PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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TSL: Quantitative Bedarfs- und Problemanalyse im Physikalischen Praktikum für NaturwissenschaftlerInnen
Get PDFIm Nebenfachpraktikum ergab eine quantitative Bedarfs- und Problemanalyse, dass Vorbereitungsinstanzen auf praktische Versuchsteile fehlen. Ebenso ergab sich, dass die eingesetzten Aufgaben im Praktikum zwar motivierend wirken, aber stark überarbeitungsbedürftig sind. Ein dritter Befund bezieht sich auf die zu hohe Arbeitsbelastung und den Erfolgsdruck der Studierenden. Orientierend an diesen Befunden und der bisherigen Interventionslandschaft in Praktika kann eine multimediale Intervention erfolgen, die mehreren Befunden und Perspektiven Rechnung trägt. Eine Übertragbarkeit der Befunde auf andere Praktika erscheint möglich
Fünfdimensionales Licht als Beschreibungsmuster unserer dreidimensionalen Welt
Get PDFIn der Informatik wird die Konforme Geometrische Algebra zur Beschreibung geometrischer Operationen im dreidimensionalen Raum eingesetzt. Die Modellierung und programmtechnische Umsetzung auf Grundlage einer solchen konformen Geometrie überzeugt durch ihre strukturelle Eleganz, eine hohe Recheneffektivität und Robustheit.Schülerinnen und Schüler können mit Hilfe des Programms CLUCalc Modellierungen auf Basis der Konformen Geometrischen Algebra direkt umsetzen und gestalten. Ein solcher Ansatz, der die Konforme Geometrische Algebra als Werkzeug im Sinne einer Black Box einsetzt, wird an der TU Darmstadt sehr erfolgreich mit Schülerinnen und Schülern praktiziert. Dies wird im ersten Teil des Beitrags vorgestellt.Die in der Informatik eingesetzten Werkzeuge lassen sich jedoch auch physikalisch umdeuten und auf Grundlage speziell-relativistischer Ideen didaktisch einbringen: Vektoren einer dreidimensionalen, nicht-relativistischen Welt sind mathematisch Nullvektoren (und somit lichtartigen Vektoren) einer fünfdimensionalen, konformen Welt äquivalent.Eine solche Deutung wird im zweiten Teil des Beitrags auf Grundlage der Geometrischen Algebra diskutiert. Dies führt nicht nur zu einem tieferen physikalischen Weltverständnis, sondern auch zu einer Verknüpfung physikdidaktischer und informatikdidaktischer Ideen.
Theoretisches Modell und Videoanalyse einer Bananenflanke
Get PDFDie Bananenflanke stellt eine spezielle Schusstechnik beim Fußball dar, bei der die Schussbahn des Balles auf Grund seiner Eigenrotation gekrümmt ist. Der Flug einer solchen Bananenflanke lässt sich in der Theorie qualitativ über die zentralen wirkenden Kräfte beschreiben. In Abhängigkeit von bestimmten Parametern, den Eigenschaften eines Fußballs und Eigenschaften eines bestimmten Schusses, wird darüber hinaus die Position des Fußballs zu jeder Zeit mit Hilfe einer analytischen Berechnung angegeben. Um dieses theoretische Ergebnis mit einer realen Bananenflanke vergleichen zu können, wird abschließend ein neuartiges Verfahren einer Videoanalyse mit zwei Kameras entwickelt. Die Anwendung des Verfahrens wird dabei so gestaltet, dass die technischen Erfordernisse und theoretischen Kenntnisse die Anwendung in der Schule explizit ermöglichen
Die Geometrische Ableitung am Beispiel der Maxwell-Gleichungen
Get PDFDie Differentialrechnung stellt ein entscheidendes konzeptuelles Werkzeug zur mathematischen Beschreibung physikalischer Sachverhalte dar. Gleichzeitig liefert die Physik ein wesentliches Motivationsmuster zur konzeptuellen Weiterentwicklung der Mathematik. Newton und Leibniz schufen die Differentialrechnung gerade auch aus physikalischen Gründen.Der von Newton und Leibniz vorgenommenen Algebraisierung der Differentialrechnung stellt die Geometrische Algebra eine geometrische Einbettung zur Seite. Am Beispiel ebener elektromagnetischer Wellen als Lösungen der Maxwell-Gleichungen im Vakuum wird gezeigt, wie eine solche geometrisch-algebraische Umformung der Differentialrechnung physikalische Problemstellungen aufklärt.Ebenso wird diskutiert, wie diese physikalisch motivierte Umformung der Differentialrechnung auf die Mathematik zurückwirkt, wenn diese physikorientierte Konzepte wie den Dirac-Operator zur eigenen Konzeptbildung übernimmt.
Storytelling in den Naturwissenschaften - erste Ergebnisse einer Pilotstudie zur Untersuchung der Wirksamkeit -
Get PDFNarrative Ansätze haben in den letzten Jahren speziell im angelsächsischen Bereich in den naturwissenschaftlichen Fächern an Bedeutung gewonnen. Im Rahmen des bereits vorgestellten Storytelling@TeachingModel (S@TM) Projekts wurden Materialien entwickelt und erprobt, die Lehrkräfte in die Lage versetzen sollen Geschichten für naturwissenschaftliche Bildungsprozesse fruchtbar zu machen. Dafür können die auf historischen Episoden basierenden Stories, die aus den Bereichen Biologie, Chemie und Physik stammen, nicht nur im Hinblick auf inhaltliche Aspekte ausgewählt werden, sondern auch, um jeweils definierte Nature of Science (NoS) -Aspekte zu thematisieren. Im Sommersemester 2013 wurden ausgewählte Materialien und deren Darbietungsform im Rahmen eines universitären Seminars mit Studierenden erprobt und evaluiert. Im September 2013 folgten dann zwei Lehrerfortbildungen, die ebenfalls evaluiert wurden. Im Rahmen des Beitrags sollen erste Erfahrungen und Ergebnisse der empirischen Pilotstudie zur Wirksamkeit des Bildungsangebotes diskutiert und hieraus resultierende mögliche Konsequenzen vorgestellt werden
Das EU-Projekt SAILS: Inquiry learning and assessment strategies
Get PDFZiel des europäischen Projekts SAILS (Strategies for Assessment of Inquiry Learning in Science; Laufzeit 2012-2015) stellt die Unterstützung von Lehrkräften beim Einsatz forschend-entdeckender Unterrichtskonzeptionen in der Sekundarstufe I und II dar. Der besondere Fokus liegt dabei auf der Integration von Lernerfolgsmessungen während Phasen des forschend-entdeckenden Lernens zur Steuerung des Lernfortschritts (formative assessment). Das Projekt SAILS wird vorgestellt und es wird über Ergebnisse aus den Kooperationsprojekten zwischen Lehrkräften und Fachdidaktikern berichte
Veränderungen von Schülervorstellungen durch Experimentieren
Get PDFIm Rahmen des Forschungsprojekts „Fachwissenszuwachs durch Schüler- und Demonstrationsexperimentein der geometrischen Optik“ (Winkelmann & Erb, 2014) wurde im Winter 2013/14 an 22 hessischenSchulklassen unter anderem der Lernzuwachs nach einer Intervention erhoben.Die Unterrichtseinheit wurde auf drei verschiedene Arten durchgeführt, wobei der Grad der Schüleraktivitätvariiert wurde: 1. Die Schülerinnen und Schüler erhielten eine detaillierte Experimentieranleitung(„Kochbuch“), 2. die Schülerinnen und Schüler erhielten einen Arbeitsauftrag zum Experimentieren(„Guided“), 3. die Lehrkraft führte die Experimente vor („Demo“). Das Ziel einer im Rahmen einer WissenschaftlichenHausarbeit zum Ersten Staatsexamen durchgeführten Fragebogenerhebung war es, herauszu finden, welche Auswirkung die Art des Experimentierens auf die Schülervorstellungen hat. In diesemArtikel werden die Ergebnisse der Erhebung vorgestellt. Hierzu wird der Fokus auf den Zusammenhangzwischen Antwort und der Begründung der Schülerinnen und Schüler gelegt. Zusätzlich wird die Einschätzungder Schülerinnen und Schüler darüber, wie sicher sie sich bei der Beantwortung der Fragen waren,diskutiert
Optische Blackboxes im Optik-Anfangsunterricht
Get PDFAussagen über die Funktionsweise und damit auch den Inhalt komplexer Systeme zu erhalten steht im Mittelpunkt der Auseinandersetzung mit Blackboxes, welches nicht nur in der Physikausbildung sondern auch in anderen Naturwissenschaften und der Psychologie erfolgt. Während elektrische Blackboxes vielfältig evaluiert sind, gibt es für optische Blackboxes lediglich Ideen zur Gestaltung.In der hier ausschnitthaft vorgestellten empirischen Studie (N>200) wurden optische Blackboxes für den Anfangsunterricht Optik in Niedersachsen entwickelt und in einer Unterrichtssequenz evaluiert. Um Einblicke in eine förderliche Lernumgebung eben dieser Aufgabenformate zu erhalten, wurde auf ein 2x2 Design zurückgegriffen und sowohl die Form des Feedbacks als auch der Anleitungsgrad der Aufgaben variiert. Neben dem Fachwissen der Schülerinnen und Schüler wurden auch Aspekte der Motivation zu verschiedenen Zeitpunkten mittels Fragebogen erhoben.In der Auswertung wird auf den Schwierigkeitsgrad der Blackboxes eingegangen sowie mit der Skala „Interesse und Spaß“ ein Teil der verwendeten Motivationsskala hinsichtlich Gender-Effekt betrachtet
Eine experimentell geschlossene Darstellung der Elektrodynamik von der Definition der Felder bis zu den Maxwell-Gleichungen
Get PDFAnhand von Experimenten wird gezeigt, dass die Maxwell-Gleichungen experimentell darstellbar sind. Es wird keine neue Theorie primär zur didaktischen Aufarbeitung aufgestellt, sondern die Darstellung soll so aufbereitet werden, dass sie durchgängig experimentierbar ist. Grundlage dieser Denkweise sind experimentell sauber eingeführte Feldbegriffe. Die wesentlichste Neuerung besteht darin, dass man die Influenz als Analogie zur Induktion anerkennt und die Flussdichten beider Felder als Ausgangspunkt für detailliertere Behandlungen der Felder betrachtet. Zur Einführung der vier in der Fachliteratur gebräuchlichen Feldgrößen braucht man keine Materialgleichungen. Der Verschiebungsstrom ist als echter Strom mit seinem zugehörigen Magnetfeld nachweisbar. Es wurden viele Experimente für Lehrer und Dozenten vorgestellt
Probleme lösen mit begleitenden Zusatzfragen
Get PDFIn dieser explorativen Studie untersuchen wir, inwieweit Lernende beim Prozess des Lösens von Aufgaben durch zusätzliche leitende Fragen unterstützt werden können. Dafür wurden begleitende Zusatzfragen entwickelt, die neben einer regulär fachlich gestellten Aufgabe eine Hilfe zum Bearbeiten einer Übungsaufgabe darstellen sollen. Diese Begleitfragen wurden im Rahmen einer Übung von ca. 170 Studierenden mit dem Nebenfach Physik zunächst erprobt. Zur Auswertung werden die von den Studierenden durchgeführten Berechnungen, Notizen und Ergebnisse berücksichtigt. Zusätzlich soll die Auswertung eines Fragebogens zeigen, inwieweit die Hilfe in Form von zusätzlichen Leitfragen von Studierenden tatsächlich als unterstützend empfunden wurde.