PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Gestaltung von Lernmaterial und Didaktische Typografie – wie sich die Lesbarkeit von Texten auch ohne sprachliche Anpassungen verändern lässt
Full text linkZahlreiche Studien haben in den letzten Jahren aufgezeigt, dass naturwissenschaftsbezogene Texte, wie sie üblicherweise in Schulbüchern und Lernmaterialien verwendet werden, allgemein- und fachsprachliche Herausforderungen an die Lernenden stellen (Busch & Ralle, 2011; Merzyn, 1994; Prediger, 2013; Sumfleth & Schüttler, 1995; Fraas, 1998; Hoffmann, 1998). Kohnen et al. (2017) zeigen außerdem auf, dass Änderungen allein auf morphosyntaktischer Ebene kaum signifikante Effekte in Bezug auf die Erhöhung der Lesbarkeit hervorbringen. Die Ergebnisse einer aktuellen Studie unter 200 Schülerinnen und Schülern zeigen, wie bereits durch typografische Maßnahmen das sinnentnehmende Lesen deutlich erleichtert werden kann. Der Beitrag wird zum einen die Ergebnisse der Studie vorstellen, daraus Empfehlungen der didaktischen Typografie ableiten und zum anderen evidenz- und theoriebasierte (Cognitive Load Theory nach Sweller, 2005; Theory of Multimedia Learning nach Mayer, 2005) Designs zur Gestaltung von Lernmaterial vorstellen, die anhand dieser Basis an der Universität Münster entwickelt werden
Qualitative Versuche zur Physik des Treibhauseffekts
Full text linkDer anthropogene Klimawandel und seine Folgen sind nicht zuletzt deswegen eine Herausforderung für Politik und Gesellschaft, weil die zugrunde liegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten der resonanten Absorption von Strahlung nicht trivial sind. Zwar existieren einige Versuche, die sich der Thematik annehmen, indem zum Beispiel die Temperaturänderung in Gasen mit und ohne erhöhten CO2-Anteil unter Sonneneinstrahlung untersucht wird, jedoch funktionieren diese Versuche in der Praxis oft nur unzureichend. Der vorliegende Beitrag beschreibt eine etwas größer dimensionierte Variante dieser Versuche, die für eine bessere Sichtbarkeit der physikalischen Effekte mit computergesteuerter Messwerterfassung kombiniert werden und an der TU Dortmund in der Ausbildung von Lehrkräften eingesetzt werden soll. Darüber hinaus wird gezeigt, wie im Rahmen der entwickelten Versuche Anknüpfungspunkte an andere naturwissenschaftliche Fächer entstehen, wodurch z.B. die Rolle von Ozeanen oder Wäldern als CO2-Senken qualitativ erfahrbar wird
Physikalische Modelle erfahrbar machen - Mixed Reality im Praktikum
Full text linkIn der Regel arbeiten Studierende in den Anfängerpraktika an didaktisch aufbereiteten Experimenten, die einen starken Bezug zu physikalischen Modellen aufweisen. Mit den üblicherweise zur Verfügung stehenden Materialien ist es Lernenden kaum möglich, das Experiment mit der Modellebene unmittelbar in Verbindung zu setzen, da experimentelle Aufbauten in der Regel nur einen sehr indirekten Bezug zur physikalischen Modellierung haben.Die Erweiterung von Praktikumsversuchen um Elemente der Mixed-Reality ermöglicht eine engere Verknüpfung der beiden Ebenen. Dies verdeutlicht der vorgestellte Versuch zur Polarisation und Verschränkung von Lichtquanten. Die Nutzung einer Augmented-Reality-Brille ermöglicht während des Experimentierens nicht nur die Echtzeit-Darstellung von Messdaten, sondern erlaubt es auch, die Effekte experimenteller Handlungen sowohl auf der Ebene der Messdaten als auch auf abstrakterer Modellebene zu visualisieren. Überdies ergeben sich neue Interaktionsformen zwischen Lernenden und Experiment
Multiple Repräsentationen als fachdidaktischer Zugang zum Satz von Gauß - Qualitative Zugänge zur Interpretation der Divergenz von Vektorfeldern
Full text linkDie Divergenz ist ein zentrales Konzept der Vektoranalysis und relevant für viele Teilgebiete der Physik, in denen Vektorfelder z. B. zur Beschreibung von Bewegungen verwendet werden. Für die physikalische Anwendung ist dabei vor allem ein konzeptionelles Verständnis der Divergenz von Bedeutung, welches Studierenden jedoch im Gegensatz zu algebraischen Berechnungen häufig Schwierigkeiten bereitet. Bisherige Forschungsergebnisse betonen daher die Notwendigkeit zur Förderung des konzeptionellen Verständnisses u. a. durch den Einsatz multi-repräsentationaler, qualitativer Zugänge. Zu diesem Zweck stellt dieser Beitrag einen visuellen Zugang zum qualitativen Verständnis der Divergenz vor, der auf einer Beurteilung der partiellen Vektorableitungen anhand zweidimensionaler Vektorfelddiagramme beruht. Da insbesondere die Zerlegung von Vektoren in ihre Feldkomponenten - eine zur Beurteilung der partiellen Ableitungen essentielle Prozedur - eine Herausforderung für Studierende darstellt, werden zudem Anregungen für eine instruktionale Unterstützung durch Zeichenaktivitäten gegeben. Abschließend wird eine Studie zur Wirksamkeitsuntersuchung einer zeichenbasierten Instruktion vorgestellt.
Formgedächtnispolymere – vom 3D-Druck zur Polymerchemie
Full text linkDer 3D-Druck bietet heutzutage ganz neue Möglichkeiten, Schüler(innen) und Student(inn)en an verschiedenste Wissensgebiete heranzuführen. Neben der Konstruktion, die mit einfachen Online-Programmen begonnen und zu komplizierten Formen fortgeführt werden kann, spielt hier vor allem die Materialwissenschaft eine wichtige Rolle. Die meisten preiswerten 3D-Drucker arbeiten nach dem Fused-Deposition-Modeling(FDM)-Verfahren, bei dem ein geschmolzenes Polymer-Filament durch eine Düse gepresst und lagenweise auf dem Druckbett abgelegt wird, bis die gewünschte dreidimensionale Form entsteht. Die Vielzahl hierfür erhältlicher Filamente ermöglicht es heutzutage, unterschiedlichste Materialeigenschaften auszuwählen, von herkömmlichen Polymeren wie Polylactid (PLA) bis zu faserverstärkten, mit Metallpartikeln gefüllten oder auch flexiblen Filamenten. Ein besonders interessantes Material ist PLA, das nicht nur einfach zu drucken ist, sondern auch Formgedächtniseigenschaften aufweist. Dies bedeutet, dass es sich stark verformen und anschließend durch Wärmezufuhr wieder in die ursprüngliche Form zurückbringen lässt – solange keine Teile des Objekts brechen. Solche Formgedächtnis-Objekte können durch eine angepasste Konstruktion optimiert werden, die Schwachstellen weitestgehend verhindert und auf diese Weise möglichst viele Regenerationszyklen ermöglicht. Je nach Kenntnisstand der Beteiligten können dabei vorhandene Füllstrukturen ausgewählt oder auch eigene Strukturen konstruiert werden. Auf diese Weise können Schüler(innen) und Student(inn)en spielerisch das Zusammenspiel aus Konstruktion und Material erfahren
Dirac-Algebra: Kurz und schmerzlos
Full text linkIm Bereich von Informatik und Software-Entwicklung wird die Dirac-Algebra zur Modellierung hyperbolischer und konformer Räume eingesetzt. Es ist deshalb sinnvoll, Lernenden eine Einführung in die Dirac-Algebra zu eröffnen, die auf die Thematisierung des quantenmechanischen Hintergrunds vollständig verzichtet.Aus diesem Grund wurden Aufgaben zur Lösung Linearer Gleichungssysteme, die zuvor auf Basis der Pauli-Algebra gelöst wurden, umgestaltet und mit Hilfe der Dirac-Algebra bearbeitet. Dieser Ansatz,der vorgestellt und didaktisch hinterfragt wird, führt auf den Kern dessen zurück, was Grassmann in seiner Ausdehnungslehre erstmals formulierte: Die Basisgrößen von Pauli- und Dirac-Algebra (also der Geometrischen Algebra) können als Basisvektoren interpretiert werden. Die Lösung Linearer Gleichungssysteme mit Hilfe der Dirac-Algebra stellt deshalb ein raumzeitliches Analogon zum üblicherweise als Cramersche Regel bezeichneten Lösungsverfahren dar.Und auch raumzeitliche Analoga zu Moore-Penrose-Matrizeninversen lassen sich konstruieren
Simulationsbasiertes Lernen im Astrophysik-Tutorium am Beispiel Schwarzkörper und Sternspektren
Full text linkDie Auseinandersetzung mit fachspezifischen digitalen Medien und Werkzeugen ist ein zentraler Auftrag der universitären Lehrer:innenbildung. Im Fach Physik umfasst dies die Förderung von unterschiedlichen digitalen Basiskompetenzen wie z.B. Simulation und Modellierung. Wenn die Durchführung klassischer Experimente wie im Fall der Astrophysik kaum möglich ist, sind Simulationen eine wichtige Erkenntnismethode. Daher stellt dieser Beitrag eine erprobte Lerneinheit eines Astrophysik-Tutoriums für Lehramtsstudierende vor, die das Ziel der Förderung ebendieser digitalen Basiskompetenzen verfolgt. Im Zentrum der Lerneinheit steht eine Simulation, welche die physikalischen Zusammenhänge eines Schwarzkörperspektrums veranschaulicht, die Helligkeitsmessung von Sternen mit unterschiedlichen Filtern aufgreift sowie das Importieren und die direkte Analyse der Daten von originalen Sternspektren ermöglicht. Der Beitrag schließt mit einer Diskussion über die mögliche Anpassung der simulationsbasierten Lerneinheit an den Physikunterricht
Eine Lehrerbefragung zum Einsatz digitaler Tools im Physikunterricht
Full text linkEin Fragebogen zum Einsatz digitaler Tools in und um den Physikunterricht wurde erstellt. Damit soll in Lehrkräftefortbildungen zum Einsatz digitaler Medien im Physikunterricht besser auf die Vorerfahrungen von Physiklehrerinnen und Physiklehrern eingegangen werden können. In einer ersten Pilotstudie wurden n = 58 Physiklehrkräfte basierend auf den im Orientierungsrahmen DiKoLAN (Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften) formulierten Kompetenzerwartungen dazu befragt, (a) wie häufig sie für eine bestimmte Tätigkeit digitale Tools einsetzen und (b) welche konkreten Tools sie für diese vorgegebenen Tätigkeiten nutzen. Erste Einblicke deuten an, dass sich durch diese Fragestellungen ein differenziertes Bild der Nutzung digitaler Anwendungen seitens der befragten Lehrkräfte erfassen lässt. Die Antworten zeigen zudem, dass auch innerhalb eines Kompetenzbereiches die Nutzungshäufigkeit für einzelne Anwender in Abhängigkeit von der vorgegebenen Tätigkeit stark variieren kann
Der Plasma-Lautsprecher als Lehrversuch
Full text linkIn Lehrveranstaltungen lassen sich physikalische Effekte und deren zugrunde liegende Theorie anschaulich anhand von Experimenten verdeutlichen. Besonderes Interesse wird hierbei durch optische, akustische und olfaktorische Sinneswahrnehmungen und vor allem durch die Kombination dieser Reize geweckt. Plasma-Lautsprecher stellen vor diesem Hintergrund ein hervorragendes Anschauungsobjekt für die Physikdidaktik im Fachgebiet „Akustik“ mit hohem motivierendem Potenzial dar.Im Rahmen dieses Betrags wird ein einfaches, verständliches und kostengünstiges Schaltungskonzept für einen Plasma-Lautsprecher vorgestellt und der zugrundeliegende Schallentstehungsmechanismus anschaulich erläutert. Anhand der vorgestellten Experimente können die Lernenden die akustischen Eigenschaften des Lautsprechers qualitativ und quantitativ untersuchen. Abschließend wird ein didaktisches Konzept für den Versuch gegeben. Der didaktische Schwerpunkt des Versuchs kann nach Vorwissen der Lernenden an die Zielgruppe angepasst werden
Vergleich computerunterstützter Messwerterfassungssysteme für den Physikunterricht
Full text linkIm Rahmen einer wissenschaftlichen Hausarbeit an der TU Darmstadt für das Lehramt an Gymna-sien bestand die Möglichkeit verschiedene computerunterstützte Messwerterfassungssysteme zu vergleichen. Dabei konnten durch eine Reihe unterschiedlicher Experimente, die typisch für die Schulphysik sind, Vergleichskriterien erarbeitet werden, die letztlich zu einem Bewertungsschlüssel führten, um die zur Verfügung stehenden Messwerterfassungssysteme zu bewerten. Zur Verfügung standen dazu die Hersteller Pasco Scientific (Pasco), PHYWE Systeme GmbH und Co. KG (Phywe) und Vernier Software & Technology (Vernier). Ermittelt wurde durch die Nutzwertanalyse eine Rangfolge der jeweiligen Messwerterfassungssysteme mit Schwerpunkt auf den Physikunterricht in der Schule, wobei durch die Auswahl der jeweiligen Software darauf geachtet wurde, dass die Nut-zung mobiler Geräte und somit auch die Nutzung der Messwerterfassungssysteme durch die Schü-ler_innen möglich ist