PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Analoge vs. digitale Uhrzeitformate
Get PDFDie Zeit ist eine fundamentale physikalische Größe, die auch für die Schulphysik einen unbestritten hohen Stellenwert besitzt. Bereits in der Primarstufe wird ein Grundverständnis des Zeitbegriffs vermittelt, insbesondere in den Fächern Sachunterricht und Mathematik wird auf verschiedene Aspekte des Phänomens „Zeit“ eingegangen: Kennenlernen von Zeitstrukturen, Einführung des Kalenders, mit Zeitintervallen und -punkten rechnen, aber vor allem die Uhr zu lesen sind grundlegende Kompetenzen, die die Schüler*innen erlernen sollen.In Bezug auf die Fähigkeit des Uhr-Ablesens stellt sich die Frage nach der Aktualität des analogen Uhrzeitformats und ob dieses weiterhin gelehrt werden solle. Im Rahmen dieses Beitrags werden analoge und digitale Repräsentationsformen der Uhrzeit u.a. auf deren didaktische Potentiale und Grenzen hin kritisch beleuchtet, um der teilweise sehr subjektiv und emotional geführten Debatte rund um die Abschaffung analoger Formate mehr Substanz zu verleihen. Als hilfreich können sich dabei beispielsweise Befunde aus Studien der Kognitionspsychologie erweisen, anhand derer sich didaktische Empfehlungen ableiten lassen
Eine 3D-gedruckte Plasmaelektronenquelle für den Physikunterricht
Get PDFZur experimentellen Untersuchung von geladenen Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern werden im Physikunterricht der Oberstufe zumeist Elektronen- und Fadenstrahlröhren eingesetzt. Diese weisen verschiedene, primär praktische Vorzüge auf, die allerdings mit didaktischen Nachteilen einhergehen. Insbesondere sind die Bestandteile dieser Lehrmittel konstruktionsbedingt unzugänglich, nicht-alltäglich und nicht modifizierbar – einer explorativen, selbsttätigen Beschäftigung der Schülerinnen und Schüler werden somit enge Grenzen gesetzt.Am Schülerlabor S’Cool LAB des CERN wurde daher eine 3D-gedruckte Plasmaelektronenquelle entwickelt, die diese Nachteile überwinden soll: Sie ist kostengünstig, modular und leicht modifizierbar und soll erlauben, auf einfache Weise Experimente zur Strahlerzeugung, -fokussierung und -ablenkung durchzuführen. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz einer Plasmaelektronenquelle, die, anders als thermische Elektronenquellen, auch bei vergleichsweise hohen Drücken und in reaktiven Gasen betrieben werden kann
Re-Design des Frankfurter Unterrichtskonzepts im Rahmen von EPo-EKo
Get PDFViele Lernende besitzen auch nach der Sekundarstufe I kein angemessenes Verständnis der elektrischen Grundgrößen „Spannung“, „Stromstärke“ und „Widerstand“ sowie ihrer wechselseitigen Beziehung in einfachen Stromkreisen. In der Studie von Burde (2018) konnte gezeigt werden, dass das Frankfurter Unterrichtskonzept auf Basis des Elektronengasmodells zu einem deutlich besseren konzeptionellen Verständnis beiträgt. Im Sinne des für Design-Based-Research-Ansätze typischen zyklischen Vorgehens von Entwicklung, Erprobung und Evaluation wurde das ursprüngliche Unterrichtskonzept für die aktuell laufende binationale Studie „Elektrizitätslehre mit Potenzial und Kontexten“ (EPo-EKo) weiterentwickelt. Grundlage hierfür waren einerseits die schulpraktischen Erfahrungen der Lehrkräfte in der Studie von Burde (2018) und andererseits kognitionspsychologische Erkenntnisse der „Dual-Process Theory“, wonach Lernende trotz besseren Wissens oftmals in ein intuitives, aber falsches Denkschema zurückfallen, statt eine physikalisch gesehen korrekte Argumentation zu verfolgen. Um eine unkomplizierte Implementierung im Regelunterricht zu ermöglichen, wurde das überarbeitete Frankfurter Unterrichtskonzept inzwischen unter dem Titel „Eine Einführung in die Elektrizitätslehre mit Potenzial“ in Form eines kostenfreien Schulbuchs veröffentlicht
Tagungsband der Beiträge 2019 als pdf
No full textDer Tagungsband 2019 kann auch als Gesamt-PDF heruntergeladen werden (24 MB)
Physikkenntnisse von Studienanfängern des Maschinenbaus – eine Fallstudie der Hochschule Esslingen
No full textIn einen Verbundprojekt der Hochschulen Esslingen, Ulm, Mannheim und Ravensburg-Weingarten wurden in Studiengängen des Maschinenbaus die physikalischen Kenntnisse und Fertigkeiten durch einen Test im Multiple-Choice Format erhoben. Zum einen gibt dieser für die Lehrenden einen Überblick über den Kenntnisstand der Anfängerkohorte und zum anderen zeigt er den Studierenden individuelle Kenntnislücken auf. Durch die weitere Öffnung der Zugangswege zur Hochschule steigt auch der Anteil an Zulassungsberechtigten mit nur geringem Physik-Hintergrund aus dem Sekundarbereich. Insbesondere trifft dies zu auf die vielfältigen Zulassungen »Fachhochschulreife«. Erwartungsgemäß ergeben sich für diese Studienanfänger deutlich schlechtere Testleistungen. Die Belegung der Antwortalternativen liefert Hinweise auf Fehlvorstellungen
Idealisierungen und Modelle im Physikunterricht
Get PDFDie folgenden Überlegungen sollen einen Beitrag zur Klärung der Begriffe Idealisierung und Modell in der Physik und im Physikunterricht leisten. Im allgemeinen Umgang mit Modellen finden sich viele Begriffe, die möglicherweise das Gleiche oder nur Ähnliches beschreiben: modellieren, Situationsmodellierung, Modellkonstruktion, Idealisierung, Repräsentation, Modellbildung, Arbeiten mit Modellen, hinzu kommen englische Bezeichnungen wie (scientific) modeling, modeling based teaching, theoretical und instructional approach (...). Eine hilfreiche Strukturierung bieten Überlegungen zur Erfassung von Modellkompetenz aus der Biologie- und Physikdidaktik (Digel, Scheid, & Kauertz, 2018; Krüger, Kauertz, & Upmeier zu Belzen, 2018). Dabei gehen diese Strukturierungen bereits von bestehenden Modellen zur Erklärung eines Phänomens aus. Um aber ein physikalisches Phänomen oder Problem modellieren zu können, müssen im Vorfeld Idealisierungen vorgenommen werden. Diese Reflexion über die Genese von Modellen mittels Idealisierung erscheint bisher nicht genügend Beachtung innerhalb der Naturwissenschaftsdidaktiken zu erhalten.Der Fokus dieses Beitrags liegt daher auf dem Bereich der Konstruktion von Modellen, indem Idealisierungen verwendet werden. Hierfür wird eine Kategorisierung angeboten, die auf Hüttemann (2012)zurückgeht. Exemplarisch wird die Kategorisierung an einem Beispiel aus der Optik vorgestellt, wobei sie auf alle Teilbereiche der Physik anwendbar ist
Scaffolding im Anfängerpraktikum für Lehramtsstudierende
Get PDFVor einigen Jahren wurde an der RWTH Aachen ein adressatenspezifisches Anfängerpraktikum für Lehramtsstudierende mit dem Fach Physik entwickelt, das explizit an deren Bedürfnissen orientiert ist. Das zweisemestrige Anfängerpraktikum ist dabei dreiteilig aufgebaut und besteht aus einem Kompetenzpraktikum, einem Versuchspraktikum und einem Projektpraktikum. Mit der Dreiteilung des Praktikums wird ein Scaffolding-Ansatz umgesetzt, mit dem den Studierenden auf ihren aktuellen Kenntnisstand angepasste Unterstützungsangebote im Lernprozess bereitgestellt werden. Ziel des Kompetenzpraktikums ist dabei zunächst der Erwerb verschiedener Kompetenzen im Bereich des Experimentierens und insbesondere das Erlernen wichtiger experimenteller Fähigkeiten und Fertigkeiten. Hierzu gehört auch das Anfertigen von Versuchsberichten, mit dem die Studierenden bislang wie in Physikpraktika üblich vom ersten Versuchstag an konfrontiert wurden. Die Erfahrung der letzten Semester zeigt jedoch, dass diese Anfertigung von Versuchsberichte mit dem vorliegenden Vorkenntnisstand der Praktikumsteilnehmer eine große Herausforderung für die Studierenden darstellt, die viele andere Praktikumsziele in den Hintergrund rückt. Daher wurde auf der Ebene des Kompetenzpraktikums ein weiterer Scaffolding-Ansatz verfolgt, um die Studierenden schrittweise an methodische Fertigkeiten im Bereich der Datenauswertung und damit an eine effiziente Erstellung von adäquaten Versuchsberichten heranzuführen
Wer studiert wie und warum Grundschullehramt und Sachunterricht?
Get PDFIm Zuge der Maßnahmen gegen den sich bundesweit abzeichnenden Lehrkräftemangel - gerade an Grundschulen - wurden auch an der Freien Universität Berlin die Studierendenzahlen erhöht. Bislang gaben Studierende für das Lehramt bezüglich ihrer Studienwahl besonders häufig den Wunsch an, Umgang mit Menschen zu haben. Die berufsbezogene motivationale Orientierung fiel eher intrinsisch aus, zeigte jedoch auch extrinsische Komponenten (z. B. Boeger, 2016, S. 76). Karriere- und leistungsorientierte Berufsziele waren unterdurchschnittlich ausgeprägt (Willich et al., 2011, S. 320). Unklar ist, inwiefern diese Befunde auch unter der neuen Rahmenbedingung eines erheblich erweiterten Kreises von Studierenden weiterhin Gültigkeit besitzen und ob sie sich im Laufe des Studiums verändern. Die hier dargestellte Studie ist als Längsschnittstudie über die nächsten Jahre geplant und soll zwei Kohorten vom ersten Semester bis zum Masterabschluss begleiten. Dabei werden unter anderem die Studienmotivation, Überzeugungen zum Lehren und Lernen und das Selbstkonzept erhoben. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hier untersuchte Kohorte im Wesentlichen die bisherigen Erkenntnisse wiederspiegelt: So zeigen die Studierende eine hohe intrinsische Motivation in Bezug auf die Arbeit mit Kindern und das Fach, die von einer etwas geringer ausgeprägten extrinsischen Motivation (soziale Einflüsse und Nützlichkeit) flankiert wird. Sowohl die offene als auch die geschlossene Lernsteuerung werden gleichermaßen präferiert. Die transmissiven lerntheoretischen Überzeugungen sind leicht über Mittelmaß ausgeprägt
Mathematische Modellbildung in einer vergleichenden Untersuchung
Get PDFAufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern in der Mechanik der gymnasialen Oberstufe wird eine Intervention zur Dynamik mithilfe von mathematischer Modellbildung vorgestellt. Ziel ist es dabei, Schülervorstellungen zu den ersten beiden Newton’schen Gesetzen zu korrigieren. Dazu wird die gleichungsbasierte Modellbildungssoftware „Newton-II“ eingesetzt, welche es den Lernenden ermöglicht, Bewegungen durch Eingabe von Kräften, der Masse und den Anfangsbedingungen eigenständig zu modellieren und mit realen Messdaten zu vergleichen.Ältere Forschungen zu graphischen Modellbildungssystemen haben bereits gezeigt, dass mit mathematischer Modellbildung die Argumentationslogik der Newton`schen Mechanik vermittelt werden kann und dass der Unterricht mit der Software für die Lernenden interessanter gestaltet werden kann, da es möglich ist, auf reale Probleme aus dem Alltag der Lernenden zurückzugreifen. Der Effekt des Einsatzes der graphischen Modellbildungssoftware war allerdings geringer als erwartet, was teilweise mit der schlechten Bedienbarkeit der damals verfügbaren Programme erklärt wurde.Hier soll untersucht werden, ob der Einsatz von aktueller gleichungsbasierter Modellbildungssoftware, welche einfacher zu bedienen ist, im Unterricht eine Verbesserung des Verständnisses der Newton’schen Mechanik herbeiführen kann. Dies wird durch eine Intervention an der Goethe-Universität Frankfurt im Prä-Post-Test-Design mit Treatment- und Vergleichsgruppe untersucht. Die Intervention und das Studiendesign werden hier vorgestellt