PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Repräsentation als kognitiv entlastende Strategie beim Problemlösen?
Get PDFEine gute Repräsentation kann in hohem Maße zu einer erfolgreichen Lösung eines Problems beitragen [1, 6, 21]. Aus kognitionspsychologischer Sicht erscheint insbesondere die mit der Repräsentation verknüpfte Wiedergabe und Reduktion der zur Lösung notwendigen Informationen aus dem Kontext der Problemstellung mit einer Verringerung der Elementinteraktivität und der kognitiven Belastung einher zu gehen [40]. Im Rahmen einer Vorstudie mit 170 Schülerinnen und Schülern der Klassen 7 bis 10 untersuchten wir neben dem Einfluss der Repräsentation auf die Leistung die Rolle der kognitiven Belastung im Problemlöseprozess
Fehlvorstellungen bei Studienanfängern: Was bleibt vom Unterricht der Sekundarstufe I?
No full textWir haben 181 Studienanfänger der Fächer Physik und Sachunterricht zu einfachen physikalischen Sachverhalten befragt. Die Untersuchung zeigt, dass viele Vorstellungen, die für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I bekannt sind, über die Schulzeit hinaus persistieren. Es lässt sich zumeist eine deutliche Abhängigkeit von der schulischen Vorbildung bzw. dem Interesse an physikalisch-naturwissenschaftlichen Themen ablesen. Es zeigt sich deutlich, dass an der Hochschule nachjustiert werden muss. Insbesondere muss verhindert werden, dass nicht-aufgearbeitete Fehlvorstellungen der angehenden Lehrerinnen und Lehrer noch den späteren Unterricht beeinflussen und so weiter tradiert werden
Das Elektronengasmodell aus Sicht der Lehrkräfte
Get PDFIm Rahmen einer Design-Based-Research-Studie (DBR) unterrichteten 14 Lehrkräfte aus dem Frankfurter Raum ihre Klassen nach einem Unterrichtskonzept auf Basis des Elektronengasmodells. Die Grundidee dieses Unterrichtskonzepts für die Sekundarstufe I, das aufbauend auf Erkenntnissen aus Teaching Experiments entwickelt wurde, besteht darin, das elektrische Potenzial mit dem Luftdruck bzw. einem „elektrischen Druck“ im Leiter zu vergleichen und die elektrische Spannung so als „elektrischen Druckunterschied“ einzuführen.In der Studie wurde ein für DBR-Projekte typischer multiperspektivischer Ansatz („Triangulation“) verfolgt, der neben einer quantitativen auch eine qualitative Evaluation des Unterrichtskonzepts vorsieht. Hierzu wurden im vorliegenden Fall die schulpraktischen Erfahrungen der Lehrkräfte mit dem neuen Unterrichtskonzept erhoben. Dabei zeigte sich, dass die Lehrkräfte dem Unterrichtskonzept grundsätzlich eine hohe Lernförderlichkeit bescheinigen, jedoch insbesondere in Bezug auf die Erklärung von Reihenschaltungen mit Hilfe von Übergangszuständen noch Verbesserungsbedarf sehen. Insgesamt 12 der 14 Lehrkräfte geben an, auch in Zukunft auf Grundlage des Elektronengasmodells unterrichten zu wollen
Die Beobachtung im Gefüge des Erkenntnisprozesses der Physik
Get PDFEin Blick in die geschichtliche Entwicklung der Physik zeigt, dass die systematische Naturbeobachtung lange Zeit eine herausragende Rolle für die Erkenntnisgewinnung spielte. In der heutigen Fachdidaktik sowie in den Lehrplänen ist die Bedeutung der Beobachtung, als eine Erkenntnismethode der Physik, jedoch auf ein bescheidenes Maß reduziert.Im Beitrag wird aufgezeigt, an welchen Stellen und in welcher Form innerhalb des Erkenntnisprozesses der Physik sich Beobachtungen verorten lassen. Dazu wird der EJASE-Prozess nach Einstein, als eine Darstellung der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise, herangezogen. Anhand ausgewählter historischer Beispiele wird dabei gezeigt, welche Besonderheiten (z.B. persönliche Einflüsse und Überzeugungen oder theoretische Annahmen) bei Beobachtungen zu berücksichtigen sind.Die vielfältigen Beispiele, anhand derer die Bedeutung der Beobachtung deutlich wird, erfordern eine verstärkte implizite Berücksichtigung von Beobachtungsdaten im Schulunterricht sowie explizite Übungen im Beobachten. Damit wird eine wesentliche Erkenntnismethode der Naturwissenschaften nicht nur theoretisch zu vermittelt, sondern auch als methodisches Werkzeug zum Erkunden von Natur und Lebenswelt etabliert
Modularer Aufbau eines induktiv aufladbaren Modell-Elektroautos
Get PDFBMW plant für das Jahr 2018 eine neue Variante eines seiner Hybrid-Fahrzeuge auf den Markt zu bringen: Der Akkumulator des BMW 530e iPerformance soll sich mithilfe einer speziellen Ladestation induktiv aufladen lassen und damit die E-Mobilität revolutionieren. Dies zeigt, dass sich das Prinzip der induktiven Energieübertragung inzwischen weit über das Laden von elektrischen Zahnbürsten und Smartphones hinaus erstreckt und sich der Anwendungsbereich ständig erweitert. Auch im Physikunterricht aller Schularten spielt die induktive Energieübertragung eine wichtige Rolle. Eine Verknüpfung des Themas Induktion mit dem induktiven Ladesystem für Elektroautos weckt das Interesse der Schülerinnen und Schüler, motiviert und unterstützt das Lernen durch lebensnahe Kontexte.In diesem Beitrag soll aus physikalischer und aus physikdidaktischer Sicht der Vorgang des induktiven Ladens anhand eines selbst entwickelten Modell-Elektroautos diskutiert werden. Der Fokus liegt hierbei auf dem modularen Aufbau, der sich von der Konzeption eines hochfrequenten Schwingkreises über eine resonante Übertragung bis hin zum Aufladen der Akkumulatoren erstreckt
Smartphone-Experimente mit externen Sensoren
Get PDFSmartphones sind heutzutage weit verbreitet und eignen sich aufgrund der vielen verbauten Sensoren auch als Messgeräte für physikalische Experimente. Die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox ermöglicht ein einfaches Auslesen dieser verbauten Sensoren sowie die Weiterverarbeitung und Darstellung der Messdaten. Die gängigsten verbauten Sensoren, wie zum Beispiel Beschleunigungssensoren oder ein Gyroskop, eignen sich besonders gut für Experimente aus der Mechanik, von denen viele bereits in der App implementiert sind. Um neue Experimente zum Beispiel aus der Thermodynamik durchführen zu können sind aber neue Sensortypen wie zum Beispiel ein Temperatursensor nötig. Deshalb unterstützt phyphox mit dem nächsten Update die Einbindung von externen Sensoren über die Schnittstelle Bluetooth Low Energy. Dadurch können externe Sensoren auf verschiedene Weise in phyphox eingebunden werden: als fertige Sensormodule verschiedener Hersteller (wie z.B. die Sensorbox SensorTag von Texas Instruments), als Sensoren in Alltagsgegenständen (wie z.B. einer Computermaus) oder als selbstentwickeltes Sensormodul. Bei letzterem kommen neben den Sensoren Mikrocontroller wie der Arduino zum Einsatz
Prozessorientierte Analyse der Erstellung von Diagrammen mit Fehlerbalken
Get PDFExperimentell ermittelte Messwerte besitzen Messunsicherheiten, welche für naturwissenschaftliches Arbeiten besonders wichtig sind (Heinicke, 2012). Allerdings stellt für viele Studierende sowohl das Bestimmen von Messunsicherheiten als auch der Umgang mit ihnen ein großes Problem dar. Diese Defizite werden besonders in Physikpraktika an Universitäten erkennbar, in denen die meisten Studierenden erstmals selbstständig mit Messunsicherheiten arbeiten (Buffler et al., 2001). Um effektive Lernumgebungen zur Unterstützung der Studierenden entwickeln zu können, sind Kenntnisse über die Schwierigkeiten der Studierenden bei der Berücksichtigung von Messunsicherheiten notwendig. Zur Identifikation solcher Schwierigkeiten wurden im Rahmen einer Studie im WS 2015/16 drei Ansätze zur Analyse von Diagrammen, welche von Studierenden der Biologie und Biotechnologie im Rahmen eines Physikpraktikums im Selbststudium erstellt wurden, entwickelt. Das erste Analyseinstrument basiert auf einem Kategoriensystem, mit dem die formale Qualität von Diagrammen beurteilt werden kann. Beim zweiten Analysezugang wurden auf Basis dieses Kategoriensystems Erstellungsprozesse von Diagrammen untersucht. Zuletzt wurden anhand der verbalen Kommunikation der Studierenden während ihrer Arbeit an Diagrammen mit Fehlerbalken Rückschlüsse auf ihr Verständnis von Messunsicherheiten gezogen. In diesem Beitrag werden die drei Analyseansätze vorgestellt und erste Ergebnisse ihrer Anwendung diskutiert
Entwicklung eines Fachwissenstests zur geometrischen Optik
Get PDFIm BMBF-geförderten Projekt 'Kompetenzmessung und Kompetenzförderung in leistungsheterogenen Lerngruppen im experimentierbasierten Physikunterricht' (KoPhy) werden etwa 2000 Schüle- rinnen und Schüler in einer längsschnittlich angelegten Interventionsstudie auf den Kompetenzzuwachs in drei Experimentiersituationen untersucht. Anhand einer im Frühjahr 2016 durchgeführten Pilotstudie mit 310 Teilnehmerinnen und Teilnehmern konnten für die Hauptstudie IRT-skalierte Testhefte zur geometrischen Optik für den Kompe- tenzbereich 'Fachwissen' zusammengestellt werden. Zusammen mit vorhandenen Items zur „Erfassung prozessbezogener naturwissenschaftlicher Grundbildung“ (Glug, 2009) und dem aktuellen In- teresse der Schülerinnen und Schüler an Physik (Schulz, 2011) werden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Hauptstudie umfassend befragt, um Auswirkungen der Intervention auf diese drei Aspekte zu erfassen. Die teilnehmenden Lehrkräfte erhalten zusätzlich einen Fragebogen zu ihrer Einstellung zum Fach und zur Wissenschaft Physik. Im vorliegenden Beitrag werden die Rahmenbedingungen der Hauptstudie sowie ihr Aufbau kurz skizziert. Danach folgt ein Überblick über die Erkenntnisse der Pilotstudie und deren Einfluss auf die Hauptstudie. Die Vorstellung erster deskriptiv statistischer Ergebnisse aus der Hauptstudie schließt sich daran an. Abschließend soll ein Ausblick auf die weiteren Forschungsschritte und die bisher gewonnenen Erkenntnisse gegeben werden.
Validierung von NDVI-Messungen mit einer modifizierten Digitalkamera – Fernerkundung von Vegetation als Thema des Physikunterrichts
Get PDFDie Satellitenfernerkundung ist eine wichtige und überaus vielseitige Disziplin der angewandten Raumfahrtforschung mit großem Einfluss auf unseren Alltag. Während in den letzten Jahren einige Bemühungen zu beobachten waren, das Thema im Geographieunterricht zu etablieren, blieb die Physik der Fernerkundung auf Grund zu teurer und zu komplexer Technik einem direkten Zugang bislang verwehrt. In diesem Beitrag soll daher eine kostengünstige Kameratechnik, welche sich dazu eignet eigene Messungen zur Fernerkundung von Vegetation durchzuführen, vorgestellt und mit Hilfe von Vergleichsmessungen einer Feldkampagne validiert werden. Abschließend wird auch auf konkrete Möglichkeiten zum Einsatz der Technik in Unterrichtsprojekten eingegangen
"Auf den Lehrer kommt es an"
Get PDFDer Aufsatz gibt einen Überblick über Merkmale guter Lehrer; und zwar primär im Blick auf die drei naturwissenschaftlichen Fächer Physik, Chemie, Biologie. Zwei Gruppen von Untersuchungen bilden die Grundlage der Darstellung. Die eine besteht aus Befragungen von Schülern zu wahrgenommenen und gewünschten Lehrermerkmalen; die andere aus Arbeiten, die Zusammenhänge zwischen Lehrermerkmalen und Unterrichtsergebnissen (affektiv und kognitiv) aufzeigen. Die Untersuchungen führen übereinstimmend zu zwei Hauptdimensionen von Merkmalen. Wesentlich sind zum einen die unterrichtlich-fachlichen Kompetenzen des Lehrers. Wesentlich sind zum anderen seine Persönlichkeit, seine menschlichen Eigenschaften und sein soziales Verhalten. Unter den Merkmalen guter Lehrer erweisen sich Strenge und Fachkompetenz als zwei beachtenswerte Sonderfälle