PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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„Und für wen ist dieser Kontext?“- Studien zu Kontexten und Interessen im Physikunterricht unter Beachtung von Gender und Selbstkonzept
Full text linkDas Interesse der Schülerinnen und Schüler am Physikunterricht lässt im Verlauf der Sekundarstufe 1 stark nach. Schulbücher versuchen die physikalischen Themen durch geeignete Kontexte interessant zu gestalten. Es findet sich fast zu jedem physikalischen Themengebiet ein Kontext, mit dem sich Lernende im Unterricht beschäftigen sollen und der bestenfalls Mädchen und Jungen gleichsam interessiert. In verschiedenen Studien wurde bereits festgestellt, dass Mädchen mehr an Kontexten interessiert sind, die die Natur, Umwelt und den eigenen Körper betreffen, Jungen hingegen mehr an technischen Kontexten oder an allen gleichermaßen. In studentischen Forschungsarbeiten am Institut für Didaktik der Physik der WWU Münster wurde das Interesse an Kontexten und die Wahrnehmung von Mädchen und Jungen untersucht, deren Ergebnisse hier zusammengetragen werden. In einem weiteren Projekt wurden Rollenverteilungen beim Experimentieren in Bezug auf Selbstwirksamkeitserwartungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere Mädchen entgegen stereotypischer Verhaltensformen agieren und sich selbst meist anders einschätzen, als sie es für ihre eigene Bezugsgruppe, demnach Mädchen allgemein, tun
3D-Druck und Mikrocontroller: Ein Dreamteam für Lowcost-Hightech-Experimente?
Full text linkDie eingeschränkte Verfügbarkeit von kommerziellen Lehrmitteln zur modernen Physik an allge-meinbildenden Schulen führt im Ergebnis dazu, dass sich Schülerinnen und Schülern nur sehr begrenzte Erkundungsmöglichkeiten zur modernen Experimentalphysik im schulischen Rahmen bieten. Um diese Lücke zu verringern, können 3D-gedruckte Bauteile und Mikrocontroller zur Entwicklung und Reproduktion neuer, innovativer Lehrmittel zur modernen Physik eingesetzt werden. Gerade die Kombination von Mikrocontrollern und 3D-Druck scheint vielversprechend, da diese Technologien wesentliche Bestandteile moderner Experimente abdecken können. Mögliche Strategien zur Realisierung solcher Lehrmittel werden am Beispiel dreier Experimentiermaterialien, die am Schülerlabor S’Cool LAB des CERN entwickelt wurden, exemplarisch diskutiert: einem interferometrischen Analogieexperiment zur Gravitationswellendetektion, einem funktionalen Modell eines Wechselspannungs-Linearbeschleunigers sowie einem 3D-gedruckten Experiment zum äußeren Fotoeffekt
Elementarisierung der Mechanik in der Sekundarstufe I
Full text linkDie Forschung zeigt, dass SchülerInnen große Lernschwierigkeiten beim Lernen des physikalischen Kraftbegriffs haben. Auch nach dem Unterricht verfügen sie über kein angemessenes Verständnis (Schecker et al., 2018). Mit dem zweidimensional-dynamischen Mechanikkonzept nach Wiesner wurde ein alternativer Zugang entwickelt, der zweidimensionale Bewegungen unter Kraftstößen betrachtet und anstelle der Beschleunigung die Zusatzgeschwindigkeit verwendet. Das Mechanikkonzept nach Wiesner wurde in mehreren Studien im Vergleich zu nicht genauer spezifizierten „konventionellen” Unterricht erfolgreich evaluiert (Wodzinski, 1996; Tobias, 2010). Dabei wurden weitere Parameter (bspw. Medien) verändert, wodurch der Erfolg nicht allein der Elementarisierung zugeordnet werden kann. Eine Konsolidierungsstudie soll nun den Einfluss der Elementarisierung im Vergleich zu einem standardisierten Lehrgang untersuchen. Dem zweidimensional-dynamischen Mechanikkonzept (2D-Mechanikkurs) nach Wiesner wird ein Lehrgang mit eindimensionalen Bewegungen und mit konstanten Kräften gegenübergestellt (1D-Adaption), der alle anderen Parameter so gut wie möglich gleich hält. Im Schuljahr 19/20 unterrichtete eine Gruppe von Lehrkräften (N = 11) nach dem zweidimensionalen mit insgesamt 14 Klassen und eine andere Gruppe (N = 11) nach dem eindimensionalen Konzept mit 16 Klassen. Im Artikel werden das Studiendesign und die beiden Lehrgänge erläutert sowie Ergebnisse vorgestellt
Konzeption eines Forschungsprojekts zu kontextbasiertem traditionellen Unterricht zu einfachen Stromkreisen
Full text linkTrotz der enormen Bedeutung der Elektrizität für unser heutiges Leben wird der Unterricht zur elementaren Elektrizitätslehre von den Lernenden häufig als abstrakt und wenig interessant wahrgenommen, inhaltliche Lernziele werden zudem vielfach nicht erreicht. Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen des Gesamtprojekts EPo-EKo ein kontextbasiertes Unterrichtskonzept zu einfachen Stromkreisen entwickelt („EKo-Konzept“). Anknüpfend an Vorarbeiten im Projekt werden in dem erstellten Schulbuch Kontexte wie „elektrische Fische“ oder „Geoelektrik“ behandelt, um das Interesse von Mädchen und Jungen gleichermaßen zu fördern. Im Gegensatz zu anderen Teilstudien des Gesamtprojekts EPo-EKo orientieren sich die in der EKo-Teilstudie entwickelten Materialien an der Sachstruktur des traditionellen Elektrizitätslehreunterrichts. Im Rahmen des Forschungsprojekts soll die Frage beantwortet werden, inwiefern Unterricht auf Basis des kontextstrukturierten Unterrichtskonzepts bei den Lernenden mit einem höheren Interesse und einem besseren konzeptionellen Verständnis einhergeht. Der Artikel stellt neben der Einbettung in das Gesamtprojekt EPo-EKo und in den aktuellen Stand der Forschung hierzu das Forschungsdesign und konkrete Beispiele für verwendete Kontexte vor
Die zweite Quantenrevolution - Quanteninformatik im Physikunterricht
Full text linkIn den letzten Jahrzehnten hat die Quantentechnologie rasante Fortschritte gemacht. Die sich daraus ergebenden Anwendungen und Möglichkeiten dringen immer stärker in das Bewusstsein der interessierten Menschen und finden ihren Niederschlag in der medialen Begleitung. Parallel dazu bahnt sich ein Paradigmenwechsel im Unterricht über Quantenphysik sowohl an der Schule als auch an der Universität an. Insbesondere treten die vielfach diskutierten Interpretationsfragen in den Hintergrund und machen einer pragmatischen Betrachtungsweise Platz, die die Besonderheiten der Quantenphysik als gegeben akzeptiert und sie für neue bislang ungeahnte Anwendungen nutzt. Dabei stellt sich die Frage, welche Aspekte für den Schulunterricht auf verschiedenen Stufen, für die universitäre Ausbildung von Physikern und von Ingenieuren von besonderer Bedeutung sind. In diesem Vortrag werde ich mich auf den Bereich der Quanteninformatik konzentrieren und ausloten, welche Aspekte sich hierbei im Sinne einer Allgemeinbildung als relevant und realisierbar für den schulischen Unterricht erweisen können
Lernwirksamkeitsanalyse smartphonebasierter Experimentierhausaufgaben
Full text linkIn diesem Beitrag werden das Design und die Ergebnisse einer Pilotstudie vorgestellt, welche die Lernwirksamkeit von Experimentierhausaufgaben mit Smartphones als Messinstrument in der Studieneingangsphase für das Fach Physik untersucht. Die experimentellen Aufgabenstellungen ermöglichen es den Studierenden schon in den ersten Vorlesungswochen selbstständig zu experimentieren, eigens generierte Daten zu analysieren und somit die theoretischen Konzepte aus der Vorlesung kontextorientiert anzuwenden. Die Lernwirksamkeit der Experimentierhausaufgaben wird exemplarisch für einen Themenbereich aus der Rotationsdynamik starrer Körper in der Mechanik mit einer Pre-Post-Test Studie im Interventions- und Kontrollgruppedesign untersucht. Die Ergebnisse der Pilotstudie zeigen, dass das neue Aufgabenformat für den untersuchten Themenkomplex einen größeren Lernzuwachs bewirkt, als es die klassischen physikalischen Übungsaufgaben ermöglichen
Beliefs zur Theoretischen Physik, der unbekannten Seite der Schulphysik
Full text linkSowohl die Physikdidaktik als auch der österreichische Lehrplan fordern die Einbindung von Arbeitsmethoden, die zur Gewinnung und Sicherung neuer Erkenntnisse beitragen, sowie Ziele im Physikunterricht vorgeben. Um diese Lehr- und Lernziele zu erreichen, ist eine Auseinandersetzung mit der Bedeutung der Begriffe Theorie, Gesetz, Modell und Hypothese unabdingbar. Nur so können die Lernenden ein annehmbares Verständnis über die Theoriebildung in der Physik entwickeln. Dabei nimmt die Theoretische Physik eine besondere Stellung ein, bei der auch die verschiedenartige Rolle der Mathematik deutlich wird. Um die Vorstellungen der Schüler:innen über das Wesen der Physik zu erkunden, wurde zunächst ein Fragebogen in quantitativer Form erstellt, der die derzeitigen Überzeugungen (Beliefs) über die Physik der Schüler:innen, im Alter zwischen 17 und 20 Jahren, testen sollte. Aufbauend auf die gewonnenen Kenntnisse über die Lernausgangslage der Lernenden kann ein passender Unterricht konzipiert werden, der an das Vorwissen der Jugendlichen anknüpft. Im Rahmen des Beitrages werden die wesentlichen Ergebnisse der explorativen Datenerhebung, bei der 191 Proband:innen getestet wurden, dargestellt und diskutiert
Moderne Physik im Lehr-Lern-Labor
Full text linkImmer mehr Themen drängen sich mittelfristig in unseren Alltag. Aktuell beginnen moderne Quan-tentechnologien Einzug in Industrie und nachfolgend auch in unsere tägliche Lebenswelt zu halten. Damit einher geht die Notwendigkeit nach einem tiefgreifenden Verständnis komplexer Zusammen-hänge, die im Minimum durch eine geeignete Schulausbildung untermauert werden müssen. Hierbei muss ein besonderes Augenmerk auf zukünftige Lehrkräfte gelegt werden, wobei umfassende expe-rimentelle Fertigkeiten gefordert werden, die im Lehramtsstudium bisher nur eine nebengeordnete Rolle spielen. Wir präsentieren im Rahmen dieser Arbeit einen ersten Entwurf für die Eingliederung dieser Themen in das Studium. So sollen die Grundlagen der Themen moderner Physik im Zuge eines Lehr-Lern-Labors erlernt und ausprobiert werden. Dies umfasst zum einen optische Aufbau-ten, mit welchen quantenmechanische Analogieexperimente durchgeführt werden können. Zum an-deren werden für die Auswertung von Einzelphotonenmessungen digitale Zähler und das nötige Verständnis elektronischer Schaltungen benötigt und erlernt
Akzeptanzbefragung zu Augmented Reality-Experimenten auf dem Spielplatz
Full text linkBei der Vermittlung physikalischer Inhalte und naturwissenschaftlicher Forschungsprozesse spielt die Verknüpfung von Theorie und Experiment zur Erklärung physikalischer Phänomene eine bedeutende Rolle. Der Einsatz einer Geometrie-Software wie GeoGebra stellt ein einfaches Werkzeug zur Visualisierung physikalischer Modelle in Form dynamischer Konstruktionen dar. Mit dem GeoGebra 3D Rechner lassen sich mithilfe von Augmented Reality (AR) reale Situationen mit den Konstruktionen überlagern, sodass Konzept und Beobachtung intuitiv miteinander verglichen werden können. In dem Beitrag wird das Potential der Verknüpfung von Modell und Experiment behandelt. Dazu wurden verschiedene Modelle und zugehörige Lerneinheiten für den Einsatz von AR-Experimenten auf dem Spielplatz konzipiert. Im Rahmen einer Akzeptanzbefragung mit zwei Schüler*innengruppen wurde an diesem Beispiel untersucht, inwiefern sich die Durchführung von AR-Experimenten als lernförderliches Instrument im Physikunterricht eignet
Wie sieht die Struktur des Phyikstudiums aus?
Full text linkLäuft das Physikstudium im deutschsprachigen Raum im Großen und Ganzen überall auf die gleiche Art ab oder sind die Strukturen von Standort zu Standort verschieden? Wie lässt sich die Ähnlichkeit von Studiengangsstrukturen feststellen?Zur Beantwortung dieser Fragen lassen sich von der Zusammenkunft der deutschsprachigen Physikfachschaften (ZaPF) und der jungen Deutschen Physikalisch Gesellschaft (jDPG) schon länger organisierten und durchgeführten Umfragen nutzen. Sie bieten unter anderem Informationen zur inhaltlichen Schwerpunktsetzungen der Studiengänge. Aus den Debatten des Studienreformforums ist nun die Notwendigkeit erwachsen, mehr noch die Struktur des Studiengänge in den Blick zu nehmen; zeitgleich ist ein Vorschlag für deren Darstellung entstanden.Im letzten Jahr ist angesichts dessen ein öffentlich zugängliches Online-Tool entstanden, das es erlaubt, diese Darstellung halbautomatisiert aus den Informationen der Modulhandbücher zu erstellen. Die so erzeugten Darstellungen sollen nicht nur der Beforschung der Studiengänge dienen, sondern gleichzeitig für die Arbeit in den Fachbereichen nutzbar sein. Mittelfristig sollen die Datenerfassung der Umfragen und dieses Tools zusammenwachsen.Dieser Beitrag beschreibt das Tool und die Ideen dahinter und regt hoffentlich zur Nutzung an