PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Physikalische Aspekte des Fußballspiels - Eine Untersuchung der Wechselwirkung von Kopf und Fußball im Modellexperiment
Get PDFFußball ist in sehr vielen Ländern die attraktivste Sportart, sodass eine physikalische Diskussion fußballerischer Themen meist auf großes Interesse stößt. Eine wichtige Komponente des Spieles, Kopfbälle, sind bislang jedoch nicht so ausführlich behandelt worden, obwohl die Frage nach der Gefährlichkeit direkt mit der Bestimmung der Kräfte und Beschleunigungen zusammenhängt. Wir haben die Wechselwirkung von Fußball und Kopf im Modellexperiment untersucht und auch theoretische Modellierungen diskutiert, die die Messdaten erklären sollen. In diesem Artikel werden wir insbesondere die experimentellen Zugänge vorstellen, die von einfachen Versuchen bis zu Videoanalysen und Datenaufnahmen mit Beschleunigungssensoren reichen. Ein Ausblick bezüglich einer Erklärung der Daten durch theoretische Modelle unterschiedlicher Komplexität wird gegeben
Authentische Anwendungsbeispiele für eine praxisorientierte Lehre in MINT-Fächern
Get PDF„Grau, treuer Freund, ist alle Theorie und grün des Lebens goldner Baum.“ ist ein wohlbekanntes Zitat aus Goethes Faust. Auch in der heutigen Unterrichtspraxis und Hochschulausbildung mag dieser Hinweis nichts an Aktualität eingebüßt haben. Gerade bei dem eher praktisch orientierten Lernenden, der sich eine Veranschaulichung der theoretischen Lerninhalte wünscht, wirkt eine für sich isoliert stehende formale Abstraktion oft überfordernd. Nicht selten provoziert bei Studierenden eine als Selbstzweck wahrgenommene Theorie die Frage: „Wozu brauche ich das später?“ Wir wollen diese Frage ernst nehmen und bei der Entwicklung virtueller Grundlagenlabore in einigen MINT-Fächern berücksichtigen. In diesem Zusammenhang besteht die Aufgabe in dem Aufspüren von authentischen Anwendungen sowie deren didaktisch sinnvollen Darbietung. Mit dieser „Erdung“ der Theorie – d.h. dem Aufzeigen eines unmittelbaren Bezuges zur späteren Berufswelt der Lernenden – soll zur aktiven Beschäftigung mit dem Lerninhalt motiviert werden. Wir exemplifizieren, wie es gelingen kann, eine als trocken empfundene Formelphysik mit interessanten Anwendungsbeispielen aus der aktuellen Forschung oder dem modernen Industriealltag zu beleben
Schreiben und Peer-Feedback im Physikpraktikum
Get PDFIn den Physikalischen Praktika an der RWTH Aachen erlernen Studierende der Nebenfächer an einfachen Beispielen wesentliche Elemente des wissenschaftlichen Arbeitens. Hierzu gehört auch das Präsentieren von Ergebnissen experimenteller Arbeiten. Dies geschieht in der Regel durch das Anfertigen schriftlicher Protokolle. Obwohl eine Studie aus dem WS 2011/12 zeigt, dass die Studierenden für das Schreiben der Protokolle relativ viel Zeit aufwenden, weisen die verfassten Texte große Mängel auf. Eine durch diese Ergebnisse motivierte Bedarfsanalyse im WS 2013/14 ergab, dass 89% von 118 Befragten das wissenschaftliche Schreiben erlernen möchten. Ziel der vorgestellten Studie ist es daher, die Vermittlung von Grundlagen des wissenschaftlichen Schreibens im Praktikum zu ermöglichen. Hierzu werden 2 von 8 Protokollen durch Kurzveröffentlichungen zu selbst gewählten Themen ersetzt. Anhand der Kurzveröffentlichungen soll durch den Schreibprozess selbst und anschließendes Peer-Feedback die Wahrnehmung der Studierenden für wissenschaftliche Texte geschärft werden. Alle Studierenden einer Praktikumsgruppe werden die Texte ihrer Kommilitonen mit Hilfe von Feedbackbögen schriftlich und in einer gemeinsamen Gesprächsrunde mündlich bewerten. Neben den Rückmeldungen der Kommilitonen erhalten die Studierenden ein detailliertes schriftliches Feedback des Betreuers. Die Pilotierung läuft seit dem WS 2013/14. Im Vortrag werden das Projekt selbst, erste Erfahrungen mit dem Peer-Feedback sowie erste Rückmeldungen der Studierenden vorgestellt
Der Force Concept Inventory Vergleich einer offenen und einer geschlossenen Version
No full textDer Force Concept Inventory wird seit mehr als zwanzig Jahren zur Erfassung des Verständnisses newtonscher Mechanik verwendet. Schon recht kurz nach der Veröffentlichung entstand eine Diskussion, vor allem darüber, ob eine schlichte Auswertung über den Summenscore, geeignet ist, das Verständnis zu bemessen. Darüber hinaus wird hinterfragt, ob mit Multiple Choice Aufgaben das Verständnis angemessen überprüft werden kann. Bis heute lassen sich die Argumente nicht vollständig entkräften, trotzdem ist der FCI wohl eines der am häufigsten verwendeten Instrumente, z.B. um die Qualität einer neuen Lehrveranstaltung zur Mechanik zu überprüfen.In der hier vorliegenden Studie wird ein Teil der Aufgaben aus dem FCI Studierenden im Fach Physik sowohl in offenem Antwortformat, als auch in geschlossenem Antwortformat zur Bearbeitung vorgelegt. Damit soll untersucht werden, inwieweit das geschlossene Antwortformat die Einschätzung des Verständnisses unter Umständen beeinflusst. Es ergeben sich zwei zentrale Befunde: Zum einen findet sich Evidenz dafür, dass sich das Antwortformat tatsächlich auf das Testergebnis auswirkt, Aufgaben im offenen Format führen zu anderen Lösungen, als Aufgaben im geschlossenen Format. Zum anderen zeigt sich der Effekt von den Kontexten, in dem das Verständnis überprüft wird, nur beim offenen Antwortformat, bei geschlossenem Antwortformat scheint der Kontext sich nicht auf die Lösung auszuwirken
Smartphone Physics: Beschleunigungsmessungen im Physikunterricht - Lernanlässe oder Lernhindernisse?
Get PDFIn den letzten Jahren wurde vielfach vorgestellt, wie die in Smartphones und Tabletcomputern verbauten Beschleunigungssensoren für quantitative Versuche in Schule und Lehrerbildung eingesetzt werden können. Die publizierten Beispiele sind sehr vielfältig und betreffen z. B. den freien Fall, die Radialbeschleunigung, verschiedene Pendelexperimente sowie die experimentelle Erschließung von Alltagskontexten. Neben den zweifelsfrei vorhandenen Vorzügen des Messmittels "Smartphone" (insb. hohe Verbreitung bei den Schülern und Studierenden, hohe Mobilität sowie intuitive Bedienbarkeit) ist speziell der Einsatz der Beschleunigungssensoren auch kritisch zu sehen. Infolge ihrer Wirkungsweise (tatsächlich handelt es sich um Kraftsensoren, welche lediglich Beschleunigungswerte anzeigen) ist ihre Nutzung nur unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll. Selbst bei einfachen und gut kontrollierten Bewegungen (z. B. Faden- oder Federpendel) können Messwerte u. U. nicht sinnvoll interpretiert werden, was anhand bereits veröffentlichter Experimente aufgezeigt wird. Der Smartphone-Einsatz ist "chic" und lernpsychologisch gut legitimiert (Situiertes Lernen), fachdidaktische Aspekte dürfen bei seiner Bewertung jedoch nicht unberücksichtigt bleiben
Neue Ausdrucksformen für die Physikdidaktik: Das Potential von 3D-Druckern für den Physikunterricht
Get PDFDas Ausdrucken von Textdokumenten mit Laser- oder Tintenstrahldruckern erscheint heute so selbstverständlich, dass die zugrundeliegende Technik kaum mehr hinterfragt wird. Zeitgleich mit dem Aufkommen der ersten Laserdrucker in den 1970iger Jahren wurden auch erste Versuche unternommen, dreidimensionale Objekte zu drucken, wobei neben der anspruchsvollen Technik auch Patente den Fortschritt auf diesem Gebiet etwas verlangsamten. Heute stehen 3D-Drucker allerdings an der Schwelle zur Alltagstechnologie, und es ist zu erwarten, dass in absehbarer Zeit das Ausdrucken dreidimensionaler Objekte für bestimmte Anwendungen zur Selbstverständlichkeit wird. In England ist der Umgang mit 3D-Drucken bereits Teil des offiziellen Schul-Curriculums, auch in den USA, China und Japan wird der Einsatz dieser Technik auch für die Ausbildung stark gefördert. In diesem Beitrag diskutieren wir den möglichen Einsatz von 3D-Druckern speziell im Physikunterricht anhand ausgewählter Beispiele
Physik als Teil des interdisziplinären K.Ö.L.N.-Projektes
Get PDFDas K.Ö.L.N.-Projekt (Kreatives.Ökologisches.Lernen für Nachhaltigkeit.) hat das Ziel Schüler(innen) das komplexe Thema Stadtklima am Beispiel der Stadt Köln näher zu bringen. Dies geschieht durch ein fächerübergreifendes Basismodul im ZdI-Schülerlabor der Universität zu Köln und, weiterführend, in einer Unterrichtsreihe an der Schule. Durch das Prä-Posttest-Design der Studie, werden der Wissensstand, -zuwachs und die Motivation der Schüler(innen) an bestimmten Punkten im Verlaufe des Projekts überprüft. Weitere Daten werden durch qualitative Methoden erhoben und analysiert. Legt man den Fokus auf die 6 Experimente des fächerübergreifenden Basismoduls und deren physikalischen Anteile, kann man das Begreifen der physikalischen Aspekte und Prozesse bei den Schüler(innen) betrachten. Die Chancen und Grenzen zur Einbindung des Fachs Physik in einem interdisziplinären Projekt werden aufgezeigt. Durch die Tests und eine Durchsicht der von den Schüler(innen) beim Experimentieren bearbeiteten Arbeitsblätter kann auch die Umsetzung des Wissens und ebenso die Anwendung desselben beim Experimentieren nachvollzogen werden. Die Optimierung einer Unterrichtsreihe zum Stadtklima ist eines der Ziele der Studie. Fragestellungen hierzu sind: Wie sollte die Nachbereitung solcher Inhalte im Unterricht aussehen? Und wo bietet sich eine horizontale Vernetzung zu anderen Fachinhalten und Fächern an
Physiklehrerausbildung in Deutschland - Ergebnisse einer Umfrage
Get PDFIm Jahr 2012 wurde im Rahmen einer von Ingolf Hertel und Siegfried Großmann initiierten DPG-Studie zur Lehrerausbildung eine Fragebogenerhebung zum gegenwärtigen Stand der Physiklehrerausbildung an den lehrerausbildenden Hochschulen in Deutschland durchgeführt. Gegenstand der Erhebung war neben der personellen Ausstattung vor allem die Frage der strukturellen und inhaltlichen Ausgestaltung des Studiums. Die Daten zeigen dass die Unterschiede im gymnasialen Lehramt deutlich geringer sind als im nicht-gymnasialen Lehramt, aber dennoch beachtlich sind: Der Beitrag gibt einen ersten Überblick über zentrale Ergebnisse. Eine Veröffentlichung der Gesamtauswertung ist für November 2014 vorgesehen
Hör mal – die Elektronendichte! Didaktische Erschließung eines geo/astrophysikalischen Parameters durch Messung mit einfachen Mitteln, Elementarisierung der Hintergrundtheorie und Lernaufgaben
Get PDFHätten wir Antennen statt Ohren, so wären wir von einem allgegenwärtigen und immerwährenden Konzert im VLF-Bereich (Very Low Frequency) umgeben, mit "Instrumenten", die von der globalen Gewitteraktivität sowie vom Sonnenwind gespielt werden und von deren Signalen aller Art: z. B. Knistern (Sferics), eine Art Vogelgezwitscher (Tweeks) oder in der Frequenz abfallende Pfeiftöne (Whistlers); siehe [1] für faszinierende Hörbeispiele. Im vorliegenden Artikel wird vorgestellt, wie diese Höreindrücke (i) empfangen und (ii) zur Abschätzung eines mikroskopischen sowie geo/astro-physikalischen Parameters – nämlich zur Bestimmung der Elektronendichte im erdnahen Weltraum – genutzt werden können. Die benötigte Hintergrundtheorie ist für Schule und Lehrerbildung im Allgemeinen zu komplex, weshalb (iii) außerdem ein Zugang entwickelt wurde, der es Lernenden erlaubt, ohne jegliche Vorkenntnisse aus dem Bereich der Magnetohydrodynamik (z. B. Begriffe wie Plasma- oder Gyrationsfrequenz) und allein unter Nutzung von Schulmathematik, die notwendige Berechnungsgleichung (von einem Faktor der Größenordnung 1 abgesehen) zu erschließen.Darüber hinaus werden eine Reihe weiterer Phänomene des VLF-Bereichs sowie geophysikalische Abschätzungen (z. B. der Ionosphärenhöhe und der Feldlinienlänge) vorgestellt, die in Form von Aufgabenstellungen mit ausführlichen Lösungen präsentiert werden.Es wird somit in mehreren konkreten Fragestellungen gezeigt, wie zunächst sehr schwer zugänglich erscheinende Größen, weil sie u. a. die atomare Größenskala (Elektronendichte) und tausende von Kilometern entfernte Ereignisse (obere Atmosphäre, erdnaher Weltraum) betreffen, mit einfachen experimentellen und mathematischen Mitteln "vom Boden aus" (in doppeltem Sinne) bestimmt werden können. Damit bietet das Thema ein Beispiel für Grundformen naturwissenschaftlichen Arbeitens (indirekte Messung, Näherungen u. a. m.) anhand eines Gegenstandes der modernen Physik (ab ca. 1950), der von Schülerinnen und Schülern eigenständig untersucht werden kann
Können IBE experimentelle Fertigkeiten vermitteln? - Entwicklung eines prozessorientierten Analyseinstrumentes -
Get PDFFür eine Interventionsstudie zur Lernwirksamkeit von interaktiven Bildschirmexperimenten bei der Vermittlung experimenteller Fertigkeiten am Beispiel des Versuchs Photoeffekt wird ein Erhebungsinstrument benötigt, mit dessen Hilfe der Prozess des Aufbaus eines optischen Experiments erfasst werden kann. Dabei wird unter dem Aufbau eines optischen Experiments die Anordnung und Justage der optischen Bauelemente verstanden. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass der Entstehungsprozess von Versuchsberichten als produktorientiertes Ergebnis eines physikalischen Versuchs mit Smartpens dokumentiert werden kann. Allerdings wird der Prozess der Justage der Bauelemente bisher nur über die akustische Aufzeichnung der Probandengespräche und damit nur lückenhaft zugänglich. Als Ergänzung zum herkömmlichen Versuchsbericht wurden daher auf die Nutzung von Smartpens abgestimmte, vorstrukturierte Verlaufsprotokolle entwickelt, die typische Abläufe während des Aufbau- und Justageprozesses aus Probandenperspektive dokumentieren sollen. Zudem wird ein objektseitiges Erhebungsinstrument zur Aufzeichnung der prozeduralen Objektdaten der optischen Bauelemente (Position und Einstellung als Funktion der Zeit) entwickelt. In diesem Artikel werden der theoretische Hintergrund der Untersuchungen, die Verortung bei anderen Modellen experimenteller Fertigkeit, das Design der Erhebungsinstrumente sowie exemplarisch erste Ergebnisse der Analyse von Verlaufsprotokollen (N=71) präsentiert