PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Darstellungen funktionaler Zusammenhänge im Physikunterricht - Darstellungswechsel in der Sekundarstufe 1
Get PDFFunktionale Zusammenhänge haben sowohl im Mathematik- als auch im Physikunterricht der Sekundarstufe 1 eine große Bedeutung. In letzterem dienen sie der mathematischen Modellierung physikalischer Phänomene. Das Wechseln zwischen verschiedenen Darstellungen funktionaler Zusammenhänge stellt dabei eine entscheidende Kompetenz der Schüler dar.Für solche Darstellungswechsel wurde ausgehend von physik- und mathematikdidaktischen Forschungsergebnissen ein Modell für den Physikunterricht entwickelt. Mit Hilfe dessen ist es möglich, Darstellungswechsel im Physikunterricht genauer zu beschreiben und zu analysieren.Erste Ergebnisse aus der Pilotstudie des Promotionsprojektes lassen auf unterschiedliche Bearbeitungsmuster von Schülern beim Wechsel von Darstellungen funktionaler Zusammenhänge schließen
Guter Physikunterricht. Die Sicht von Schülern, Lehrern und Wissenschaftlern
Get PDFIm 1. Teil des Aufsatzes wird guter Phikysunterricht aus der Schülerperspektive charakterisiert. Dazu haben fachdidaktische Untersuchungen der letzten Jahrzehnte wesentliche neue Einsichten erbracht. im zentralen 2. Teil wird die physikdidaktische, aber auch die lernpsychologische und schulpädagogische Diskussion zu gutem Unterricht gebündelt. In elf Merkmalen konzentrieren sich die Einsichten von Lehrern und Wissenschaftlern zu gutem Physikunterricht. Im 3. Teil steht eine aktuelle Untersuchung im Mittelpunkt, bei der realer, besonders guter naturwissenschaftlicher Untrricht identifiziert und wesentliche Eigenschaften von Lehrern dieses Unterrichts beschrieben wurden. Im Schlussteil werden Möglichkeiten angedeutet, wie die elf Merkmale guten Physikunterrichts als Orientierungshilfe in Schule und Hochschule genutzt werden können
Magnetismus hoch 3 - Selbstkonsistente Modellierung von Dia-, Para- und Ferromagnetismus
Get PDFMagnetische Phänomene stellen eine zentrale Grundlage für vielfältige technologische Anwendungen unserer Gesellschaft dar. Auch die Grundlagenforschung zu magnetischen Phänomen ist ein aktuelles und dynamisches Arbeitsgebiet. Untersuchungen von Lernenden sowohl in der Schule als auch in der Hochschule zeigen andererseits, dass diese im Bereich Magnetismus über ein geringes konzeptuelles Verständnis verfügen. Eine potentielle Ursache hierfür ist die geringe Anschlussfähigkeit der unterschiedlichen Modelle in den verschiedenen Ausbildungsphasen. Um diese Anschlussfähigkeit der Erklärungsansätze gewährleisten zu können ist es notwendig ein selbstkonsistentes Modell zu entwickeln, das die Grundlage zur konzeptuellen Weiterentwicklung (conceptual change) darstellt. In diesem Beitrag wird gezeigt wie die zentrale Ausprägungsform Ferromagnetismus mit Hilfe der weniger bekannten Phänomene des Dia- und Paramagnetismus erschlossen werden kann. Diese Herangehensweise ermöglicht die separate Betrachtung des Orts- (Diamagnetismus) und Spinraums (Paramagnetismus) sowie deren Wechselwirkung (Ferromagnetismus). Zur Reduktion der komplexen quantenmechanischen Ursachen für Magnetismus wird ein auf Visualisierungen basierendes Schema gewählt, das zunächst für die Hochschullehre konzipiert wird und durch weitere didaktische Reduktionen und phänomenologische Ergänzungen auch für die Schule zugänglich gemacht werden kann
Berechnung einer Hysteresekurve mittels Tabellenkalkulation
Get PDFHysteresekurven treten in vielen wissenschaftlichen Untersuchungen und technischen Anwendungen auf, angefangen von ferromagnetischen Materialien über Kraft-Dehnungs-Diagramme in mechanischen Zugversuchen bis hin zu zellbiologischen Prozessen. Mathematische Modelle zur Beschreibung solcher Hysteresekurven existieren, sind jedoch häufig schwierig zu verstehen und wenig hilfreich bei dem Versuch, Studierenden ein Gefühl für die Parameter zu vermitteln, die die Form einer solchen Hysteresekurve beeinflussen.Daher wurde ein leicht zu verstehendes und zu veränderndes Programm entwickelt, das auf einer Tabellenkalkulation beruht und die mikroskopischen Vorgänge in einem System verdeutlicht, die zur Ausbildung einer Hysteresekurve führen. Das Programm nutzt zur Vereinfachung ein Ising-Modell, in dem nur die beiden Zustände +1 und -1 auftreten können. Mittels eines Step-by-Step-Modus kann jeder einzelne Schritt im Übergangsprozess zwischen den beiden Sättigungszuständen betrachtet werden; ein zusätzliches Makro erlaubt die Erstellung vollständiger Hysteresekurven in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern.Das vorgestellte Programm steht frei zur Verfügung und kann daher in Hochschulen sowie Schulen eingesetzt werden. Weiterführende Programmversionen mit diversen Erweiterungen, beispielsweise für Systeme verschiedener Größe oder speziell für sogenannte Exchange-Bias-Systeme, sind bei den Autoren erhältlich
Schätzkompetenz von Schülerinnen und Schülern in der Sekundarstufe I
Get PDFDas Abschätzen von physikalischen Größen gehört nicht nur zu den allgemeinen Fähigkeiten eines Physikers (Reif, 1979), es ist auch ein täglicher Bestandteil des Lebens von Schülern und Erwachsenen (Joram, 1998). Studien aus der Mathematikdidaktik haben jedoch gezeigt, dass sowohl Schüler, wie auch Erwachsene große Defizite beim Abschätzen von Längen, Massen und Temperaturen haben (Crawford, 1952; Corle, 1960, 1963; Reys et al., 1982; Hildreth, 1983; Crites, 1992; Joram, 2005). Als Erweiterung zu diesen Ergebnissen wurde erstmalig die Schätzkompetenz von 229 Schülerinnen und Schüler der achten bis zehnten Klasse und 95 Studentinnen und Studenten des ersten Semesters hinsichtlich weiterer physikalischen Größen (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Energie, Leistung und Stromstärke) analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Schülerinnen und Schüler physikalische Größen, die sie über ihre Sinne wahrnehmen können, genauer abschätzen können als komplexere Größen wie Energie oder Leistung. Insgesamt konnte eine Tendenz der Schülerinnen und Schülern zum Überschätzen festgestellt werden. Wahrnehmbare Größen wurden lediglich leicht, komplexe Größen jedoch um bis zu einem Faktor von 1000 überschätzt. Ein Vergleich der untersuchten Schüler- und Studentengruppe ergab keinerlei signifikante Unterschiede hinsichtlich ihrer Schätzkompetenz. Es konnte somit kein Zuwachs der Schätzkompetenz zwischen der 8. bis 10. Klasse und dem Abitur nachgewiesen werden. Dies legt nahe, dass diese Kompetenz nicht gezielt gefördert wird
Virtuelle Grundlagenlabore als vielseitiges Lehr-Lernmedium in Blended-Learning-Lab-Szenarien
Get PDFDie Grundlagenlabore sind ein wesentlicher Bestandteil der Hochschulausbildung in Studiengängen mit natur- und ingenieurwissenschaftlicher Ausrichtung. So ermöglicht das Experimentieren ein durch andere Lehr-Lern-Interventionen nicht zu ersetzendes Kompetenzerleben. Doch dieser Lernerfolg hat seinen Preis: Aus Sicht der Lehrenden ist der organisatorische Aufwand und die zu leistende Betreuung beträchtlich. Aus Sicht der Praktikumsteilnehmenden mag das Absolvieren eines Grundlagenlabors mit einer nicht unerheblichen Arbeitsbelastung einhergehen. Überdies besteht die Gefahr, dass die Lernenden nicht erkennen, wie ähnliche Inhalte aus Vorlesungs- und Laborveranstaltung miteinander in Beziehung stehen. Um einen didaktischen Formschluss zu erreichen, wird die traditionelle Lehre durch virtuelle Grundlagenlabore unterstützt. Im Sinne eines Blended-Learning-Lab bieten sie dem Lehrenden wie dem Lernenden vielseitige Einsatz- und Nutzungsmöglichkeiten – sei es im Rahmen des Vorlesungs- und Übungsbetriebs oder eben zur Vor- und Nachbereitung der Praktika. Beispiellabore sollen verdeutlichen, wie es mittels virtueller Elemente gelingen kann, unterschiedliche Lehrformate besser zu verzahnen
Erste Erfahrungen mit einer invertierten Vorlesung in der Service-Lehre Physik bei großen Hörerzahlen
Get PDFDer Beitrag stellt kurz die Motivation, Umsetzung, Randbedingungen und erste Erfahrungen mit einer Vorlesung Physik für Elektrotechniker an der TU Darmstadt mit 290 eingeschriebenen Teilnehmer/innen vor, die im WS 2014/15 erstmals als "invertierte Vorlesung" (flipped classroom) angeboten wurde. Die Studierenden - überwiegend im ersten Fachsemester - bereiten sich über Videos und Lehrmaterialien mit Verständnisfragen und Aufgaben auf die Präsenzveranstaltung vor und können anonym über ein Forum Fragen zum Thema stellen. In der Präsenzveranstaltung werden die Themen nachbereitet, Demonstrationsversuche vorgeführt, Fragen beantwortet, Beispielaufgaben durchgegangen und Quizfragen zum Verständnis gestellt. Wir diskutieren die Umsetzung, eine Bewertung der Erfahrungen und Evaluationsergebnisse zur Veranstaltung
Hologramme mit GeoGebra
Get PDFHolografie ist ein Thema aus der Optik, bei dem zum einen grundlegende Ideen der Beugung zur Anwendung kommen und das zum anderen das Interesse von Schülerinnen und Schüler weckt. Allerdings sind Hologramme experimentell nur mit großem Aufwand zu erstellen, und ihre Wirkungsweise ist nicht leicht zu verstehen. Daher wird als erster Schritt die Verwendung computererzeugter Fresnel’scher Zonenmuster empfohlen. Hierfür kann die Mathematiksoftware GeoGebra verwendet werden.
Erhebung zum Einsatz Neuer Medien bei Physik-Gymnasiallehrern
Get PDFNeue Medien wie PC, Tablet und Smartphone bieten für den Physikunterricht vielfältige Möglichkeiten. Zwischen Herbst 2014 und Frühjahr 2015 fand eine Erhebung zu deren Einsatz im Physikunterricht an Gymnasien in zwei Regionen Bayerns und dem Großraum Frankfurt statt, die zeigt, wie und wozu die medialen Möglichkeiten im Physikunterricht eingesetzt werden. Ermittelt wurde auch, welche Art von Hardware und welche konkreten Softwareprodukte die Lehrkräfte bereits eingesetzt haben. Außerdem wurden Neue Medien im Kontext der Physiklehrerausbildung untersucht.Es zeigte sich über die Regionen hinweg ein recht einheitliches Bild: Während PCs und Laptops mittlerweile im Physikunterricht Anwendung finden, werden Technologien wie Smartphone oder Tablet bisher kaum eingesetzt. Today, ICT (Information and Communication Technology) such as PC, Tablet or Smartphone provide a wide range of opportunities for physics lessons. In a survey during autumn of 2014 and spring of 2015 physics teachers of Bavarian and Hessian “Gymnasien” (secondary schools) were asked about their ICT usage. The survey provides information concerning how and which hardware and software are used and to which degree ICT is implemented in teacher training.In the different regions, results are quite similar: While PCs and laptops seem to be established, technologies like smartphones or tablets are hardly implemented in physics lessons
Dashcam-Videos als Kontext im Mechanikunterricht
Get PDFDashcams sind digitale Videokameras, die im Straßenverkehr eingesetzt werden, um Aufnahmen von Unfällen zu machen und diese vor Gericht als Beweismittel nutzen zu können. Durch deren zunehmende Verbreitung steht eine große Anzahl an Videos zur Verfügung, die in vielfältiger Weise als Kontext im Mechanikunterricht verwendet werden können, z.B. zur Verkehrserziehung. Obwohl sie nicht für diesen Zweck aufgenommen wurden, ist es mit einigen Tricks, die in diesem Artikel gezeigt werden, möglich, sie mit Videoanalyseprogrammen wie measure dynamics auch quantitativ zu analysieren und als Grundlage von Berechnungen zu verwenden. Im Rahmen einer Staatsexamensarbeit wurden Unterrichtsbeispiele zum Einsatz von Dashcam-Videos im Physikunterricht entwickelt