PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Die Rolle der Beobachtung im Astronomie-Unterricht - Eine Schulbuchanalyse -
Get PDFIn einer Schulbuchanalyse wurde in sieben gängigen Schulbüchern der Anteil an Abbildungen untersucht, welche astronomische Beobachtungen und authentische Beobachtungsergebnisse darstellen. Gerade der Anteil an quantitativen Beobachtungsergebnissen ist dabei in allen Büchern verschwindend gering. Diese Tatsache wird im Rahmen theoretischer Überlegungen über die Bedeutung der Beobachtung für den astronomischen Erkenntnisprozess und für den Astronomie-Unterricht diskutiert. Am Beispiel des zweiten keplerschen Gesetzes wird die Einbeziehung astronomischer Beobachtungsdaten in den Oberstufenunterricht exemplarisch aufgezeigt
Dashcam-Videos als Kontext im Mechanikunterricht
Get PDFDashcams sind digitale Videokameras, die im Straßenverkehr eingesetzt werden, um Aufnahmen von Unfällen zu machen und diese vor Gericht als Beweismittel nutzen zu können. Durch deren zunehmende Verbreitung steht eine große Anzahl an Videos zur Verfügung, die in vielfältiger Weise als Kontext im Mechanikunterricht verwendet werden können, z.B. zur Verkehrserziehung. Obwohl sie nicht für diesen Zweck aufgenommen wurden, ist es mit einigen Tricks, die in diesem Artikel gezeigt werden, möglich, sie mit Videoanalyseprogrammen wie measure dynamics auch quantitativ zu analysieren und als Grundlage von Berechnungen zu verwenden. Im Rahmen einer Staatsexamensarbeit wurden Unterrichtsbeispiele zum Einsatz von Dashcam-Videos im Physikunterricht entwickelt
Die Verbesserung der Lehramtsausbildung in der Quantenphysik
Get PDFBei der Ausbildung von Lehramtsstudenten stellt sich die Frage, ob die Vermittlung formal-theoretischer Kenntnisse in der Quantenphysik ausreicht, damit zukünftige Lehrer diese modern, interessant und praxisnah ihren Schülern unterrichten können. Es ist zu vermuten, dass fachdidaktische Kompetenzen, wie das Erkennen von Schülervorstellungen, Vermittlung fachspezifischer methodisch-didaktischer Kenntnisse und die Darstellung eines schüleradäquaten Zugangs ebenfalls zur soliden Ausbildung dazugehören.Dozenten und Studenten in Deutschland wurden zur Situation und Verbesserungsmöglichkeiten in der Quantenphysikausbildung befragt und daraufhin ein zusätzliches fachdidaktisches Seminar zur Quantenphysik konzipiert.Der Artikel stellt die Anforderungen beider Seiten an Ausbildungsinhalte und notwendiger Kompetenzen im Ist-Soll-Vergleich vor und versucht mit Hilfe von Cluster- und Kontingenzanalysen eine Typisierung der Antworten zu geben
Magnetismus hoch 3 - Selbstkonsistente Modellierung von Dia-, Para- und Ferromagnetismus
Get PDFMagnetische Phänomene stellen eine zentrale Grundlage für vielfältige technologische Anwendungen unserer Gesellschaft dar. Auch die Grundlagenforschung zu magnetischen Phänomen ist ein aktuelles und dynamisches Arbeitsgebiet. Untersuchungen von Lernenden sowohl in der Schule als auch in der Hochschule zeigen andererseits, dass diese im Bereich Magnetismus über ein geringes konzeptuelles Verständnis verfügen. Eine potentielle Ursache hierfür ist die geringe Anschlussfähigkeit der unterschiedlichen Modelle in den verschiedenen Ausbildungsphasen. Um diese Anschlussfähigkeit der Erklärungsansätze gewährleisten zu können ist es notwendig ein selbstkonsistentes Modell zu entwickeln, das die Grundlage zur konzeptuellen Weiterentwicklung (conceptual change) darstellt. In diesem Beitrag wird gezeigt wie die zentrale Ausprägungsform Ferromagnetismus mit Hilfe der weniger bekannten Phänomene des Dia- und Paramagnetismus erschlossen werden kann. Diese Herangehensweise ermöglicht die separate Betrachtung des Orts- (Diamagnetismus) und Spinraums (Paramagnetismus) sowie deren Wechselwirkung (Ferromagnetismus). Zur Reduktion der komplexen quantenmechanischen Ursachen für Magnetismus wird ein auf Visualisierungen basierendes Schema gewählt, das zunächst für die Hochschullehre konzipiert wird und durch weitere didaktische Reduktionen und phänomenologische Ergänzungen auch für die Schule zugänglich gemacht werden kann
Mehrstufige Multiple-Choice-Aufgaben zur Erfassung qualitativer Aspekte der elektromagnetischen Induktion
Get PDFMehrstufige Multiple-Choice Aufgaben bieten eine unkomplizierte Erhebung des fachlichen Wissens der Lernenden und darüber hinaus die Möglichkeit zur Diagnose von Fehlvorstellungen. Zu qualitativen Aspekten der elektromagnetischen Induktion ist ein solches Testinstrument entwickelt worden. Der Entwicklungsprozess umfasst vier Teilstudien. Das Ergebnis ist ein Testinstrument mit insgesamt sechs Aufgaben, das im Anschluss an die Entwicklung in einer Stichprobe von 337 Schülerinnen und Schüler der elften Jahrgangsstufe evaluiert wurde.In der Evaluation des Testinstruments wurden die Testgütekriterien betrachtet. Hierbei wurde die Validität mit einer strukturellen Schulbuchanalyse sowie einer Expertenbefragung geprüft. Des Weiteren wurde eine umfassende Analyse unter anderem im Hinblick auf Fehlvorstellungen durchgeführt. Die Evaluation zeigt, dass mit den sechs Aufgaben ein gutes Testinstrument zur Erfassung des qualitativen Verständnisses zur Induktion zur Verfügung steht
Der Klang von Kirchenglocken: Modellierungen, Abschätzungen und Experimente mit dem Smartphone
Get PDFKirchenglocken gehören zu den ältesten Musikinstrumenten überhaupt, sind trotz zahlreicher Forschungsarbeiten noch immer nicht vollständig verstanden und drängen sich aus unterschiedlichsten Gründen als Lerngegenstand für den Physikunterricht geradezu auf: Zum einen, weil sie nahezu überall vorhanden sind und mit geringstem Aufwand (z. B. mit einem Smartphone) experimentell untersucht werden können. Zum anderen, da die quantitative Beschreibung ihres Schlagtons höchst komplex ist und zunächst wie ein aussichtsloses Unterfangen wirkt, letztlich jedoch mit elementaren mathematischen sowie physikalischen Fertigkeiten möglich ist. Insofern liefern Kirchenglocken ein hervorragendes Beispiel für eine didaktische Reduktion, wobei das Idealisieren, Modellieren und Experimentieren gleichermaßen gefördert wird. Im Artikel wird ein elementarer Zugang zur quantitativen Beschreibung von Glockenfrequenzen vorgestellt und dieser nach und nach zu komplexeren Modellen erweitert. Schließlich zeigen wir, wie allein auf Grundlage der gemessenen Glockenfrequenz der Glockenradius wie auch die Masse mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können und dass dieser Ansatz zur Finite-Element-Methode höchst valide ist. Letztere stellt derzeit die einzige Möglichkeit dar, das Frequenzspektrum von Kirchenglocken auf Grundlage charakteristischer Glockenparameter vollständig korrekt zu beschreiben
Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore (LLL): Ein Projekt zur forschungsorientierten Verknüpfung von Theorie und Praxis in der MINT-Lehrerbildung
Get PDFAls Partner des durch die Deutsche Telekom Stiftung geförderten Projekts „Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore: Forschungsorientierte Verknüpfung von Theorie und Praxis in der MINT-Lehrerbildung” wird an der Freien Universität Berlin derzeit die Überarbeitung und Weiterentwicklung vorhandener sowie die Implementierung neuer Formate im Lehr-Lern-Labor (LLL) forciert. Diese sind in Praxisseminare eingebettet und verfolgen folgende Zielstellungen:1. Die Entwicklung von Professionswissen und dessen Umsetzung bei Planung, Durchführung und Evaluation von Unterricht (Handlungskompetenz).2. Die Förderung von Reflexionskompetenz.3. Die Förderung professioneller Unterrichtswahrnehmung.In diesem Beitrag wird eine theoretische Einbettung der verfolgten Ziele in Bezug auf das Lehrveranstaltungskonzept vorgenommen. Darüber hinaus werden Inhalt und Ablauf des LLL-Seminars vorgestellt
Lineare Algebra in physikdidaktischer Ausprägung
Get PDFDie mathematische Sprache der Geometrischen Algebra wurde von David Hestenes und anderen Didaktikern mit Blick auf physikalische Modellierungsprozesse entwickelt und unter Rückgriff auf physikalische Ansätze didaktisch aufbearbeitet. Historisch ist die Geometrische Algebra ein physikdidaktisch motiviertes Konstrukt. Diese Bindung geht so weit, dass einige Wissenschaftler sogar von einer physikalischen Mathematik sprechen.Es zeigt sich jedoch, dass diese physikalisch motivierte Mathematik einen von der Physik abgehobenen Wert besitzen muss, da sie in den letzten Jahren immer stärker auch in physikfernen Gebieten erfolgreich angewendet wird.Ein solcher Versuch, die Geometrische Algebra als physikalisch motivierte mathematische Sprache von der Physik zu entkoppeln, wird insbesondere im Bereich der Linearen Algebra erfolgreich sein: Die Formulierung abstrakter Zusammenhänge durch Lineare Gleichungssysteme ist konzeptuelle Grundlage zahlreicher, auch physikferner Wissenschaften. In diesem Beitrag wird eine solche, auf der Geometrischen Algebra aufbauende Lineare Algebra, die physikdidaktisch motiviert physikfremd agiert, vorgestellt und diskutiert.
Alternativvorschlag zur graphischen Darstellung von Anti-Farbladungen
Get PDFUm der Forderung nach verstärkter Einbindung der modernen Physik im Unterricht nachzukommen, wurde am CERN ein Unterrichtskonzept entwickelt, welches auf den fundamentalen Grundlagen der Teilchenphysik aufbaut. Unter anderem wurden neuartige typographische Illustrationen von Elementarteilchen und Teilchen-Systemen entwickelt, welche im Kontext des Design Based Research mittels Akzeptanzbefragungen erprobt und adaptiert wurden. Im Zuge dessen wurde auch ein Alternativvorschlag zur graphischen Darstellung von Anti-Farbladungen erarbeitet, der auf die klassische Umsetzung durch Komplementärfarben verzichtet. Um diese Überlagerung mit vorauszusetzendem Wissen aus der Optik zu vermeiden, werden Anti-Farbladungen stattdessen durch eine gestreifte Musterung dargestellt. Dadurch sollen etwaige Fehlvorstellungen bezüglich des “Aussehens” von Elementarteilchen a priori vermieden werden und gleichzeitig eine eindeutige Unterscheidung zwischen Teilchen und Anti-Teilchen ermöglicht werden. Eine erste Evaluierung mit Jugendlichen (Altersgruppe: 16-17 Jahre, n=42) sowie Physiklehrkräften (n=38) bestätigt den Alternativvorschlag als eindeutig vielversprechend und lernförderlich.
Experimentelle Untersuchung akustischer Resonanzen in eindimensionalen Wellenträgern mit Smartphone und Tablet-PC
Get PDFIn der Lehre ermöglichen Smartphones/Tablet-PCs aus messtechnischer Sicht durch interne Sensoren und durch die Verfügbarkeit geeigneter Anwendungsprogramme (Apps) vielfältige Messungen ausreichender Messgenauigkeit. Eine große Anzahl sensor- bzw. computerbasierter Messungen sind mittlerweile unter geringem Materialaufwand mit diesen mobilen Endgeräten durchführbar. Speziell in der Akustik erlauben Mikrofon, Lautsprecher und adäquate Apps Schallwellen zwischen 20 Hz und 24 kHz auszusenden, zu detektieren und akustische Größen in Echtzeit grafisch darzustellen und anschließend auszuwerten.Aus physikdidaktischer Sicht sind Smartphones/Tablet-PCs intuitiv handhabbare und für den Lernenden jederzeit verfügbare Experimentiermittel mit hohem motivationalem Potenzial. Insbesondere erweitern diese mobilen Messlabore für Lernende die Möglichkeiten zum eigenständigen Experimentieren.Am Beispiel akustischer Resonanzen in eindimensionalen endlichen Luftsäulen und Metallstäben werden Experimente für die Schul- und Hochschullehre vorgestellt, die mit Smartphones/Tablet-PCs und auf Verwendbarkeit geprüften Apps durchführbar sind. Darüber hinaus wird die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Luft qualitativ und quantitativ untersucht sowie in Edelstahl bestimmt. Abschließend werden die Experimente unter physikdidaktischen Gesichtspunkten eingeordnet und diskutiert