PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Schülervorstellungen zu Wellen - Konzeptwechsel mit Hilfe des hypothesengeleiteten Experimentierens
Get PDFDer Wellenbegriff ist in der Physik, insbesondere der Schulphysik, von zentraler Bedeutung. Er findet sich sowohl in der Mechanik, Akustik, Optik, Elektrik als auch der Quantenmechanik wieder.In einer qualitativen Studie wurden Schülerinnen und Schüler mit Hilfe halbstrukturierter Interviews und offener Fragebögen zu Wellenphänomenen wie etwa Ausbreitungsgeschwindigkeit, Überlagerung und Dämpfung befragt. Es zeigten sich typische Muster in den Antworten der Schüler, die mit den von DiSessa formulierten „Primitives“ wie „Working harder“, „Dying away“, oder „Actuating Agency“ vereinbar sind. Zusätzlich ist erkennbar, dass Schülerinnen und Schüler sich mechanischer Denkmodelle analog dem newtonschen Korpuskelmodell bedienen, welche mit dem physikalischen Wellenmodell jedoch häufig nicht übereinstimmen.In einer Lerneinheit wird dazu ein an einem konstruktivistischen Lernzyklus angelegter Lernprozess durchlaufen. Im Fokus des Lernprozesses steht das hypothesengeleitete Experimentieren. Mit Hilfe von qualitativen und quantitativen Methoden wird erhoben wie weit die Lernenden den Konzeptwechsel zum physikalisch richtigen Wellenmodell ansteuern oder erreichen. Die Forschungsmethoden, insbesondere Videoprotokolle und Interviews, sollen den Verlauf und die Interaktionen dokumentieren und Ursache/Wirkungszusammenhänge aufklären
Experimente zur Geo- und Umweltphysik im zdi- Schülerlabor der Universität Siegen
Get PDFDie zahlreichen Schülerlabore in Deutschland verfolgen das Ziel, das Interesse der Schüler an den MINT-Fächern zu wecken und zu fördern. Das Bestreben all jener Schülerlabore, die von den Fachdidaktiken betreut werden, sollte es sein, das Interesse von Lernenden in besonderer Weise zu berücksichtigen. Um dies zu gewährleisten sollte das Personal des Labors bei der Entwicklung der experimentellen Angebote den Kenntnisstand der aktuellen Interessensforschung beachten und die Besucher regelmäßig im Hinblick auf ihre Interessen befragen. Im Schülerlabor der Universität Siegen haben wir dabei die Erfahrung gewonnen, dass neben den in der Literatur mehrfach erwähnten Themen, wie Medizin und Astronomie, auch Umwelt- und Geophysik den Kindern und Jugendlichen Spaß und Freude bereiten. Einige Modelle und Versuche, wie etwa zum Thema Plattentektonik oder Gezeiten, wurden für den Einsatz im Schülerlabor bereits entwickelt und erprobt. Die Rückmeldungen seitens der Kinder und Lehrer bestätigen die in der Befragung festgestellte positive Einstellung zu geo- und umweltphysikalischen Themen und geben Anlass weitere Experimente und Modelle zu entwickeln und im Labor einzusetzen
Eine Unterrichtseinheit zur vereinheitlichten Darstellung der elektromagnetischen Induktion in der Sekundarstufe II
Get PDFDie elektromagnetische Induktion ist ein wichtiger Bereich sowohl in der Schule als auch im Alltag der Schülerinnen und Schüler. Allerdings zeigt sich immer wieder, dass sie ein ausgesprochen schwieriger Lerngegenstand ist. Schülerinnen und Schüler erwerben häufig bruchstückartiges oder inkonsistentes Wissen im Zusammenhang mit der elektromagnetischen Induktion. Dies belegen unter anderem Studien von Maloney, Saglam und Thong [2, 3, 4], sowie eigene Erhebungen.Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wurde ein Unterrichtskonzept ausgearbeitet, dass durch seinen Aufbau die Schülerinnen und Schüler im Lernprozess unterstützen soll. In diesem Konzept stellt der magnetische Fluss die Basis für die darauf aufbauende einheitliche Erklärungssequenz dar. Die Werte und die Änderungen des magnetischen Flusses werden in diesem Ansatz durch Zählen von Feldlinien ermittelt, um so einen möglichst einfachen Zugang zu eröffnen.Die Entwicklung dieser Unterrichtseinheit folgt der didaktischen Rekonstruktion. Es wurde an vielen Entwicklungsschritten eng mit Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II zusammengearbeitet
Messung des Fachwissens von Physikstudenten
Get PDFPhysikalisches Fachwissen spielt eine grundlegende Rolle in der Ausbildung von Physiklehrkräften, Fach-Physikern und Studierenden weiterer Fächer. Gleichzeitig zeigen frühere Studien ernsthafte Probleme bei der universitären Wissensvermittlung in diesem Bereich. Um angestrebte Maßnahmen zur Verbesserung dieser Situation evaluieren zu können, soll im vorgestellten DFG-Projekt ein präzises und differenziertes Testinstrument auf Hochschulebene erarbeitet werden, welches die Nutzung von Fachwissen und die Nutzung von Experimenten und Modellen zur Erkenntnisgewinnung abdeckt. Das dem Instrument zugrunde gelegte Strukturmodell fachlichen Wissens wird im Beitrag überblicksartig vorgestellt. Aus den Daten einer Pilotierungsstudie des erarbeiteten Tests können erste Hinweise auf Bedingungen für den Erwerb fachlichen Wissens im Physik-Studium, Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen verschiedenen Studiengängen und die weitere Verbesserung des Instruments gezogen werden
Determinismus-Vorstellungen bei Jugendlichen
Get PDFMit der Quantenphysik ist der klassische Determinismus in der Physik überwunden worden. Die Autoren gehen in ihrer Studie der Frage nach, in wie weit dieses Weltbild der Physik in die Gesellschaft gedrungen ist, insbesondere, ob Jugendliche in der Schule mit diesen neuen Perspektiven in Berührung kommen.Hier sollen zunächst kurz zwei Vorstudien vorgestellt werden. Demnach sind deterministische Vorstellungen bei Jugendlichen nicht für jeden Naturbereich gleichermaßen verbreitet. Der Makrokosmos ist nur für wenige Jugendliche determiniert, hier hat der Mensch einen wichtigen Einfluss, während der Mesokosmos für die meisten Jugendlichen streng determiniert ist, bis auf die klassischen Zufallsexperimente. Im Mikrokosmos kommen wieder vermehrt indeterministische Denkweisen ins Spiel.Mit Hilfe eines Fragebogens mit fünfwertiger Rating-Skala soll eine Faktorenanalyse erstellt werden, die es erlaubt, genauere Aussagen zu den Vorstellungen Jugendlicher zum Thema Determinismus zu machen
Verbesserung der Studiensituation für Studienanfaenger
Get PDFDie Zahl der Studienanfänger in den Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften ist in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen. Weitgehend stagniert hat dagegen die Zahl der betreuenden Professo-ren und Hochschulangehörigen. Hohe Abbrecherquoten in diesen Studiengängen sind seit langem üblich und neben den hohen fachlichen Leistungsanforderungen auch auf Schwierigkeiten beim Übergang von der Schulsituation auf die veränderten Randbedingungen beim Studium zurück zu führen. Abhilfe durch starke Vermehrung des wissenschaftlichen Personals ist nicht zu erwarten. Zur Unterstützung und Ver-besserung der Lernsituation besonders für Studienanfänger bietet sich die Entwicklung von Studienunter-stützungen und Studienanleitungen durch Leitprogramme an, die das Studium von einführenden Stan-dardlehrbüchern unterstützen. In der Form des e-learnings ist deren allgemeine Nutzung möglich. Die Methodik der Leitprogramme ist für den Sonderfall „Mathematik für Physiker“ erfolgreich und wirksam seit 1975 und kann auch auf andere Themen und Fachgebiete übertragen werden
Was man vom einzelnen Qubit über Quantenphysik lernen kann
Get PDFIn diesem Artikel wird ein Zugang zur Quantenphysik vorgestellt, der auf dem einfachsten möglichen Quantensystem basiert - dem Qubit. Dabei wird demonstriert, wie viele der zentralen Prinzipien der Quantenphysik – insbesondere das Überlagerungsprinzip, das stochastische Verhalten, die Zustandsänderung bei Messungen, sowie die Heisenberg’sche Unschärfe-relation, mit Hilfe von Bildern und einfacher Mathematik den Schülern zugänglich gemacht werden können. Großer Wert wird dabei auf die Entwicklung von Visualisierungen gelegt, wobei neben den abstrakten Eigenschaften eines Qubits auch verschiedene physikalische Realisierungen des Qubits im Detail vorgestellt werden. Abschließend werden noch Anwendungen der vorgestellten Prinzipien, insbesondere im Bereich der Quantenkryptographie, diskutiert.
Energiemanager an der Schule. Ein jahrgangsstufenübergreifendes Langzeitprojekt zum Thema Klimawandel
Get PDFAn meiner Schule kümmern sich pro Klasse zwei Schülerinnen oder Schüler um das ThemaEnergie. Richtiges Lüften und ausreichende Beleuchtung sind dabei wichtige Aspekte, die einenWeg aufzeigen, wie eigenes Handeln in die komplexe Problematik des Klimawandels eingeordnetwerden kann. Die Schüler werden altersgerecht an ihre Aufgaben herangeführt und liefern detektivischeArbeit beim Aufspüren von Standby-Geräten oder überheizten Klassenzimmern. Einschulweit organisierter Stromspartag wird detailliert ausgewertet und zeigt bis zu 20 Prozent Reduktionspotential.In einer Solarwerkstatt können solarbetriebene Geräte gebaut oder auch Kennlinienvon Solarzellen gemessen werden. So wird Schule zum Lernort an dem das Thema Energiean vielen Stellen und in vielen Situationen präsent ist
Quanten-Computing und Geometrische Algebra
Get PDFDie Quantenmechanik zeigt ungewohnte und mitunter bizarre Phänomene, die auch in ihrer technischen Umsetzung dem Alltagsverständnis nur schwer zugänglich sind. Umso wichtiger ist es, den strukturellen Rahmen und die mathematische Sprache, in der diese neuen Phänomene eingeordnet und beschrieben werden, an Bekanntes anzulehnen.In einer Herangehensweise, in der die mathematische Modellierung physikalischer Sachverhalte bereits in der klassischen Physik auf der Geometrischen Algebra aufbaut, kann die konzeptionelle Beschreibung der Quantenmechanik erleichtert werden, da die von David Hestenes didaktisch aufbearbeitete Geometrische Algebra aufgrund ihrer inneren Struktur als inhärente Algebra der Quantenmechanik verstanden werden kann.In diesem Beitrag wird gezeigt, wie mit Hilfe der Geometrischen Algebra das Quanten-Computing als ein typisches quantenmechanisches Phänomen beschrieben werden kann. Dabei steht nicht ein abstrakt statistischer Zugang im Zentrum dieses didaktischen Ansatzes, sondern die elementare Frage ’Was ist ein Zustand in der Quantenmechanik?’
Physik auf der Bühne
Get PDFDie Vermittlung von physikalischem Wissen und die Anregung zu physikalischem Denken durch interaktive Inszenierungen auf einer Bühne ist eine Unterrichtsmethode, die noch sehr selten an Schulen stattfindet. Die Veranstaltung, über die berichtet wird, fand zwar im Rahmen des Kinderprogramms der "Langen Nacht der Wissenschaften" in der Region Nürnberg-Fürth-Erlangen am 22. Oktober 2011 in der Aula der Erziehungswissenschaftlichen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg statt, sie könnte jedoch in dieser Art auf jeder Schulbühne mit Lehrern und Schülern durchgeführt werden