PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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tet.folio: Neue Ansätze zur digitalen Unterstützung individualisierten Lernens
Get PDFZur Unterstützung der Physikausbildung stehen zahlreiche multimediale Elemente zur Verfügung, von Simulationen über Interaktive Bildschirm Experimente (IBE) bis hin zu Remote-Laboratories. Mit tet.folio stellen wir hier eine Plattform vor, die es Autoren ermöglicht, diese digitalen Bausteine in Lernumgebungen einzubinden. Das Technology Enhanced Textbook (tet.folio) unterstützt dabei individuelle Arbeitserfahrungen und aktive Lernmethoden der Studierenden. Durch das Aufheben der Grenzen zwischen Autoren und Lernenden ermutigt das sowohl Lehrende als auch Lernende, ihre Lehr-Lern-Materialien an ihre individuellen Anforderungen und Bedürfnisse anzupassen
Schülerlabor zu Anwendungen der Totalreflexion
Get PDFDas Phänomen der Totalreflexion wird in der Technik in verschiedenen Kontexten angewendet. Dennoch fristet es im Optikunterricht eher ein Nischendasein und wird neben der Brechung wenig behandelt. Im Goethe-Schülerlabor Physik wird deswegen ein Experimentiertag zum Thema Total-reflexion angeboten, der technische Anwendungen betrachtet. Neben Experimenten wird auch der Simulationsbaukasten Algodoo von den Schülern genutzt, der dabei mehr Variationsmöglichkeiten der Simulationsparameter zulässt als vorgefertigte Applets und reale Versuche.Im Artikel werden verschiedene Anwendungsbeispiele mit verwendeten Experimenten und Simulationen vorgestellt. Dazu gehören Daten- und Bildübertragung mittels Glasfaser, der Regensensor und der Brillant
Entwicklung von Messinstrumenten zum Kompetenzzuwachs anhand von Modellen der IRT
Get PDFIm BMBF-geförderten Projekt „Kompetenzmessung und Kompetenzförderung in leistungsheterogenen Lerngruppen im experimentierbasierten Physikunterricht (KoPhy)“ sollen ca. 2000 Schülerinnen und Schüler in einer längsschnittlich angelegten Interventionsstudie hinsichtlich ihres Kompetenzzuwachses durch drei Experimentiersituationen untersucht werden.In diesem Beitrag sollen zuerst die Motivation für die vorgestellte Studie sowie die bisherigen Erkenntnisse dargestellt werden. Dem schließt sich eine Darstellung der Hauptstudie an, in welcher sowohl die grundlegende Fragestellung als auch die Messinstrumente vorgestellt werden. Die bisher abgeschlossenen Vorstudien zur Entwicklung eines IRT-skalierten Fachwissenstest als Messinstrument zum Einsatz in der Hauptstudie stellen den Abschluss dieses Beitrags dar
Schülerinnen und Schüler fotografieren Objekte von der Region bis zum Ende der sichtbaren Welt
Get PDFLernende entdeckten und fotografierten mit ihrem Schulteleskop ihre Welt vom Tanzstudio fast bis zum Ende der sichtbaren Welt. Dabei erkundeten sie eigenständig unterschiedliche astronomische Objekte. Auch gliederten sie die Objekte nach Entfernung und Bewegungsart in vier sinnvolle Gruppen. Diese selbstständige fotografische und kompetent strukturierende Erfassung der Welt ist ein Beispiel für Bildung, wie sie Humboldt 1792 formulierte: „Bildung bedeutet die Anregung aller Kräfte des Menschen, damit diese sich über die Aneignung der Welt in wechselhafter Ver- und Beschränkung harmonisch-proportionierlich entfalten und zu einer sich selbst bestimmenden Individualität führen“ (Brockhaus 1996). Das Projekt wurde von Lernenden der Klassen 5-12 einer Astronomie-AG durchgeführt. In Anbetracht der heterogenen Lerngruppe ist das Projekt ein Beispiel für inklusive Teilhabe an Bildung
Mit dem Zwillingsparadoxon zur speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie - Theaterpädagogik mit Spannung, Perspektivwechsel sowie einer Paradoxie und ihrer Auf-lösung mit Hilfe exakter Herleitungen wesentlicher Gleichungen zur SRT und ART durch die Schülerinnen und Schüler
Get PDFLernende spielten auf einem öffentlichen und gut besuchten Astronomieabend in der Aula ein spannendes neues Theaterstück zum Zwillingsparadoxon: Eine Schülerin wurde versehentlich auf eine Zeitreise geschickt. Der Reisenden gelang die Umkehr und bei der Rückkehr war sie 27 Jahre jünger als ihre Zwillingsschwester. Die Lernenden berechneten den Altersunterschied und erkannten das Paradoxon: Wegen der Relativität der Geschwindigkeit könnte jede der beiden Zwillinge die Jüngere sein. Die Schüler lösten das Paradoxon mit einem Minkowski-Diagramm und der Raumkrümmung. So behandelte die Lerngruppe binnendifferenziert die SRT & ART und leitete dabei alle verwendeten Gleichungen her. Hierzu nutzten sie Lernwege, bei denen frühzeitig Dimensionen der Raumzeit separiert werden (Carmesin 2012).Im Aufsatz stelle ich verschiedene Lernwege kritisch vergleichend vor. Das Projekt wurde von Lernenden der Klassen 5-12 einer Astronomie-AG durchgeführt. In Anbetracht der heterogenen Lerngruppe ist das Projekt ein Beispiel für inklusive Teilhabe an Bildung
Warum der Apfel vom Baum fällt - Die allgemeine Relativitätstheorie im Unterricht
Get PDFObwohl sie zu den bekanntesten und am besten überprüften Theorien der Physik gehört, wird der allgemeinen Relativitätstheorie weder in der Schule noch an Universitäten der ihr angemessene Raum zugebilligt. Dies liegt nicht zuletzt an der komplexen Mathematik, obwohl es durchaus interessante Ansätze gibt, um die wesentlichen Aussagen der allgemeinen Relativitätstheorie anschaulich zu vermitteln. So lassen sich sowohl die Krümmung der Raumzeit als auch die Bewegung eines Körpers auf einer Linie extremaler Länge mit einfachen Mitteln illustrieren. Dabei taucht allerdings die Frage auf, woher denn ein Körper weiß, dass die Richtung, in die er sich bewegt, eine Linie extremaler Länge ist. Zur Beantwortung dieser Frage wird in dem Beitrag eine Vorgehensweise gewählt, in der von dem Konzept des minimalen Wegs ausgegangen wird, wie es aus der geometrischen Optik bekannt ist. Es wird dann zum einen gezeigt, dass ein solcher kürzester Weg stets ein Weg stationärer Phase ist und zum anderen, dass die sogenannten Wirkung eines sich bewegenden Teilchens der Phase der aus der Quantentheorie bekannten Wellenfunktion entspricht, die wiederum ein Maß für die Wahrscheinlichkeit ist, das Teilchen an einem bestimmten Ort anzutreffen. Damit lässt sich dann anschaulich zeigen, dass ein Teilchen in der Raumzeit nur den Weg wählen kann, dessen Länge extremal ist, da sich alle anderen Wege durch Interferenz gegenseitig auslöschen
Ab in die Röhre: Ein Modell zur Veranschaulichung des Unterschieds zwischen CT und MRT
Get PDFDie Computer- und die Magnetresonanztomographie haben sich zu Standardverfahren der medizinischen Diagnostik entwickelt. Oftmals aber sind die physikalischen Unterschiede trotz individueller Erfahrungen aus Patientenperspektive nicht bekannt. Es wurde ein kostengünstiges Modell für den Einsatz im Unterricht sowie am außerschulischen Lernort M!ND entwickelt, welches diese Unterschiede betont. Das Modell besteht aus einem transparenten Kunststoffkopf, in den mehrere Gegenstände eingebracht sind, deren Anzahl, Form und Position durch die Messungen aufgeklärt werden sollen. Für beide Messverfahren werden als Analogie für die jeweilige Strahlungsquelle LEDs verwendet, die zur Unterscheidung unterschiedlicher Frequenzbereiche farblich kodiert wurden. Im Fall der Computertomographie wird im Modell der Aspekt der Transmission der Strahlung durch das Objekt aus verschiedenen Richtungen betont. Über eine Interpretation der aus verschiedenen Raumrichtungen erzeugten Schattenbilder kann auf die Strukturen im Inneren des Modellkopfes geschlossen werden. Bei der Magnetresonanz sind LEDs in den nachzuweisenden Gegenständen mit einer Hall-Sonde verbaut. Die Anregung der Spins des Ensembles durch einen externen elektromagnetischen Puls wird in diesem Modell durch ein Aufleuchten der Gegenstände innerhalb des Modellkopfes illustriert. Dabei kann aufgrund der Hall-Sonde die Ortskodierung des angeregten Ensembles durch das Anlegen von Magnetfeldgradienten modelliert werden
Quantenkryptographie als Thema für den Physikunterricht - Vorstellung einer Masterarbeit
Get PDFQuantenkryptographie ist ein modernes Forschungsgebiet der Physik, welches einen motivierenden Kontext für die Grundkonzepte der Quantenphysik bieten kann. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde eine Unterrichtseinheit zur Quantenkryptographie mit Photonen erstellt und an einem Physikkurs der 11. Jahrgangsstufe getestet. Wir stellen die Unterrichtsmaterialien sowie die Ergebnisse von Interviews und Fragebögen vor
Lernen mit der "denkwerkstatt-physik"
Get PDFDauer und Intensität der Auseinandersetzung mit einem Lerninhalt werden in nicht routinemäßig ablaufenden Situationen unter anderem stark vom Grad der Ausprägung der bereichsspezifischen Kompetenzerwartung beeinflusst. Schülerinnen und Schüler zeigen in Bezug zum Fach Physik häufig eine nur gering ausgeprägte Kompetenzerwartung, wie Befragungen im Rahmen internationaler Studien belegen. Um Physiklernen zu unterstützen ist deshalb bedeutsam, das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten, Physikaufgaben lösen zu können, zu stärken. Heterogene Lernvoraussetzungen berücksichtigend ist es naheliegend, für den Physikunterricht Gelegenheiten zum individualisierten Lernen zu schaffen, die sich unkompliziert in den Unterricht integrieren lassen oder diesen ergänzen. Die webbasierte Lernumgebung ”denkwerkstatt-physik” wurde unter Berücksichtigung lernpsychologischer und fachdidaktischer Gesichtspunkte an der Pädagogischen Hochschule Schwäbisch Gmünd mit dem Ziel konzipiert, die Entwicklung einer optimistischen fachspezifischen Kompetenzerwartung durch selbständiges Lösen physikalischer Aufgaben zu fördern, und wird unter Beteiligung von Lehramtsstudierenden der Goethe-Universität Frankfurt und der Pädagogischen Hochschule Schwäbisch Gmünd fortlaufend durch neue Aufgaben erweitert. Den Lernenden werden Anregungen für unterschiedliche Lernwege in Form von Tipps angeboten, die individuell ausgewählt und kombiniert werden können. Der Beitrag stellt das Konzept der Lernumgebung und ihre Einsatzmöglichkeiten vor. Eine Studie zur Wirksamkeit der Lernumgebung weist einen Einfluss auf die Entwicklung physikspezifischer Kompetenzerwartung der Lernenden nach.
Die Übergangsproblematik von der Schule zur Hochschule im Fach Physik aus lerntheoretischer Sicht
Get PDFViele Studienfächer im MINT-Bereich beklagen hohe Abbruchquoten. Die sogenannte Übergangsproblematik, die die Schwierigkeiten von Studierenden beim Wechsel von Schule zu Hochschule beschreibt, ist auch bei Studierenden des Faches Physik (inklusive des Lehramtsstudiums für das gymnasiale Lehramt) hinlänglich bekannt und stellt eine Herausforderung für die Schul- und Hochschuldidaktik. Im Vortrag wird ein physikdidaktisches Forschungsprogramm vorgestellt, mit dem dieses Problem auf einer lerntheoretischen Grundlage angegangen werden kann. Dabei sind vor allem die Vernetzung von Wissensstrukturen sowie der Auffassungswechsel von Physik beim Übergang in die Hochschule wesentlich