mittels eines Step-by-Step-Modus kann jeder einzelne Schritt im Übergangsprozess zwischen den beiden Sättigungszuständen betrachtet werden; ein zusätzliches Makro erlaubt die Erstellung vollständiger Hysteresekurven in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern.Das vorgestellte Programm steht frei zur Verfügung und kann daher in Hochschulen sowie Schulen eingesetzt werden. Weiterführende Programmversionen mit diversen Erweiterungen, beispielsweise für Systeme verschiedener Größe oder speziell für sogenannte Exchange-Bias-Systeme, sind bei den Autoren erhältlich
Akzeptanzbefragung zum Elektronengasmodell
Get PDFLernenden gelingt es in der Sek I häufig nicht, ein adäquates Verständnis vom Spannungskonzept zu entwickeln. Das Elektronengasmodell versucht auf Erfolgen von Potenzialansätzen aufzubauen, indem das elektrische Potenzial mit dem elektrischen Druck gleichgesetzt wird. Aus didaktischer Sicht besteht die Hoffnung dabei darin, die Vorstellung vom elektrischen Druck mit Alltagserfahrungen zum Luftdruck (z.B. Luftpumpen, Spritzen und Fahrradreifen) zu verknüpfen und die Spannung den Schülern so als Druckunterschied verständlich zu machen.Im Rahmen einer Akzeptanzbefragung mit neun Schülern einer sechsten Gymnasialklasse vor deren ersten Elektrizitätslehreunterricht wurde u.a. untersucht, inwiefern das Modell und seine Visualisierungen von Schülern akzeptiert werden. Dabei zeigte sich, dass das Elektronengasmodell und die mit ihm verbundene Atom- und Druckvorstellung von den Schülern weitgehend angenommen und verstanden werden. Insbesondere bringen Schüler aufgrund ihrer Alltagserfahrungen bereits ein für das Elektronengasmodell ausreichendes Luftdruckverständnis mit und können dieses erfolgreich auf den im Modell in Stromkreisen herrschenden elektrischen Druck übertragen. Infolgedessen gelang es den meisten Schüler bereits nach verhältnismäßig kurzer Zeit ein vom elektrischen Strom unabhängiges Spannungskonzept im Sinne eines elektrischen Druckunterschieds zu entwickeln. Von vier vorgestellten Visualisierungsformen des elektrischen Drucks haben sich zwei, nämlich die Punktedichtedarstellung und die Farbdarstellung, als intuitiv verständlich erwiesen.
Vorhersagemodell zum Studienerfolg im Fach und im Lehramt Physik: Erste Schritte zur Entwicklung eines Online-Self-Assessment
Get PDFIm Rahmen der Projekte HeLP (Hochschulerfolg im Lehramt Physik) und HelP (Hochschulerfolg in Physik) soll ein bestehendes Vorhersagemodell zum Studienerfolg erweitert, geprüft und in einem Online-Self-Assessment (OSA) umgesetzt werden. Dieses OSA soll schließlich dazu dienen, Studieninteressierte bei der Entscheidung für ein Physik- (Lehramts-)Studium fundiert und evidenzbasiert zu beraten, um langfristig den hohen Abbruchquoten entgegenzuwirken. Um dies zu ermöglichen, wurden ein kognitiver Kompetenzstest in Mathematik und Physik und ein nicht kognitiver Fragebogen mit Selbsteinschätzungen zu Verhaltensweisen im Studium entwickelt. Beide Testteile sollen in einem Längsschnitt mit StudienanfängerInnen angewendet werden. Hierbei wird Studienerfolg hauptsächlich über Studienzufriedenheit und den Verbleib im Studium operationalisiert. Um die Testergebnisse sinnvoll interpretieren zu können, wurde der kognitive Testteil theoriebasiert in mehrschrittigen Verfahren entwickelt und daraufhin überprüft, inwiefern die Itemschwierigkeiten das Spektrum der Personenfähigkeiten sinnvoll abdecken. Inhalt dieses Artikels soll die Entwicklung und Validierung des kognitiven Testteils sein.Die Aufgaben sind so konzipiert worden, dass sie die Grundanforderungen in den ersten Semestern repräsentativ abdecken. Im Multiple-Choice-Fragebogenformat wurden die Aufgaben in einem Pilotierungsdurchlauf getestet (N = 313), die Aufgabenschwierigkeiten nach der Item Response Theory (IRT) geschätzt und unpassende Items überarbeitet oder entfernt. Im nächsten Schritt der Testentwicklung wurde die überarbeitete Version des Tests in einer zweiten Pilotierung an der FU Berlin eingesetzt. Die Analyse der Aufgabenschwierigkeiten und Personenfähigkeiten mit Hilfe von 1PL-Modellen ergab eine gute Passung zwischen Aufgaben und Probanden, was für eine Zielgruppenadäquatheit des Instruments spricht. Daher ist davon auszugehen, dass sich dieser Testteil dazu eignet, ihn in der Hauptstudie auf seine Vorhersagekraft zum Studienerfolg prüfen zu können.Erratum Beitrag DD 13.03:Änderung der Bildunterschrift von Abbildung 2 und 4Abbildung 2 wurde zu Abbildung 4Abbildung 3 wurde zu Abbildung 2Abbildung 4 wurde zu Abbildung
Digitale Medien in der Inklusion.
Get PDFIm Rahmen eines Pilotprojektes zum Einsatz von iBooks im inklusiven Unterricht wurde ein iBook zum Thema „Optische Instrumente“ gestaltet und im Februar 2015 an der inklusiven Gesamtschule Köln Mülheim in drei Klassen der Jahrgangsstufe 7 erprobt. Inhalte des iBooks waren fachliche Informationen zu Linsen und optischen Geräten, wie dem menschlichen Auge. Erhoben wurden ein Schülerfeedback mit Fragen zu der Arbeit mit dem iBook und ein Pre- und ein Posttest mit theoretischen und experimentellen Fragen.
Differenzierte Lernwege im computerbasierten Experiment
Get PDFExperimente stehen häufig im Zentrum des Physikunterrichtes. Jedoch wird ihr konkreter Einsatz und ihre spezifische Verwendung von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, beispielsweise von den expliziten Lern- und Lehrzielen. Beschränkt wird die Nutzung als Schülerexperiment hierbei häufig durch die Verfügbarkeit von Geräten und die Sicherheitsbestimmungen. Computerbasierte Experimente haben diese Einschränkung in der Regel nicht, können aber ebenso auf bestimmte Lernziele abgestimmt werden. Des Weiteren können solche Experimente eine große Zahl an Nutzern erreichen, wenn sie über das Internet frei zugänglich gemacht werden.In einer browserbasierten Lernumgebung wurden zwei typische Herangehensweisen an ein Experiment zur Ablenkung von Elektronen im E-Feld eines Plattenkondensators umgesetzt. Zum einen ein mathematisch-theoretischer Weg, zum anderen ein induktiv-experimenteller Weg. In einer Vergleichsstudie mit 80 Schülerinnen und Schülern wurden die beiden Lernwege gegenübergestellt. Dabei wurden u.a. der Erfolg beim Hypothesenprüfen, die Interaktionen mit dem Experiment und der Erfolg beim Generieren der mathematischen Beschreibung aufgezeichnet. Erste Zwischenergebnisse liegen vor: Es zeigte sich, dass die Experimentiermöglichkeiten intensiv genutzt wurden. Weiter wurde im Post-Test deutlich, dass der mathematisch-theoretische Weg zu vertieftem Wissen über die wirkenden Kräfte führt und den Nutzern die Methode des Eliminierens der Zeitabhängigkeit näher bringt. Beim Memorieren der Bahngleichung führten beide Wege zu einem ähnlich guten Ergebnis
Darstellungen funktionaler Zusammenhänge im Physikunterricht - Darstellungswechsel in der Sekundarstufe 1
Get PDFFunktionale Zusammenhänge haben sowohl im Mathematik- als auch im Physikunterricht der Sekundarstufe 1 eine große Bedeutung. In letzterem dienen sie der mathematischen Modellierung physikalischer Phänomene. Das Wechseln zwischen verschiedenen Darstellungen funktionaler Zusammenhänge stellt dabei eine entscheidende Kompetenz der Schüler dar.Für solche Darstellungswechsel wurde ausgehend von physik- und mathematikdidaktischen Forschungsergebnissen ein Modell für den Physikunterricht entwickelt. Mit Hilfe dessen ist es möglich, Darstellungswechsel im Physikunterricht genauer zu beschreiben und zu analysieren.Erste Ergebnisse aus der Pilotstudie des Promotionsprojektes lassen auf unterschiedliche Bearbeitungsmuster von Schülern beim Wechsel von Darstellungen funktionaler Zusammenhänge schließen
Ein genauer Blick auf die optische Hebung
Get PDFDie Frage, wo das gehobene Bild eines unter Wasser liegenden Objekts gesehen wird, beantworten Schulbücher und Lehrwerke der Optik mit unterschiedlichen und oft widersprüchlichen Darstellungen zum Phänomen der optischen Hebung. Geht man von einer punktförmigen Pupille aus, ergeben sich zwei Bildpunkte desselben Objektpunkts: Das Bild ist astigmatisch. Während das sagittale Bild senkrecht über dem Objektpunkt gesehen wird, sollte das meridionale Bild dem Beobachter gleichzeitig entgegen gerückt erscheinen. Dies steht im Widerspruch zur monokularen Beobachtung. Nach einer kritischen Diskussion verschiedener Darstellungen und Lösungsansätze zum Problem der optischen Hebung wird ein Experiment vorgestellt, mit dem die Trennung der Bilder im Zentimeterbereich gelingt. Inwiefern die Bildhelligkeit eine bisher unberücksichtigte Eigenschaft der Bilder darstellt, wird abschließend zur Diskussion gestellt.