PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Smartphone-Experimente zu gleichmäßig beschleunigten Bewegungen mit der App phyphox
Get PDFDie Bedeutung von Smartphones in der heutigen Gesellschaft nimmt stetig zu. Fast alle Jugendlichen besitzen ein eigenes Smartphone und nutzen dies täglich. Vielen ist nicht bewusst, welche verschiedenen Sensoren in den modernen Smartphones integriert sind, die insbesondere zur Erfassung verschiedenster (physikalischer) Daten verwendet werden können. Fast alle Sensoren können über die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox (phyphox.org) ausgelesen werden. Zudem bietet diese App die Möglichkeit, Experimente zu editieren, die individuell auf Lerngruppen angepasst werden können. Im Beitrag werden zwei Experimente vorgestellt, die im Bereich der Mechanik für die Sekundarstufe II des Gymnasiums entwickelt wurden und dabei den Einsatz des Smartphones mit der App phyphox nutzen. Konkret sind ein Lehrerdemonstrationsexperiment auf der Luftkissenbahn und ein Schülerexperiment für den freien Fall konzipiert worden, in denen das Smartphone zur Erfassung von Weg-Zeit-Daten dient. In diesem Beitrag werden die App phyphox und die beiden konzipierten Experimente aus physikalischer und didaktischer Sicht dargestellt
Einsteins EJASE-Modell als Ausgangspunkt physikdidaktischer Forschungsfragen
Get PDFDie Physik ist zweifelsohne eine empirische Wissenschaft. Dennoch haben viele Begriffe der Physik keine direkte empirische Referenz und auch die mathematische Struktur der Physik spricht dafür, dass Physik ein menschengemachtes Theoriegebäude ist, das in vielen Aspekten von Konventionen lebt. Der Ambivalenz der Physik zwischen Theorie und Empirie muss auch die Physikdidaktik Rechnung tragen, wenn sie sich mit Fragen zu Begriffsbildungsprozessen im Physikunterricht, zur Rolle der Mathematik in der Physik oder zur erkenntnistheoretischen Bedeutung des Experiments beschäftigt.Im vorliegenden Artikel wird das EJASE-Modell Einsteins vorgestellt, welches zum Ziel hat die Theoriebildungsprozesse im Spannungsfeld zwischen Theorie und Empirie zu beschreiben. Aus diesem Modell sollen mögliche Forschungsansätze für die Physikdidaktik abgeleitet und zur Diskussion gestellt werden
Mathematikdidaktik in der Physiklehrerbildung? - Projekte zur fachdidaktisch-verbindenden Lehrerbildung
Get PDFDer Rolle der Mathematik in der Physik wird in der Physikdidaktik berechtigterweise ein reges Forschungsinteresse gewidmet. Neben rein fachlichen und erkenntnistheoretischen Aspekten sind auch mathematikdidaktische Gesichtspunkte in diesen Diskussionen relevant. Der fachdidaktisch-verbindende Ansatz der Universität Siegen sieht den gleichberechtigten Austausch über den Zusammenhang von Mathematik und Physik sowie den Vergleich didaktischer Theorien beider Fächer vor. Im Vortrag soll anhand von Projekten vorgestellt werden, warum und wie bereits in der ersten Phase der Lehrerbildung fachdidaktisch-verbindendes Arbeiten umgesetzt werden kann
Authentisches Lernen mit Atemalkoholsensoren im Physikunterricht: Physikalische Grundlagen, Visualisierungen und Experimente
Get PDFAuthentisches Lernen ist ein Ansatz, bei dem der Realitätsbezug und die Lebensnähe besonders wichtig sind. Sie sollen Schülerinnen und Schüler motivieren, sich mit der Anwendung physikalischer Inhalte auseinander zu setzen. Außerdem wird angenommen, dass sie sich positiv auf den Wissenserwerb und die Wissensanwendung auswirken. Eine Möglichkeit für die Umsetzung authentischen Lernens ist das Einbinden von Geräten aus dem Alltag in den Unterricht. Eine didaktische Herausforderung ist dabei, die oftmals komplizierten physikalischen Sachverhalte schülergerecht zu veranschaulichen ohne Einbußen in der Realitätsnähe, im Kontextbezug und in der Authentizität hinnehmen zu müssen.In diesem Beitrag geht es um Atemalkoholmessgeräte aus Halbleitermaterialien. Dazu werden ihre fachlichen und messtechnischen Grundlagen beschrieben. Diskutiert werden anschließend die beiden physikdidaktischen Themen: Authentisches Lernen und Visualisierungen. Bezüglich des authentischen Lernens werden charakteristische Merkmale aufgezeigt. Hinsichtlich der Visualisierungen werden die lernförderliche Darstellung physikalischer Sachverhalte und das Herstellen authentischer Anwendungsbezüge beschrieben und jeweils durch Beispiele konkretisiert. Zuletzt werden einige Experimente vorgestellt, mit denen entweder interessante Kontexte zum Thema Alkohol im Alltag behandelt oder fachliche Grundlagen erschlossen werden können
Interdisziplinäre Experimente im Modul „Naturwissenschaftliche Grundlagen“ am Bei-spiel einer Farbstoffsolarzelle
Get PDFIn vielen ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen lernen die Studierenden zwar ein oder zwei Semester lang die Grundlagen der Physik kennen, häufig fehlen ihnen jedoch jegliche Grundlagen in Chemie oder Biologie, obwohl diese Naturwissenschaften für interdisziplinäre Projekte durchaus nützlich sein können. In den Studienrichtungen Mechatronik und Apparative Biotechnologie wird daher ein neues Modul „Naturwissenschaftliche Grundlagen“ konzipiert und im kommenden Jahr umgesetzt, in dem neben der Physik auch Chemie und Biologie gelehrt werden. Diese Kombination erlaubt die Integration interdisziplinärer Fragestellungen in den Unterricht. In den Praktika beschäftigen sich die Studierenden dementsprechend mit Experimenten, in denen viele verschiedene Wissensgebiete verknüpft sind.Der Artikel stellt beispielhaft das Experiment „Farbstoffsolarzelle“ vor. Beim Bau einer Farbstoffsolarzelle und der Aufnahme ihrer I-U-Kennlinie werden u. a. die Bereiche Elektronik (Schaltkreise, strom-/spannungsrichtige Messungen), Leitfähigkeit (Elektronen, Halbleiter, Leiter) und Licht (Maßeinheiten, Wellenlängen) angesprochen, aber ebenso Redox-Reaktionen, Farbstoffe und elektronische Übergänge in Molekülen. Der Text stellt die bisherigen Erfahrungen in der Umsetzung dieses Versuches mit Studierenden dar und gibt einen Ausblick auf weitere Details des zukünftigen Praktikumsversuchs
Eigenwerte und Eigenvektoren aus geometrisch-algebraischer Perspektive
Get PDFMit Hilfe der Geometrischen Algebra lässt sich eine an physikalischen und physikdidaktischen Setzungen orientierte moderne Lineare Algebra konstruieren, die auf vorangegangenen Frühjahrstagungen in Wuppertal und Hannover vorgestellt wurde. Diese moderne Lineare Algebra beruht auf einem konzeptuellen Gleichklang algebraischer und geometrischer Deutungen, wobei die Koeffizientenmatrix Linearer Gleichungssysteme durch Koeffizientenvektoren ersetzt wird. Die Lösung eines Linearen Gleichungssystems ergibt sich dann durch Volumenvergleich der durch die Koeffizientenvektoren aufgespannten (Hyper-)Parallelepipede bzw. Parallelotope.Dieser physikdidaktisch motivierte Ansatz wird nun in einer weiteren Ausarbeitung auf Eigenwerte und Eigenvektoren übertragen. Dieser Zugang wird unter Einbezug von Beispielen aus der Unterrichtspraxis im fachhochschulischen Rahmen vorgestellt und diskutiert.
Auswirkungen auf den Lernzuwachs durch die Nachbereitung von Experimenten im Physikunterricht
No full textDem Experiment im naturwissenschaftlichen Unterricht wird eine große Bedeutung beigemessen. Vor allem die Phasen der Vor- und Nachbereitung des Experiments und deren Einbettung in den Unterrichtsverlauf haben einen großen Einfluss auf die Qualität des Unterrichts. Allerdings gibt es bis heute wenige Studien, die sich mit der Struktur dieser Phasen befassen. Die vorliegende quasi-experimentelle Interventionsstudie geht der Frage nach, welche Auswirkungen die Nachbereitungsphase von Experimenten auf den Lernzuwachs der Schülerinnen und Schüler in den Kompetenzbereichen Fachwissen und Erkenntnisgewinnung hat. Es wird zwischen drei Variationen der Auswertung mit unterschiedlichem Offenheitsgrad unterschieden: 1.) Auswertung im Plenum, 2.) angeleitete Auswertung und 3.) selbstständige Auswertung. Neben dem Fachwissenszuwachs und dem Zuwachs der Auswertekompetenz der Schülerinnen und Schüler werden die Überzeugungen der unterrichtenden Lehrkräfte zum Unterrichtsfach und zur Wissenschaft Physik miterhoben, um deren Einfluss und mögliche Wechselwirkung zwischen Experimentiersituation und der Lehrkraft abschätzen zu können.Erste Ergebnisse der Studie geben Hinweise darauf, dass bezüglich des Lernzuwachses im Fachwissen die Gestaltung der Nachbereitungsphase einen bedeutenden Einfluss hat. In Bezug auf den Lernzuwachs bei der Auswertekompetenz zeigt sich die Rolle der Lehrkraft als bedeutsam
Low Cost - High Fun. Messwerterfassung mit dem Raspberry Pi.
Get PDFNeben dem Arduino hat kein Mikrorechnersystem in der letzten Zeit mehr Furore gemacht als der Raspberry Pi: Vor etwa 10 Jahren gründete der britische Computerwissenschaftler Eben Upton die Raspberry Pi Foundation mit dem Ziel, die nächste Generation (wieder) für das Programmieren zu begeistern; die Absicht, einen Computer zu entwickeln, hatten Eben Upton und seine Kollegen ursprünglich gar nicht. Dennoch wurden im Jahr 2007 erste Pläne entworfen für einen kostengünstigen Mini-PC, und fünf Jahre später kam das erste Exemplar auf den Markt. Wurde der Raspberry Pi ursprünglich entwickelt, um Schülerinnen und Schülern eine intensive Auseinandersetzung mit der Programmierung attraktiv zu gestalten und hierfür insbesondere auch eine kostengünstige Lösung bzw. Übungsmöglichkeit anzubieten, so stellte sich schnell heraus, dass der kleine Einplatinencomputer nicht nur Programmierern wie auch Tüftlern und Bastlern schier ungeahnte Möglichkeiten bietet: Zusammen mit diversen Hardware-Zusätzen kann er vergleichsweise einfach und vor allem preiswert zur computergestützten Messwerterfassung verwendet werden. In dem hier vorliegenden Artikel werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie der Raspberry Pi eingesetzt werden kann für die Messung physikalischer Größen im Rahmen eines spannenden und kreativen Physikunterrichts. Dabei werden grundlegende didaktische Aspekte diskutiert wie das Lernen von, aber auch das Lernen über naturwissenschaftliche Arbeitsweisen; konkrete praktische Umsetzungen einer Messwerterfassung mit dem Einplatinenrechner werden im erläutert
Das Seifenboot im Lichte der Grenzflächenphysik
Get PDFDer Antrieb des Seifenboots beruht auf einem Vorgang, der bestimmte Inhaltsstoffe der Seife auf der Oberfläche des Fahrwassers verteilt. Die hier dargestellten Analysen verschaffen Einblicke in sein Zustandekommen, seine Beschaffenheit und die damit verbundene Energetik. Darüber hinaus wird mit der Herleitung einer Bewegungsgleichung ein Weg eröffnet, die Reichweite eines Seifenboots zu bestimmen
Zertifikatsstudium Fächerübergreifendes Unterrichten in den Naturwissenschaften
Get PDFFächerübergreifender Unterricht in den Naturwissenschaften ist an vielen Schulen eine Realität, die mit gesteigerten fachlichen, organisatorischen und didaktischen Anforderungen an Lehrkräfte verbunden ist. Bisher berücksichtigt die erste Phase der gymnasialen Lehramtsausbildung dies nur unzureichend, da primär für die Unterrichtsfächer Biologie, Chemie und Physik ausgebildet wird.Über das Schlözer Programm Lehrerbildung wird an der Universität Göttingen ein Zusatzangebot zur Qualifizierung zum fächerübergreifenden Unterrichten von Naturwissenschaften geschaffen. Das entsprechende Zertifikat umfasst einen Studienumfang von 16 ECTS. Für eine Teilnahme am Zertifikatsprogramm ist das Studium einer Naturwissenschaft erforderlich. Innerhalb des Zertifikates werden zuerst die komplementären naturwissenschaftlichen Fächer in inhaltlich abgestimmtem fachwissenschaftlichen und fachdidaktischen Grundveranstaltungen unterrichtet.In einem anschließenden integrierten Praxismodul arbeiten die Studierenden in interdisziplinären Gruppen theoriegeleitet eine Unterrichtssequenz aus und erproben sie im schulischen Kontext. Ziel ist es, anhand von fachlichen und fachdidaktischen Grundlagen sowie exemplarisch ausgearbeiteten Unterrichtseinheiten, die in der Praxis erprobt und reflektiert werden, den Studierenden Perspektiven für das fächerübergreifende Unterrichten von Naturwissenschaften zu eröffnen