PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Die Energiewende aus fachdidaktischer Sicht
Get PDFAlle Formen der sogenannten regenerativen Energien werden hauptsächlich unter technischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Aspekten betrachtet. Fachleute führen eine detailverliebte Diskussion, die Bevölkerung steht entweder abseits oder fühlt sich getäuscht. Zu voreilig hat man regenerative Energien als umweltfreundlich bezeichnet oder sie als effektives Allheilmittel für den immer weiter steigenden Energiebedarf der Menschheit stilisiert.Wir erleben in Deutschland gerade, wie sich viele Menschen von der an sich alternativlosen Nutzung regenerativer Energien abwenden, weil sie überrascht von den Konsequenzen der sogenannten Energiewende sind. Doch viele dieser Konsequenzen liegen auf der Hand. Man kann sie im Prinzip schon auf der Basis elementarer Naturgesetze erkennen. Wir haben die didaktische Aufgabe dies zu verdeutlichen, denn ohne die Einbeziehung des bewussten Handelns sehr vieler Individuen wird die Zivilisation in einen „energetischen Abgrund“ laufen. Auch eine elementarisierte Diskussion kann herausarbeiten:Der Flächenbedarf für die Gewinnung regenerativer Energien ist bei Wind- und Wasserkraft enorm. In Ländern, in denen kaum freie Flächen zur Verfügung stehen, kommt es zwangsläufig zur Flächenkonkurrenz mit anderen zivilisatorischen Nutzungsvarianten. In dicht besiedelten Ländern ist die Solarenergie eine Alternative im Bereich der regenerativen Energieformen
Wie bleibt man bei Regen am trockensten?
Get PDFDie Frage, ob man bei Regen lieber langsam gehen oder schnell laufen sollte, um möglichst trocken zu bleiben, ist schon in vielen theoretischen und praktischen Arbeiten behandelt worden. Interessanterweise haben selbst kleine Änderungen in der mathematischen Modellierung des Problems oft signifikante Auswirkungen auf die Ergebnisse, die sich nicht nur quantitativ, sondern auch qualitativ ändern können. Der Artikel gibt einen Überblick über bisherige Experimente und Berechnungen sowie über die Unterschiede in den verschiedenen theoretischen Modellen.Mit dieser einfachen Fragestellung, die aber stark von den physikalischen Parametern der Rechnung abhängt, können Schüler und Studierende selbst anhand geometrischer Überlegungen eigene Formeln entwickeln und überprüfen, wie stabil das Ergebnis, das sich leicht beispielsweise mittels Microsoft Excel darstellen lässt, gegenüber welchen Veränderungen der physikalischen und geometrischen Randbedingungen ist
Entwicklung eines Low-Cost-USB-Datenloggers zur Nachbereitung naturwissenschaftlicher Praktika
Get PDFAuf Grundlage eines Mikrocontrollers wurde ein USB-Datenlogger entwickelt, der es auf ein-fachste Weise ermöglicht, Messdaten aus Praktikumsversuchen auf einem USB-Stick mit in die Nachbereitung zu nehmen. Dafür sind weder Rechner im Praktikum noch teure Interface-Systeme und die zugehörige Software nötig. Praktikumsversuche sind in er Regel ‚Interventionen’, bei de-nen das Experiment im Fokus steht. Um eine Langzeitwirkung zu erzielen, werden Praktika so-wohl ausführlich vor- als auch nachbereitet. Als Erweiterung bisher bekannter Interaktiver Bild-schirmexperimente (IBE) wurde nun eine Möglichkeit geschaffen, die im Praktikum aufgenom-menen Messdaten mitzunehmen und in entsprechende IBE einzubinden. So kann das Experiment – genau wie es im Praktikum abgelaufen ist – auf dem Bildschirm wiederholt bzw. nachvollzogen werden. Außerdem können die Messdaten zur Auswertung in Heimarbeit mit entsprechenden Pro-grammen genutzt werden.Im Rahmen dieses Beitrags soll der entwickelte USB-Datenlogger vorgestellt und an einem Bei-spielexperiment die Einbindung der Messdaten in ein IBE illustriert werden
Bewegung im Gravitationsfeld in der Allgemeinen Relativitätstheorie - Ein neuer Zugang auf Schulniveau
Get PDFIn der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die Bahn eines freifallenden Teilchens als Geodäte beschrieben, d.h. alsgeradestmögliche Linie in einer gekrümmten Raumzeit.Wir haben geometrische Methoden entwickelt, mit denen eine gekrümmteRaumzeit anschaulich dargestellt werden kann und mit denen Bahnenfreier Teilchen als Geraden in einer gekrümmten Raumzeit konstruiertwerden können. Dieser Zugang zur Allgemeinen Relativitätstheoriebasiert auf dem Regge Calculus, einer Methode zur Lösung derEinsteinschen Feldgleichungen und resultiert in einerkoordinatenfreien, nur auf messbaren Abständen beruhenden Beschreibungder Raumzeit.Voraussetzungen sind lediglich Grundlagen der SpeziellenRelativitätstheorie, so dass dieser Zugang in der Oberstufeeinsetzbar ist
Erde, Mond und G
Get PDFUnter Verwendung einiger Beobachtungstatsachen, die nicht weit von der Alltagsanschauung entfernt sind und im günstigsten Fall von SchülerInnen selbst gewonnen werden können, sowie zweier einfacher Folgerungen aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz (mit als unbekannt angenommenem Wert der Gravitationskonstante) lassen sich die Radien von Erde und Mond sowie die Erde-Mond-Entfernung und das Produkt aus Erdmasse und Gravitationskonstante erschließen. Auf dieser Basis kann in der Folge auch eine physikalisch motivierte Abschätzung für die Größenordnungen von Erdmasse und die Gravitationskonstante angeben werden. Der Text skizziert – als Angebot für den Unterricht in der Sekundarstufe II – eine Argumentationslinie, die SchülerInnen die Möglichkeit gibt, Fragen nach den Dimensionen des Erde-Mond-Systems und der Stärke der zwischen Himmelskörpern wirkenden Schwerkraft unter Einsatz physikalischer Arbeitsweisen weitgehend selbst zu beantworten, ohne dabei auf aufwändige parallaktische Beobachtungsmethoden angewiesen zu sein
Ein adressatenspezifisches Physikpraktikum für Ernährungswissenschaften - Didaktische Rekonstruktion und Evaluation
Get PDFAn der Fakultät für Physik der Universität Wien wurde in den Jahren 2008 bis 2010 ein neues Praktikumskonzept zu Physik für Ernährungswissenschaften mittels didaktischer Rekonstruktion entwickelt, implementiert und umfangreich evaluiert. Es ist adressatenspezifisch gestaltet, stützt sich auf sinnstiftende Kontexte aus Profession und Wissenschaft des Faches Ernährungswissenschaften und folgt dem konstruktivistischen Design für Hochschulpraktika. Motivation, Anstrengungsbereitschaft, Tiefenstrategien des Lernens sowie verbesserte allgemeine Assoziationen zum Fach Physik und das Erkennen der Relevanz für das Studium sowie der Lernerfolg wurden in einem Testgruppendesign untersucht. Es stellte sich dabei heraus, dass die lernförderlichen Inputparameter im neuen wie im alten Praktikumssetup hoch sind. Jedoch entscheidende Punkte wie Lernerfolg, Relevanz oder Einstellungen der Studierenden,auch auf Ebene der einzelnen Lernstrategien, sprechen für diesen betriebenen Aufwand, Nebenfachstudierenden ein derartiges angepasstes Praktikum zu bieten
„Ich kleb’ dir eine“ Experimentelle Untersuchung von adhäsiven Haftpads
Get PDFDer Beitrag beschreibt, wie ein Haftpad (auch bekannt als Anti-Rutsch-Pad oder Klebepad) in Bezug auf seine Haftkraft sowie die Mechanismen seiner Haftung untersucht werden kann. Dabei werden verschiedener Experimente und (Rasterkraft-) mikroskopische Untersuchungen vorgestellt. Es zeigt sich, dass eine experimentelle Bestimmung der Haftkraft schwierig ist, da sie von sehr vielen Parametern abhängt. Die Messunsicherheiten sind daher groß. Die maximale Haftkraft liegt im Bereich von 20 N/cm² (Plexiglas) bzw. 10 N/cm² (Aluminium). Die Untersuchungen legen den Schluss nahe, dass für die Haftung einerseits der Luftdruck und andererseits die van-der-Waals-Kräfte ursächlich sind und beide in vergleichbarer Größenordnung liegen.
Über die experimentellen Erkenntnisse hinausgehend wird auch eine mögliche Eignung des Haftpads als Thema für den Physikunterricht diskutiert. Dafür spricht, dass das Thema authentisch und anspruchsvoll ist und Raum für unterschiedliche Lösungswege bietet. Bei der unterrichtlichen Umsetzungen sollten aber die großen Messunsicherheiten und die Schwierigkeit eines stabilen experimentellen Aufbaus mit bedacht werden
Didaktische Konzeption eines Lehrbuches zur Geometrischen Algebra
Get PDFMit Hilfe der Geometrischen Algebra können physikalische Sachverhalte strukturell übersichtlich und konzeptuell anschaulich dargestellt und verstanden werden. Dabei gelingt insbesondere die Verknüpfung algebraischer und geometrischer Sichtweisen in einer didaktisch überzeugenden Weise. Deshalb verstehen Naturwissenschaftler und Naturwissenschaftsdidaktiker wie David Hestenes, auf den die Formulierung der modernen Geometrischen Algebra zurückgeht, diese als universelle mathematische Sprache der Naturwissenschaften.Aus diesem Grund sollte die Aufarbeitung der Geometrischen Algebra für den schulischen und hochschulischen Bereich ein vordringliches Ziel der Physik- und Mathematikdidaktiken sein. Zu diesem Zweck wird die didaktische Konzeption eines Lehrbuchansatzes vorgestellt, der eine variable Schwerpunktsetzung zulässt. Zum einen ist ein algebraischer Einstieg über die Pauli-Matrizen möglich. Zum anderen kann dieser Themenbereich unter Vernachlässigung von Matrizendarstellungen geometrisch erschlossen werden.Die Umsetzung dieses Ansatzes in Form eines Lehrbuchs wird vorgestellt und diskutiert. Dieses Buch, das vorrangig für den Hochschulbereich konzipiert wurde, ist seit Kurzem unter www.bookboon.com/de erhältlich und kann dort kostenlos heruntergeladen werden.
Integration von Biologie, Chemie und Physik in der universitären Lehrerausbildung
Get PDFIm Rahmen des Modellversuchs Naturwissenschaft und Technik (NWT) werden an der Universität Regensburg Grund- und Haupt- bzw. Mittelschullehrerinnen und -lehrer naturwissenschaftlich integriert ausgebildet. Das neue Studienfach stellt das Äquivalent zu den Fächerverbünden der bayerischen Bildungspläne dar. Nach der erfolgreichen externen Begutachtung im Wintersemester 2011/12 wurde inzwischen die dauerhafte Etablierung von NWT bei den zuständigen Ministerien beantragt.Leitlinien des NWT-Konzepts sind die eng verzahnte Erarbeitung von fachwissenschaftlichen und fachdidaktischen Inhalten mit Fokus auf Schule und Unterricht sowie der Handlungs- und Anwendungsbezug als zentrale didaktische Grundlagen. Darüber hinaus soll bei den Studierenden ein forschender Habitus durch eigenes empirisches Arbeiten im Rahmen von Seminaren mit Schulklassen im NWT-Lernlabor entwickelt werden.Im Beitrag werden das Konzept des Modellversuchs und der Seminare mit Schulklassen sowie ausgewählte qualitative und quantitative Daten der wissenschaftlichen Begleituntersuchungen präsentiert
Blindengerechte Zugänge zur Astronomie
Get PDFDer Beitrag zeigt einige Zugänge, um astronomische Inhalte einer Zielgruppe von blinden oder sehbehinderten Lernenden zu vermitteln. Dabei soll der Fokus insbesondere auch auf Wahrnehmungskanälen liegen, die den Tastsinn ergänzen können. Inhaltlich reicht das zu erschließende Spektrum von grundlegenden astrophysikalischen Zusammenhängen in Form von tastbaren Hauptreihensternen, bis hin zur Unterscheidung von scheinbaren und wahren Anordnungen von Himmelskörpern im Raum. Weiterhin sind die Sonnenflecken als bekannte Erscheinung der Sonnenak-tivität in einem Modell umgesetzt. Zuletzt wird ein Instrument vorgestellt, welches einfache astronomische Beobachtungen zur scheinbaren Bewegung der Sonne – auch für vollständig erblindete Personen – ermöglicht