PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Lehren und Lernen mit dem Smarten Physiklabor
Get PDFIn diesem Beitrag wird ein neues Aufgabendesign vorgestellt, welches die klassischen Übungsaufgaben in der Einführungsvorlesung 'Experimentalphysik 1 - Mechanik' ergänzt. Zusätzlich zu den wöchentlich ausgegebenen Übungsaufgaben müssen die Studierenden experimentelle Problemstellungen lösen. Durch dieses neue Aufgabenformat erhoffen wir uns eine deutliche Verbesserung des konzeptuellen Verständnisses und der physikalischen Problemlösekompetenz der Lernenden. In den Experimentieraufgaben dient das Smartphone zeitgleich als Experimentiermedium und Messgerät. Wir präsentieren die Integration solcher smartphonebasierten Experimentierhausaufgaben in den regulären Vorlesungsbetrieb. Des Weiteren wird ein exemplarisches Beispiel einer solchen Aufgabe vorgestellt. Den Abschluss bildet das Feedback unserer Studierenden sowie erste empirische Ergebnisse dieses Lehr-Lern-Projekts
Weiter-Entwicklung eines Klimawandel-Testinstruments
Get PDFDer Klimawandel als Lerngegenstand des NaWi-Unterrichts erfährt zunehmend an Bedeutung. Ne-ben der Festlegung von „climate action“ als eines der Ziele von Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) findet auch eine verstärkte Integration des Themas Klimawandel in Fachlehrpläne statt. Ein basales Verständnis naturwissenschaftlicher Grundlagen des Klimawandels wird insgesamt als eines der Schlüsselelemente identifiziert, um SchülerInnen für eine gesellschaftliche Teilhabe an der Kli-mawandeldiskussion vorzubereiten. Um den Wissensstand von SchülerInnen der Sekundarstufe II über derartige Grundlagenkonzepte einschätzen zu können, wurde ein Multiple-Choice Testinstru-ment entwickelt. Dieses setzt sich aus insgesamt 30 Items zusammen, die teilweise aus einem bereits bestehenden Instrument entnommen, übersetzt und modifiziert wurden sowie aus neu entwickelten Items. Als Auswahlkriterien für die im Testinstrument adressierten Klimawandel-Konzepte fun-gierte eine in Australien durchgeführte Delphi-Studie. In der ersten Entwicklungsphase wurde das Multiple-Choice Testinstrument bei 338 SchülerInnen der 9. bis. 12. Jahrgangsstufe in Österreich eingesetzt und erprobt. Die Ergebnisse wurden einer Rasch-Analyse unterzogen, um Hinweise für die Weiterentwicklung des Testinstruments zu erhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass für den Klima-wandel spezifische Konzepte wie die Wechselwirkung von Treibhausgasen mit Infrarotstrahlung oder der Kohlenstoffkreislauf besonders schwierige Konzepte darstellen
Vergleichsstudie zum Computereinsatz in der Newton'schen Mechanik
Get PDFDie Grundaussagen der Newton’schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und aus fachlicher Sicht hartnäckigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik.Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton’schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen
Augmented Reality in Schulversuchen der E-Lehre in der Sekundarstufe I
Get PDFIn der Studie wird der Einsatz von Augmented-Reality(AR)-Applikationen in der Schule als Ergänzung zum Realexperiment untersucht.Die Sekundarstufe I bietet in der 9. Jahrgangsstufe in Bayern zum Thema der Elektrizitätslehre viele Experimente zur Anwendung einer augmentierten Lernumgebung. Dabei sollen die Applikationen hauptsächlich die Modelle der magnetischen und elektrischen Felder sichtbar machen. Beispielsweise kann durch AR gezeigt werden, dass ein Magnetfeld allein nicht für die Induktion ausreicht, sondern zusätzlich die Änderung der magnetischen Flussdichte nötig ist. Diese wird durch die Dichte der sichtbar gemachten Feldlinien innerhalb der Spule gezeigt.Eine erste Testung der Applikationen wird im Rahmen von Lehr-Lern-Labor-Durchführungen stattfinden. Die anschließende Pilotierung in der Schule wird mit ausgewählten Lehrkräften durchgeführt, welche gleichzeitig bei der Entwicklung der Unterrichtseinheit mitwirken. Die Hauptstudie in mehreren bayerischen Gymnasien hat das Ziel herauszufinden, ob es so möglich ist den Schülervorstellungen entgegen zu wirken und das Wissen über die korrekten physikalischen Zusammenhänge zu fördern
Schülerexperimente im inklusiven Physikunterricht
Get PDFAuch 11 Jahre nach der Ratifizierung der UN-Behindertenrechtskonvention mangelt es an Unterrichtskonzepten insbesondere für den inklusiven Physikunterricht. Experimente werden als das wichtigste Medium des Physikunterrichts angesehen. Das Projekt „Fortbildung zum inklusiven Experimentieren im Physikunterricht” (FINEX) möchte beides verbinden und hat ein theoriebasiertes Unterrichtskonzept für inklusive Schülerexperimente entwickelt. Herzstück dieses Konzeptes ist eine Stationenarbeit, welche fünf handlungsorientierte Zugänge zu einem physikalischen Kontext bietet. An den Stationen sollen Schüler*innen selbstgesteuert multimediale Experimente durchführen. Anhand eines Beispiels aus der geometrischen Optik wird dieses Unterrichtskonzept illustriert. Das begleitende Arbeitsmaterial dient als Grundlage für eine für 2021 geplante Lehrkräftefortbildung
Ein Unterrichtskonzept zum Auftrieb im Sachunterricht
Get PDFDas Schwimmen eines Körpers im Wasser ist ein beliebtes Thema im Sachunterricht der Grundschule. Während in der Sekundarstufe I der Auftrieb mit dem Wasserdruck erklärt wird, daraus das Archimedische Prinzip abgeleitet wird und schließlich Folgerungen für die Dichte abgeleitet werden, wird in den Unterrichtskonzeptionen für den Sachunterricht vorwiegend über die Verdrängung argumentiert. Da dieses Prinzip letztlich nichts erklärt, wurde eine Unterrichtskonzeption erarbeitet und im Sachunterricht getestet, bei der das Schwimmen, Schweben und Sinken mit den Kräften erklärt wird, die das Wasser durch den von der Tiefe abhängigen Wasserdruck ausübt. Eine ausführliche Beschreibung sowie Unterrichtsmaterialien sind auf www.supra-lernplattform.de erschienen
Explanation of the Rapid Enlargement of Distances in the Early Universe
Get PDFThe expansion of space since the Big Bang, and the evolution of the early universe in particular, are challenging topics for students in research clubs or similar learning groups. Here we study the conservation of energy during that expansion, the origin of the rapid enlargement in the so-called era of ‘cosmic inflation’ and the origin of the energy and matter in the universe. The results are worked out in full detail here, so that they can be directly used in a learning group
MINT-Lehrer-Nachwuchsförderung: Entwicklung eines Testinstruments zur Untersuchung von Schülerkonzepten zu den Tätigkeiten von Lehrkräften
Get PDFMINT-Lehrkräfte fehlen bereits jetzt an vielen deutschen Schulen. Dieser Mangel wird in den nächsten Jahren nochmals deutlich größer werden. Das 2013 begonnene MILeNa-Programm ist ein Ansatz diesem Lehrermangel entgegenzuwirken. Die Kernidee des Programms ist, dass SchülerInnen der Jahrgangstufen 10 (EF) oder 11 (Q1) bereits während ihrer Schulzeit erste Lehrerfahrungen in MINT-Fächern sammeln und somit auch weiterführende Einblicke im Hinblick auf eine Tätigkeit als MINT-Lehrkraft erhalten. Die Lehrgelegenheiten werden von universitären Veranstaltungen (aktuell der RWTH Aachen und der Universität Bonn) begleitet. Hierdurch sollen die SchülerInnen ein umfassenderes Bild vom Lehrberuf und von den Studienmöglichkeiten in den MINT-Fächern erhalten. Diese bessere Informiertheit vor Aufnahme eines Studiums soll letztendlich zu einer größeren Anzahl an MINT-Lehramts-Absolventen beitragen. Begleitend zum MILeNa-Programm ist theoriegeleitet ein Fragebogen entwickelt worden, der der Erhebung der Tätigkeiten von MINT-Lehrkräften und der typischen zeitlichen Dimension dieser Tätigkeiten dient. Darauf aufbauend legt ein modifizierter Fragebogen den Fokus insbesondere auf die von SchülerInnen wahrgenommene zeitliche Dimension der Tätigkeiten von MINT-Lehrkräften. Dieser Fragebogen soll mit Hilfe der SchülerInnen des MILeNa-Programms getestet und evaluiert werden. Der Einsatz des Fragebogens im MILeNa-Programm lässt zudem genauere Aussagen zur Wirksamkeit des Programms im Hinblick auf die Vermittlung eines umfassenderen Lehrerbildes sowie konkrete Anhaltspunkte für eine konstruktive Weiterentwicklung des Programms erwarten
Die komplexe Konjugation aus physikalischer Sicht
Get PDFIn mathematischen Lehrbüchern wird in der Regel darauf verwiesen, dass die Multiplikation einer komplexen Zahl b mit einer komplex konjugierten zweiten Zahl a* kommutativ ist: a*b = b a*.Im Kontext einer physikalisch geprägten Geometrischen Algebra kann jedoch eine alternative Sichtweise motiviert werden: Die komplexe Konjugation wurde erfunden, um nicht-kommutative Strukturen durch kommutative Größen ausdrücken zu können. Tatsächlich modelliert das oben genannte Produkt eine nicht-kommutative Multiplikation in Form von a*b ≠ b*a.Fazit: Die komplexe Konjugation wird derzeit in Schule und Hochschule mit Hilfe eines Trugbilds vermittelt, das einen sachangemessen mathematischen Einsatz der komplexen Konjugation erschwert.
Ein Gas, zwei Farben. Warum leuchtet die Gasentladung in Luft an Kathode und Anode verschiedenfarbig?
Get PDFDie Farbe des Lichts einer Gasentladung ist gasspezifisch. Darauf wird in Büchern für Schule und Grundstudium zum Teil explizit hingewiesen. Es wird aber nicht darauf eingegangen, dass bei der Gasentladung in verdünnter Luft zwei Farben auftreten: Das in der Nähe von Kathode und Anode emittierte Licht ist deutlich verschiedenfarbig. Ähnliches ist auch in Stickstoff-Spektralröhren beobachtbar. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Phänomen der unterschiedlichen Lichtfarbe an Kathode und Anode durch Spektroskopie des emittierten Lichtes untersucht. Es wird gezeigt, dass die unterschiedliche Färbung durch intensive Emissionslinien des ionisierten Stickstoffmoleküls im negativen Glimmlicht an der Kathode hervorgerufen wird, die in den Leuchterscheinungen an der Anode nicht auftreten. Die Experimente sind sowohl für den Physikunterricht als auch für Studierende geeignet. Ihre Ergebnisse und Interpretation sind für Studiums- und Unterrichtsinhalte relevant, insbesondere im Bereich Atomphysik