PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Experimentieren im Physikunterricht: Wechselwirkung zwischen Überzeugungen von Lehrkräften und unterschiedlichen Experimentiersituationen
Get PDFIm Rahmen einer umfangreichen Längsschnittstudie zum Kompetenzerwerb im Physikunterricht (KoPhy) wurde unter anderem der Lernzuwachs durch unterschiedliche Experimentiersituationen untersucht. Aktuelle Forschungsergebnisse lassen die Vermutung gerechtfertigt erscheinen, dass nicht das Experimentieren an sich – als Schülerexperiment oder als Demonstrationsexperiment – für den Lernerfolg ausschlaggebend ist. Vielmehr scheint eine Wechselwirkung zwischen der jeweilig unterrichtenden Lehrkraft und der Experimentiersituation zu bestehen. In der hier vorgestellten Studie wird versucht, diese Wechselwirkung mit Hilfe der physikbezogenen Überzeugungen der Lehrkräfte zu erklären. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse präsentiert und mögliche Konsequenzen für die Unterrichtsgestaltung sowie die Physiklehrerausbildung diskutiert
Messwerterfassung mit dem Arduino in der Lehramtsausbildung
Get PDFDie digitale Erfassung von Messwerten im Physikunterricht wird in der Regel mit Messwerterfassungssystemen der Lehrmittelfirmen durchgeführt. In den letzten Jahren wurden zunehmend auch kostengünstige Messexperimente für den Physikunterricht unter Verwendung eines Arduinos entwickelt. Erfahrungen zeigen, dass eine Reihe von Studierenden generelle Vorbehalte gegenüber dem Einsatz von Messwerterfassungssystemen in Schülerexperimenten hat. Inwieweit diese Vorbehalte mit dem Einsatz von Arduinos verändert werden können, wird im Rahmen einer kleinen Evaluationsstudie geprüft.Dazu wurde die Auseinandersetzung mit Einsatzmöglichkeiten des Arduinos im Physikunterricht in das didaktische Experimentierpraktikum für Physik-Lehramtsstudierende an der Universität Kassel integriert. Die Studierenden führen darin Experimente zur Mechanik angeleitet durch und analysieren diese unter didaktischen Gesichtspunkten. Zur Auswertung der Wirkungen dieses Studienelements bearbeiten die Studierenden vor und nach der Bearbeitung einen Fragebogen
Kompetenzorientierte, universitäre Laborpraktika - Das Paderborner Physik Praktikum (3P) -
Get PDFMit dem Paderborner Physik Praktikum (3P) ist seit Wintersemester 2011 eine kompetenzorientierte Neukonzeptionierung eines viersemestrigen Laborpraktikums (Anfängerpraktikum) auf Basis des Cognitive Apprenticeship Ansatzes mit dem Ziel eines systematischen Erwerbs der experimentellen Kompetenz entstanden. In diesem Beitrag werden am Beispiel des Praktikumsteils B (zweites Semester) die didaktische Struktur mit Fokus auf die Aufgabenstellungen und dem damit angestrebten Kompetenzerwerb vorgestellt. Dazu wird exemplarisch ein Experiment detailliert betrachtet
Satellitenortung realitätsnah im Klassenzimmer nachempfunden
Get PDFDie Satellitenortung, umgangssprachlich auch oft als Satellitennavigation bezeichnet, ist eine Raumfahrttechnologie, die sich innerhalb eines Jahrzehnts, insbesondere durch die rasche Entwicklung entsprechend kleiner Empfangsgeräte und Smartphones, in vielen Bereichen unseres Alltags etabliert hat. Das physikalische Grundprinzip ist zwar relativ einfach, die technische Umsetzung jedoch überaus komplex. Da Physikunterricht, insbesondere in Bundesländern ohne speziellen Technikunterricht, auch die Aufgabe hat, moderne Technologien zu vermitteln, gab es bereits einige Bemühungen, Satellitenortung verständlich, auch über experimentelle Aufbauten, für Schülerinnen und Schüler zugänglich zu machen. Das hier vorgestellte Experimentierset NaviSat schafft einen sehr realitätsnahen Zugang zur Satellitenortung. Erstmals wurde damit ein auf digital kodierten akustischen Signalen basiertes Satellitenortungssystem für den Physikunterricht realisiert. Die Genauigkeit der Ortung liegt auch nach längerem Betrieb im Zentimeterbereich. Im praktischen Einsatz hat sich das Set mit Lehrer- und Schülergruppen aus verschiedenen Bundesländern bereits gut bewährt. Pünktlich zur Inbetriebnahme des Europäischen Satellitenortungssystems Galileo bietet NaviSat damit die Möglichkeit, diese anspruchsvolle aber auch faszinierende Technologie in adäquater Komplexität, verständlich und praktisch zu unterrichten
Schutz vor Strahlung – Abschirmung durch Aluminium - Ist die Bestimmung des Massenabschwächungskoeffizienten von Aluminium mit einer Mischprobe bestehend aus: Cs-137, Am-241 und Sr-90 mit einem Geiger-Müller-Zählrohr möglich?
Get PDFExperimente zur Abschirmung von ionisierender Strahlung sollten in keinem Anfängerpraktikum fehlen, um den Studierenden die Abschirmung (durch Absorption) als eines der Hauptprinzipien des Strahlenschutzes zu vermitteln. Eine besonders interessante Fragestellung für ein Experiment zu diesem Thema, ist die Bestimmung des Massenabschwächungskoeffizienten eines Gamma-Strahlers durch Aluminium. Da nicht jedes Grund- oder Anfängerpraktikum über geeignete reine Gamma-Präparate verfügt, wurde im Anfängerpraktikum der Fakultät für Physik an der Universität Wien eine Alternative gesucht und erprobt. Wir befassten uns mit der Frage, ob ein bereits vorhandenes, genehmigungspflichtiges Alpha/Beta/Gamma-Mischpräparat, bestehend aus Am-241, Sr90 und Cs-137 genauso geeignet ist, wie ein reines Cs-137 Präparat, um den Massenabschwächungskoeffizienten von Cs-137 durch Aluminium hinreichend zuverlässig zu bestimmen. Je nach Aufbau der Messapparatur lassen sich die vielfältigen Wechselwirkungen mit Materie und die Auswirkung der Proben- und Apparaturgeometrie eindrucksvoll zeigen. Mit je einem Kollimator an Probe und Zählrohr lässt sich der Literaturwert quantitativ bestimmen, aber selbst mit einfachem und kostengünstigen Aufbau (die Bearbeitung von Blei wird in vielen hauseigenen Werkstätten nicht mehr durchgeführt) sind zuverlässig wiederholbare Ergebnisse in der entsprechenden Größenordnung messbar
Interaktive Bildschirmexperimente als Systemkomponente der webbasierten Lernplattform tet.folio
Get PDFInteraktive Bildschirmexperimente (IBE) früherer Generationen waren in der Regel in sich abgeschlossene digitale Medienelemente, zum Beispiel im technischen Format sogenannter Flash-Movies. Diese Medienelemente ließen sich u.a. in digitale Lehr-Lernmaterialen einbetten, konnten dabei allerdings nicht mit anderen digitalen Medienelementen oder etwa auch der Umwelt interagieren. Dies wurde erst mit der vollständigen Integration des IBE-Formats in die webbasierte Lernplattform ”tet.folio” möglich. Beispielsweise ist nun der Ablauf eines IBE durch zeitbasierte Medienelemente steuerbar. IBE können über externe Sensoren als Systemkomponenten Messdaten synchron darstellen, über Aktoren aktiv in reale Prozesse eingreifen oder lassen sich sogar über Sprache steuern. Das damit verbundene didaktische Potenzial für digital angereicherte, adaptive Lernumgebungen mit IBE wird an Beispielen diskutiert
Das Schulbuch im fächerübergreifenden naturwissenschaftlichen Unterricht
Get PDFIn der Diskussion um integrierten naturwissenschaftlichen Unterricht wird häufig anhand der inhaltlichen Struktur sowohl pro fächerübergreifenden, also auch pro fachsystematischen Unterricht argumentiert. Inwiefern sich die Sachstrukturen der beiden Varianten unterscheiden, ist derzeit noch nicht hinreichend geklärt. In diesem Beitrag wird untersucht, ob eine automatisierte Extraktion von Sachstrukturen aus Schulbüchern möglich ist, und ob ein Unterschied zwischen den zentralen Konzepten in Physikschulbüchern und Schulbüchern für das integrierte Fach feststellbar ist. Anhand der Schulbuchreihen Universum Physik für das Fach Physik und PRISMA Naturwissenschaften für das integrierte Fach wird exemplarisch gezeigt, dass eine automatisierte Extraktion der Sachstruktur gelingt, anhand derer die zentralen Konzepte verglichen werden können. Erste Ergebnisse zeigen Unterschiede zwischen den beiden Schulbüchern
Zur Physik des Saughebers: Missverständnisse und fachliche Klarstellungen
Get PDFDer Saug- oder Winkelheber wird im Allgemeinen so verkürzt erklärt, dass die eigentliche Ursache für den Flüssigkeitstransport unklar bleibt und sogar Fehlvorstellungen geweckt oder verstärkt werden.Diese betreffen u. a. den Druck, dessen Variation allein nicht hinreichend ist, um Strömungen anzutreiben. Die entscheidende physikalische Größe zur Beschreibung ist die potenzielle Energie eines Massen- oder Volumenelementes: Zur Energiedichte tragen sowohl der Schweredruck als auch die Lageenergie pro Volumen bei. Obwohl die Flüssigkeit räumlich über den Rand eines höher gelegenen Gefäßes angehoben wird und in ein niedriger gelegenes strömt, nimmt ihre potenzielle Energie aufgrund innerer Reibung dabei kontinuierlich ab bzw. bleibt im Grenzfall idealer Flüssigkeiten konstant. Dies gilt gleichermaßen für Gase, die sich auch mit einem Heber transpor-tieren lassen. Die Vorstellung, Kohäsionskräfte seien nötig, um das stärkere „Ziehen“ der Schwerkraft an der Fluidsäule im längeren Heberarm auf die Fluidsäule im kürzeren Heberarm zu übertragen, ist irreführend. Wir zeigen, wie die Funktionsweise des Saughebers bereits auf dem Niveau einer universitären Erstsemestervorlesung vermittelt werden kann. Diese Darstellung kann Lehrerinnen und Lehrern auch als Grundlage für die Erarbeitung einer geeigneten Elementarisierung im Rahmen der Schulphysik dienen
General relativity in German secondary schools
Get PDFThis contribution describes the status quo of the incorporation of general relativity into physics classes at secondary schools in Germany. Secondary school (Gymnasium) curricula and university curricula for pre-service physics teachers (Lehramt Gymnasium) are analyzed with respect to instructional goals related to general relativity. The study includes the secondary school curricula of all 16 federal states and the university curricula of 50 universities nationwide. The general relativity content of the curricula is discussed. with a view to current physics education research on teaching general relativity at secondary school level
Fachwissen und Problemlösen im Physikstudium: Vorstellung des Forschungsprojektes KEMΦ
Get PDFDie Studieneingangsphase im Fach Physik fordert von den Studienanfängern den Aufbau vielfältiger Fertigkeiten und Fähigkeiten. Zwei wichtige stehen im Fokus des vorgestellten Projektes KEMΦ (Kompetenzentwicklung Physik in der Studieneingangsphase): Das physikalische Fachwissen, welches in Vorlesungen gelehrt und in Übungen (und z.T. auch in Praktika) angewandt werden muss, sowie die physikbezogene Problemlösefähigkeit, welche vor allem implizit gelehrt wird, ohne die aber ein erfolgreiches Bearbeiten von Übungszetteln oder Klausuraufgaben kaum möglich ist.Diese Fähigkeiten sollen bei Physik-Studierenden im ersten Studienjahr längsschnittlich zu drei Testzeitpunkten erhoben werden, so dass es möglich wird eine Abbildung typischer Lernverläufe zu erstellen. Damit kann z.B. geklärt werden, in welchem Umfang Problemlösefähigkeiten aus der Schule ins Studium mitgebracht werden und wie gut Sie bei den dort typischen Problemstellungen einsetzbar sind. Auch ist von Interesse, ob das Vorhandensein von Problemlösefähigkeiten des Fachwissenserwerb in dieser kritischen Phase positiv beeinflusst, oder ob sich eine gegenseitige Abhängigkeit in ihrer Entwicklung zeigt.Zur Erhebung des Fachwissens wird ein etabliertes Testinstrument und ein komplexitätsbasiertes Niveaumodell verwendet. Für die Erhebung von Problemlösefähigkeiten wurde eigens ein neues Testverfahren entwickelt, welches sich nah an typischen Übungszettel-Aufgaben als einer wichtigen Problemlösesituation des Physikstudiums orientiert