PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)
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Hör mal – die Elektronendichte! Didaktische Erschließung eines geo/astrophysikalischen Parameters durch Messung mit einfachen Mitteln, Elementarisierung der Hintergrundtheorie und Lernaufgaben
Get PDFHätten wir Antennen statt Ohren, so wären wir von einem allgegenwärtigen und immerwährenden Konzert im VLF-Bereich (Very Low Frequency) umgeben, mit "Instrumenten", die von der globalen Gewitteraktivität sowie vom Sonnenwind gespielt werden und von deren Signalen aller Art: z. B. Knistern (Sferics), eine Art Vogelgezwitscher (Tweeks) oder in der Frequenz abfallende Pfeiftöne (Whistlers); siehe [1] für faszinierende Hörbeispiele. Im vorliegenden Artikel wird vorgestellt, wie diese Höreindrücke (i) empfangen und (ii) zur Abschätzung eines mikroskopischen sowie geo/astro-physikalischen Parameters – nämlich zur Bestimmung der Elektronendichte im erdnahen Weltraum – genutzt werden können. Die benötigte Hintergrundtheorie ist für Schule und Lehrerbildung im Allgemeinen zu komplex, weshalb (iii) außerdem ein Zugang entwickelt wurde, der es Lernenden erlaubt, ohne jegliche Vorkenntnisse aus dem Bereich der Magnetohydrodynamik (z. B. Begriffe wie Plasma- oder Gyrationsfrequenz) und allein unter Nutzung von Schulmathematik, die notwendige Berechnungsgleichung (von einem Faktor der Größenordnung 1 abgesehen) zu erschließen.Darüber hinaus werden eine Reihe weiterer Phänomene des VLF-Bereichs sowie geophysikalische Abschätzungen (z. B. der Ionosphärenhöhe und der Feldlinienlänge) vorgestellt, die in Form von Aufgabenstellungen mit ausführlichen Lösungen präsentiert werden.Es wird somit in mehreren konkreten Fragestellungen gezeigt, wie zunächst sehr schwer zugänglich erscheinende Größen, weil sie u. a. die atomare Größenskala (Elektronendichte) und tausende von Kilometern entfernte Ereignisse (obere Atmosphäre, erdnaher Weltraum) betreffen, mit einfachen experimentellen und mathematischen Mitteln "vom Boden aus" (in doppeltem Sinne) bestimmt werden können. Damit bietet das Thema ein Beispiel für Grundformen naturwissenschaftlichen Arbeitens (indirekte Messung, Näherungen u. a. m.) anhand eines Gegenstandes der modernen Physik (ab ca. 1950), der von Schülerinnen und Schülern eigenständig untersucht werden kann
Physiklehrerausbildung in Deutschland - Ergebnisse einer Umfrage
Get PDFIm Jahr 2012 wurde im Rahmen einer von Ingolf Hertel und Siegfried Großmann initiierten DPG-Studie zur Lehrerausbildung eine Fragebogenerhebung zum gegenwärtigen Stand der Physiklehrerausbildung an den lehrerausbildenden Hochschulen in Deutschland durchgeführt. Gegenstand der Erhebung war neben der personellen Ausstattung vor allem die Frage der strukturellen und inhaltlichen Ausgestaltung des Studiums. Die Daten zeigen dass die Unterschiede im gymnasialen Lehramt deutlich geringer sind als im nicht-gymnasialen Lehramt, aber dennoch beachtlich sind: Der Beitrag gibt einen ersten Überblick über zentrale Ergebnisse. Eine Veröffentlichung der Gesamtauswertung ist für November 2014 vorgesehen
Problemlösen in der Mechanik: eine Untersuchung mit Studierenden
Get PDFSowohl im schulischen als auch universitären Umfeld nehmen Probleme in Form von Übungsaufgaben oder Prüfungen einen wichtigen Platz ein, da so die Leistungen der Lernenden in Physik eingeordnet werden können (vgl. z.B. Fischer & Draxler [1] oder Kühn [2]).Um die Leistung von Studierenden im Bereich „Mechanik“ zu messen, wurde ein Papier-und-Bleistift-Test entwickelt, der auf dem Modell des wissenszentrierten Problemlösens (nach Friege [11]) basiert. Nach diesem Modell lässt sich das Problemlösen in vier Phasen unterteilen, die unterschiedliche Anforderungen an den Bearbeitenden stellen. Die einzelnen Items des Tests wurden so entworfen, dass jeweils nur eine Phase eines Problems bearbeitet wird. Um der Komplexität des Problemlösens mit einer großen Variation von Aufgaben gerecht werden zu können, wurde ein spezielles Testheft-Design verwendet, das die Anzahl der zu bearbeitenden Aufgaben pro Testheft auf ein praktikables Maß reduziert.Ausgewertet wurde der Test mit Hilfe eines Rasch-Modells, das die Leistungen der Studierenden gut beschreibt. Über die Itemschwierigkeit lassen sich mehrere, qualitativ unterschiedliche Stufen finden, welche die Fähigkeiten der Studierenden mit entsprechendem Personenparameter widerspiegeln. Es wurden Gruppenvergleiche durchgeführt, die im Hinblick auf ein Modell zur Erklärung des Erfolgs beim Problemlösen erste Hinweise liefern
Der Apfel im Wechselstromkreis
Get PDFUm im Physikpraktikum für Studierende der Biologie den Bezug zu biologischen Systemen herzustellen, kann man Äpfel im Wechselstromkreis untersuchen. Die Biomasse eines Apfels besteht im wesentlichen aus Zellmembranen mit einem extra- und intrazellulären Raum, die physikalisch mit RC-Gliedern modelliert werden können [1]. Die Zellen entsprechen Kugelkondensatoren, die eine Phasenverschiebung von Strom und Spannung bewirken.Der vorgestellte Versuchsaufbau besteht aus einem Apfel und einem Messwiderstand in Serie, wobei eine sinusförmige Wechselspannung angelegt wird. Am Apfel und am Messwiderstand wird die Spannung abgegriffen und am Oszilloskop dargestellt. Variiert man die Frequenz und bestimmt die Impedanz, so erhält man Informationen darüber, ob sich z.B. Faulstellen im Apfel befinden. Auch die Phasenverschiebung gibt Auskunft über die Integrität der Zellen innerhalb des Apfels.Ferner wird über einen ersten Einsatz dieses Versuchsaufbaus im Physikpraktikum für Biologen berichtet
Ko-WADiS - Erkenntnisgewinnungskompetenz von Lehramtsstudierenden
Get PDFIm Rahmen des Projekts „Ko-WADiS“ wurde in einem domänenübergreifenden Ansatz die Erkenntnisgewinnungskompetenz von Lehramtsstudierenden und Fachstudierenden in den drei naturwissenschaftlichen Fächern Biologie, Chemie und Physik modelliert. Die Besonderheit dieses Projektansatzes, durch das es sich auch gegenüber anderen Studien abgrenzt, ist die postulierte fachübergreifende Erkenntnisgewinnungskompetenz. Dazu wurde ein Kompetenzmodell mit sieben Zellen adaptiert. Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf die ausschließlich auf Physikstudierende (Lehramt und Mono). Die Auswertung erfolgt mit einem 1PL (Rasch)-Model. Es zeigt sich, dass bestimmte Effekte, die für die Gesamtkohorte nachgewiesen werden konnten [1], nicht für die Physikkohorte gelten
Physikalische Aspekte des Fußballspiels - Eine Untersuchung der Wechselwirkung von Kopf und Fußball im Modellexperiment
Get PDFFußball ist in sehr vielen Ländern die attraktivste Sportart, sodass eine physikalische Diskussion fußballerischer Themen meist auf großes Interesse stößt. Eine wichtige Komponente des Spieles, Kopfbälle, sind bislang jedoch nicht so ausführlich behandelt worden, obwohl die Frage nach der Gefährlichkeit direkt mit der Bestimmung der Kräfte und Beschleunigungen zusammenhängt. Wir haben die Wechselwirkung von Fußball und Kopf im Modellexperiment untersucht und auch theoretische Modellierungen diskutiert, die die Messdaten erklären sollen. In diesem Artikel werden wir insbesondere die experimentellen Zugänge vorstellen, die von einfachen Versuchen bis zu Videoanalysen und Datenaufnahmen mit Beschleunigungssensoren reichen. Ein Ausblick bezüglich einer Erklärung der Daten durch theoretische Modelle unterschiedlicher Komplexität wird gegeben
Fünfdimensionales Licht als Beschreibungsmuster unserer dreidimensionalen Welt
Get PDFIn der Informatik wird die Konforme Geometrische Algebra zur Beschreibung geometrischer Operationen im dreidimensionalen Raum eingesetzt. Die Modellierung und programmtechnische Umsetzung auf Grundlage einer solchen konformen Geometrie überzeugt durch ihre strukturelle Eleganz, eine hohe Recheneffektivität und Robustheit.Schülerinnen und Schüler können mit Hilfe des Programms CLUCalc Modellierungen auf Basis der Konformen Geometrischen Algebra direkt umsetzen und gestalten. Ein solcher Ansatz, der die Konforme Geometrische Algebra als Werkzeug im Sinne einer Black Box einsetzt, wird an der TU Darmstadt sehr erfolgreich mit Schülerinnen und Schülern praktiziert. Dies wird im ersten Teil des Beitrags vorgestellt.Die in der Informatik eingesetzten Werkzeuge lassen sich jedoch auch physikalisch umdeuten und auf Grundlage speziell-relativistischer Ideen didaktisch einbringen: Vektoren einer dreidimensionalen, nicht-relativistischen Welt sind mathematisch Nullvektoren (und somit lichtartigen Vektoren) einer fünfdimensionalen, konformen Welt äquivalent.Eine solche Deutung wird im zweiten Teil des Beitrags auf Grundlage der Geometrischen Algebra diskutiert. Dies führt nicht nur zu einem tieferen physikalischen Weltverständnis, sondern auch zu einer Verknüpfung physikdidaktischer und informatikdidaktischer Ideen.
Theoretisches Modell und Videoanalyse einer Bananenflanke
Get PDFDie Bananenflanke stellt eine spezielle Schusstechnik beim Fußball dar, bei der die Schussbahn des Balles auf Grund seiner Eigenrotation gekrümmt ist. Der Flug einer solchen Bananenflanke lässt sich in der Theorie qualitativ über die zentralen wirkenden Kräfte beschreiben. In Abhängigkeit von bestimmten Parametern, den Eigenschaften eines Fußballs und Eigenschaften eines bestimmten Schusses, wird darüber hinaus die Position des Fußballs zu jeder Zeit mit Hilfe einer analytischen Berechnung angegeben. Um dieses theoretische Ergebnis mit einer realen Bananenflanke vergleichen zu können, wird abschließend ein neuartiges Verfahren einer Videoanalyse mit zwei Kameras entwickelt. Die Anwendung des Verfahrens wird dabei so gestaltet, dass die technischen Erfordernisse und theoretischen Kenntnisse die Anwendung in der Schule explizit ermöglichen
Können IBE experimentelle Fertigkeiten vermitteln? - Entwicklung eines prozessorientierten Analyseinstrumentes -
Get PDFFür eine Interventionsstudie zur Lernwirksamkeit von interaktiven Bildschirmexperimenten bei der Vermittlung experimenteller Fertigkeiten am Beispiel des Versuchs Photoeffekt wird ein Erhebungsinstrument benötigt, mit dessen Hilfe der Prozess des Aufbaus eines optischen Experiments erfasst werden kann. Dabei wird unter dem Aufbau eines optischen Experiments die Anordnung und Justage der optischen Bauelemente verstanden. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass der Entstehungsprozess von Versuchsberichten als produktorientiertes Ergebnis eines physikalischen Versuchs mit Smartpens dokumentiert werden kann. Allerdings wird der Prozess der Justage der Bauelemente bisher nur über die akustische Aufzeichnung der Probandengespräche und damit nur lückenhaft zugänglich. Als Ergänzung zum herkömmlichen Versuchsbericht wurden daher auf die Nutzung von Smartpens abgestimmte, vorstrukturierte Verlaufsprotokolle entwickelt, die typische Abläufe während des Aufbau- und Justageprozesses aus Probandenperspektive dokumentieren sollen. Zudem wird ein objektseitiges Erhebungsinstrument zur Aufzeichnung der prozeduralen Objektdaten der optischen Bauelemente (Position und Einstellung als Funktion der Zeit) entwickelt. In diesem Artikel werden der theoretische Hintergrund der Untersuchungen, die Verortung bei anderen Modellen experimenteller Fertigkeit, das Design der Erhebungsinstrumente sowie exemplarisch erste Ergebnisse der Analyse von Verlaufsprotokollen (N=71) präsentiert
Schülerinnen und Schüler präsentieren ihr neuartiges spektrales Planetarium
Get PDFLernende entwickelten und bauten einen Spektralprojektor fürs Planetarium, der Objekte spektral richtig zeigt. Bei Vorstellungen im Planetarium erkannten die Zuschauer das Alter des Universums durch Spektralbrillen