PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Was man von zwei Qubits über Quantenphysik lernen kann: Verschränkung und Quantenkorrelationen
Get PDFIn diesem Artikel wird der Zugang zur Quantenphysik über das einfachst mögliche Modellsystem, das Qubit, erweitert zu der Kombination von zwei Qubits. Dabei tritt erstmals das für die Quantenphysik zentrale Konzept der Verschränkung auf, welches nicht nur seltsame Eigenschaften der Quantenphysik illustriert, sondern auch der Schlüssel zum Verständnis von modernen Anwendungen der Quantenphysik ist. Ähnlich wie im Falle des einzelnen Qubits wird dabei versucht, die Grundprinzipien von Verschränkung und deren Anwendung mit Hilfe einfacher Mathematik und Bilder zu vermitteln, wobei Visualisierungen eine zentrale Rolle spielen. Die behandelten Themen umfassen verschränkte Zustände, Operationen und Messungen. Die möglichen physikalischen Realisierungen und Anwendungen, insbesondere im Bereich der Quanteninformation, werden hier kurz angesprochen, und in einer weiteren Publikation vertieft diskutiert
Schülerinnen und Schüler präsentieren ihr neuartiges spektrales Planetarium
Get PDFLernende entwickelten und bauten einen Spektralprojektor fürs Planetarium, der Objekte spektral richtig zeigt. Bei Vorstellungen im Planetarium erkannten die Zuschauer das Alter des Universums durch Spektralbrillen
Bewirken Praxisseminare im Lehr-Lern-Labor Änderungen der Lehrerselbstwirksamkeitserwartung bei Studierenden?
Get PDFIm Projekt MINT-Lehrerbildung neu denken! werden an der Freien Universität Berlin die Praxisphasen im Lehramtsstudium durch neu eingerichtete Praxisseminare im Schülerlabor PhysLab ausgebaut, das somit als Lehr-Lern-Labor dient.Die zentralen Ziele zur Verbesserung der Lehramtsausbildung durch die Praxisseminare sind: die Förderung von Professionswissen [1], die Förderung eines reflexiven Habitus‘ sowie stabile bzw. steigende Lehrerselbstwirksamkeitserwartungen [2, 3] bei den Studierenden.In ihrem Reviewartikel weisen Tschannen-Moran et al. [4] auf Forschungsergebnisse hin, nach denen Lehrerselbstwirksamkeitserwartungen bei Studierenden in Praxisphasen abfallen, vor allem, wenn diese als „sink-or-swim experience“ (S. 235) gestaltet werden. Dies führen sie auf eine Überforderung durch die Komplexität der Praxissituation zurück. Es wird vorgeschlagen, Studierende und Novizen in kleineren Schritten an die Herausforderungen des Lehrerberufes heranzuführen. Daraus folgt für das Konzept der Praxisseminare, dass den Studierenden in der Praxissituation ein Gefühl von Sicherheit vermittelt werden soll. Die Praxiserfahrung im Lehr-lern-Labor stellt für die Studierenden eine ‚geschützte’ und in ihrer Komplexität reduzierte Lernumgebung dar, in der sie auf ‚bekanntem Terrain’ agieren und mit Unterstützung sehr kleine Klassen einer lokal ansässigen Privatschule unterrichten.Das Konzept der Praxisseminare sowie die Ansätze zur Begleitforschung wurden bereits vorgestellt [5, 6, 7]. In diesem Beitrag werden erste quantitative und qualitative Ergebnisse zur Entwicklung der Lehrerselbstwirksamkeitserwartungen der Praxisseminar-TeilnehmerInnen vorgestellt
Die beschleunigte Sanduhr – Einwirkung äußerer Kräfte auf den Fluss granularer Materie
No full textDie Einwirkung äußerer Kräfte auf die Laufzeiten von Sanduhren wurde experimentell untersucht. Dabei wurde eine Sanduhr unterschiedlichen Schwingungs- und Rotationsbewegungen ausgesetzt. Während bei der Schwingung der Uhr quer zur Sandflussrichtung nur leichte Laufzeitverkürzungen festzustellen waren, wurden in frei hängender Rotation erstaunliche Durchflussraten erreicht. Die Ursprungslaufzeiten konnten auf weniger als 5% minimiert werden. Die Erklärung dieses Phänomens stößt an die Grenzen des üblichen Modell der Kraftbrücken, das sich z. B. beim Stauverhalten granularer Materie als Erklärungsmodell bewährt hat. Hier handelt es sich um ein eindrucksvolles Experiment, das mit einfachen Mitteln auch durch Schüler_innen durchgeführt werden kann
Das Elektronengasmodell in der Sekundarstufe I
Get PDFTrotz mehrjähriger unterrichtlicher Bemühungen besitzen viele Schüler am Ende der Sekundarstufe I kein ausreichend entwickeltes Verständnis der elementaren Elektrizitätslehre. Insbesondere die Entwicklung eines unabhängigen Spannungsbegriffs stellt Schüler in der Sekundarstufe I vor enorme Schwierigkeiten. Ein Grund hierfür könnte neben der zentralen Stellung des Stromkonzepts auch in der didaktisch unbegründeten Fokussierung auf die Differenzgröße Spannung im traditionellen Unterricht liegen. Im Gegensatz zum Potenzial, das einem Leiterabschnitt lokal zugeordnet werden kann, bezieht sich die elektrische Spannung nämlich immer auf die Differenz zweier Potenzialwerte in einem Stromkreis. Es ist daher naheliegend anzunehmen, dass eine bildhaft-anschauungsorientierte Vorstellung des Potenzials entscheidend zu einem besseren Verständnis elektrischer Stromkreise beitragen kann.Das Elektronengasmodell stellt über die Gleichsetzung des Elektronengasdrucks mit dem elektrischen Potenzial einen vielversprechenden Ansatz dar, eine solche anschauliche Erklärung für das Potenzial zu liefern. Fachlich basiert das Elektronengasmodell auf den physikalischen Eigenschaften der wenig beachteten Oberflächenelektronen in elektrischen Stromkreisen, die im Gegensatz zu Leitungselektronen vor und nach einem Widerstand unterschiedliche Dichten aufweisen. Nach einer Einordnung in bisherige Unterrichtsansätze wird im Artikel daher der fachliche Hintergrund des Elektronengasmodells näher beleuchtet, bevor die für die Schule nötigen didaktischen Elementarisierungen sowie mögliche Stärken und Schwächen des Modells diskutiert werden.
Computereinsatz im Schülerlabor
Get PDFIn praktisch allen Wissenschaften werden, z.B. im Experiment, Daten erhoben und diese am Computer dargestellt, um sie interpretieren zu können. Und alle Wissenschaften machen sich Modelle zur Beschreibung von Wirklichkeit. Die Umsetzung mathematischer Modelle am Computer ermöglicht es, Abläufe zu simulieren. Der Computer bietet auch für den Physikunterricht vielfältige Möglichkeiten, die in der Schule nur rudimentär genutzt werden. Erfahrungen zeigen aber, dass Schüler am Computereinsatz sehr interessiert sind und sich damit auch leichter tun als viele Lehrkräfte.Seit 2013 existiert in Frankfurt das „Goethe-Schülerlabor Physik, gefördert von der Adolf Messer Stiftung“. In diesem Schülerlabor finden für Schulkassen der Sekundarstufen I und II Versuchstage statt, bei denen ein Schwerpunkt auf dem Computereinsatz liegt. Dabei sollen die Schüler im Schülerlabor u.a. mit Hilfe von Sensoren oder Videokameras Realexperimente erfassen und an Simulationen experimentieren. Das Arbeiten am Computer ist für sie motivierend und gibt ein realistisches Bild von heutiger physikalischer Forschung wieder. Schließlich sollen Schüler, Studierende und Lehrkräfte über den Computereinsatz im Vergleich zu anderen Experimenten befragt werden.
Gemäldeanalyse als Kontext für den Physikunterricht
Get PDFDas Thema Gemäldeanalyse ist aus physikdidaktischer (und physikalischer) Perspektive sehr interessant, denn zur Untersuchung von Gemälden werden vielfach spektroskopische Methoden eingesetzt, wie die Röntgen-, Ultraviolett- oder die Infrarot-Spektroskopie, aber auch die UV- oder IR-Refektrographie und -Fotografie, die bereits mit einfachen schulischen Mitteln nachvollzogen werden können. Dabei werden die Gemälde mit IR-, VIS- oder UV-Licht 'bestrahlt', und es wird beobachtet, ob bei der Absorption oder Streuung dieser Strahlung Effekte auftreten, die Rückschlüsse auf die verwendeten Farbpigmente oder den Bildaufbau ermöglichen. Die Methoden beruhen im Wesentlichen darauf, dass sowohl die Absorption als auch die Streuung an den Pigmenten sowohl Material- als auch stark Wellenlängen-abhängig ist. In diesem Beitrag werden einige dieser Methoden und Experimente für den Physikunterricht vorgestellt, und es zeigt sich, dass sich eigene Untersuchungen von Gemälden bereits mit einfachen technischen und schulischen Mitteln im Unterricht durchführen lassen. Benötigt werden dazu nur eine USB Kamera und ein Infrarot Durchlassfilter (Diapositiv) bzw. eine UV-Filterfolie
Mechanik lernen im Sportstudio
Get PDFSportstudios bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten Physik zu erleben. Mit Lehramtsstudierenden des 7. Semesters führten wir ein Projekt im Kontext „Physik im Kraftraum“ durch. Zielsetzung war, den Studierenden im universitären Rahmen die Möglichkeit zu bieten selbständig kontextgebundene Unterrichtseinheiten zu entwickeln. Darüber hinaus wurden ausbildungsrelevante Besonderheiten des Rahmens Physik und Sport vertieft. Diese sehen wir hier insbesondere in einer wissenschaftsmethodischen Auseinandersetzung, die durch die unmittelbar spürbare Konfrontation von Kraftwirkungen im Vergleich mit den typischen mechanischen Modellen provoziert wird. Zusammenhänge zwischen dem eigenen Erleben der Studierenden und der Übertragbarkeit in den Unterricht wurden ebenfalls beleuchtet. Die abschließende Präsentation der Unterrichtseinheiten im Kraftraum zeigte ein breites Spektrum an Zugängen und Anknüpfungspunkten zum Schul- und Schülerleben
Ko-WADiS - Erkenntnisgewinnungskompetenz von Lehramtsstudierenden
Get PDFIm Rahmen des Projekts „Ko-WADiS“ wurde in einem domänenübergreifenden Ansatz die Erkenntnisgewinnungskompetenz von Lehramtsstudierenden und Fachstudierenden in den drei naturwissenschaftlichen Fächern Biologie, Chemie und Physik modelliert. Die Besonderheit dieses Projektansatzes, durch das es sich auch gegenüber anderen Studien abgrenzt, ist die postulierte fachübergreifende Erkenntnisgewinnungskompetenz. Dazu wurde ein Kompetenzmodell mit sieben Zellen adaptiert. Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf die ausschließlich auf Physikstudierende (Lehramt und Mono). Die Auswertung erfolgt mit einem 1PL (Rasch)-Model. Es zeigt sich, dass bestimmte Effekte, die für die Gesamtkohorte nachgewiesen werden konnten [1], nicht für die Physikkohorte gelten
Analyse stummer Dialoge von Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe zum Trägheitsgesetz
Get PDFGroße Vergleichsstudien wie PISA oder TIMMS bedienen sich des Multiple-Choice-Verfahrens, um den teilnehmenden Probanden die zur Auswahl stehenden Antwortmöglichkeiten darzubieten. Welche Vorstellungen aber liegen der vor Abgabe einer Antwort notwendigerweise zu treffenden Entscheidung zugrunde? Im Rahmen einer Examensarbeit wird dieser Fragestellung anhand der Analyse stummer Dialoge von Lernenden der elften Jahrgangsstufe zur bekannten PISA-Aufgabe „Der Busfahrer Rolf“ nachgegangen.Die zweistufige Instruktion der explorativen Studie umfasst ein Statement und einen nachfolgenden stummen Dialog der Schülerinnen und Schüler. Die Ergebnisse zeigen aufgabenspezifische, individuell höchst unterschiedliche Schülervorstellungen zur Trägheit. Darüber hinaus verdeutlichen sie den Mehrwert einer zweistufigen Instruktion des stummen Dialogs nicht nur als Teil des Testinstruments, sondern ausblickend auch für Unterricht