PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Symmetrien in der Tasse - Akustische Alltagsphänomene-
Get PDFWird der Rand einer Tasse mit einem Löffel angeschlagen, so hängt der Klang stark von der Position des Anschlags ab. Das Phänomen ist in groben Zügen schnell erklärt, eine genauere Analyse ist jedoch lohnenswert, weil sie noch ungeklärte Fragen offenbart. In diesem Beitrag werden Spektralanalysen der Klänge durch High-Speed- und Holographieaufnahmen ergänzt, um ein tieferes Verständnis des Schwingungsspektrums zu gewährleisten. Das Beispiel der klingenden Tasse öffnet die Perspektive auf akustische Alltagsphänomene, die neben optischen Alltagsphänomenen als ein weiteres didaktisches Themenfeld für kontextorientierten Physikunterricht nutzbar gemacht werden können
Passivhaus-Modelle
Get PDFEin Passiv-Haus basiert auf einer effektiven Nutzung interner Wärmequellen, wie der Abwärme durch Bewohner und Haushaltsgeräte, sowie der solaren Wärmegewinne, bei zugleich stark reduzierten Transmissionsverlusten. Die Heizung kann somit auf ein Minimum reduziert werden. Mit einem einfachen Modell aus dem weitverbreiteten Styropor und Fermacell wird schüleradäquat das Prinzip der Wärmetransmission veranschaulicht. Mit Hilfe der Simulationssoftware Stella wird die Wärme\-trans\-mission mit zeitabhängiger Heizung simuliert. Die graphische Benutzeroberfläche ermöglicht Schülern, auch ohne detaillierte Kenntnis der mathematischen Grundlagen, komplizierte Phänomene zu analysieren und umzusetzen. Der Vergleich der Simulation und der Ergebnisse der experimentellen Untersuchung des Modellhauses zeigte eine sehr gute Übereinstimmung.Die verringerten Temperaturschwankungen, wie sie auch am Modell belegt werden konnten, und der damit verbundene Komfortgewinn sind neben dem geringeren Energieaufwand wichtige Merkmale des Passiv-Hauses
Schüler- und Lehrerexperimente im Optikeingangsunterricht an Gymnasien
Get PDFDas in diesem Artikel vorgestellte Forschungsprojekt geht für den Physikunterricht der Frage nach, ob Unterschiede im Hinblick auf den Fachwissenszuwachs bei Schülerinnen und Schülern nachweisbar sind, wenn von diesen entweder Schülerexperimente durchgeführt werden oder Lehrerexperimente beobachtet werden. Mit ihrem physikalischen Inhalt fokussiert die Studie auf den Eingangsoptikunterricht der 7. Klasse an Gymnasien. Die untersuchten Experimente dieser Schulphase haben im überwiegenden Maße die Funktion, Phänomene darzustellen oder physikalische Konzepte zu veranschaulichen. Geprüft werden soll, ob das Schülerexperiment im üblichen Physikunterricht zu den oft erhofften Vorteilen im Fachwissenszuwachs führt. Da die Vermutung besteht,dass nicht die eine oder andere Methode per se besser ist, wird der Wissenszuwachs mittels Aufgaben unterschiedlicher Komplexität (die sich grob in Fakten-, Zusammenhangs- und konzeptuelles Wissen unterscheidet) gemessen und überprüft, ob sich unterschiedlich stark ausgeprägtes Wissen auf den Komplexitätsstufen durch die Unterrichtsmethode erklären lässt. Für die verschiedenen Inhaltsbereiche – in unserem Fall die geometrische Optik – gibt es nicht dasSchülerexperiment oder das Lehrerexperiment an sich. Der Entscheidung für eine Verwendung ausgesuchter Experimente und deren Umsetzung als Schüler- oder Lehrerexperiment in der Studie liegen vier Kriterien zu Grunde. Neben der Vorstellung des Studiendesigns wird das Ergebnis dieses Entscheidungsprozesses im Artikel dargelegt
Fit in Physik - Die Kniebeuge physikalisch betrachtet
Get PDFDie Analyse des Bewegungsablaufs bei der Kniebeuge knüpft derart unmittelbar an elementare Alltagserfahrungen an, dass mit einem großen Interesse von Seiten der Schüler zu rechnen ist. Im Beitrag wird erläutert, wie unter Zuhilfenahme von Controller und Balance Board der Nintendo Wii die während der Bewegung wirkenden Beschleunigungen und Drehmomente bestimmt werden können. Beispielhaft wird gezeigt, wie die dabei gewonnenen Daten unter Zuhilfenahme eines auch für die Mittelstufe geeigneten Elementarmodells dazu genutzt werden können, im Sinne eines Unterrichtens im Kontext entlang einfacher, lebensweltlicher Fragestellungen ein vertieftes qualitatives wie quantitatives Verständnis der auf den Körper wirkenden Beschleunigungen, Kräfte und Drehmomente zu motivieren. Review
Didaktische Funktionen des Lehrbuchs der Zukunft
Get PDFDie technologischen Potenziale aktueller mobiler Endgeräte wie integrierte Sensoren und Schnittstellen zur Messwerterfassung, die Möglichkeiten der Vernetzung über das Internet, sowie die Möglichkeiten über Interaktive Bildschirmexperimente (IBE) und Bildschirmlabore (IBL) naturwissenschaftliche Phänomene erfahrbar zu machen, geben Hinweise darauf, wie aktive Wissenskonstruktionen in der Auseinandersetzung mit Phänomenen in der Umwelt in Zukunft angeregt und unterstützt werden können. An der Schnittstelle zwischen physischer und virtueller Erfahrungswelt konstruieren Schülerinnen und Schüler ihr persönliches Wissen, werden zu Autoren und Gestaltern ihres eigenen personalisierten Schulbuchs und nutzen die breite Vielfalt von online verfügbaren Medien-Modulen, Materialien und Informationen. Nach ersten Validierungsgesprächen in den Bereichen Schule und Hochschule kristallisieren sich drei zentrale didaktische Funktionen heraus, die bei der Nutzung eines "Technology Enhanced Textbook" (TET) für Lernende und Lehrende einen Mehrwert darstellen können. Dazu gehören: das Lehrbuch als Sammlungsort für die personalisierte Externalisierung von Wissen (Portfoliofunktion für Schüler und Lehrer), das Lehrbuch als Experimentierkasten zur Erfahrbarmachung von Phänomenen in der Umwelt, sowie das Lehrbuch als Schnittstelle für Kommunikation und Austausch
Eine andere Geometrische Algebra
Get PDFDie Geometrische Algebra erweist sich als wirkungsvolles und gleichzeitig einfaches mathematisches Instrument, räumliche und raumzeitliche Beziehungen und Transformationen zu modellieren. Dabei werden die (2x2)-Matrizen der Pauli-Algebra bzw. die (4x4)-Matrizen der Dirac-Algebra als Basiselemente aufgefasst, deren Koordinaten- und Operatorcharakter didaktisch und strukturell in Beziehung gesetzt werden. In schulischen und hochschulischen Lernsituationen hat sich diese auf Graßmann zurückgehende Geometrische Algebra bewährt.Doch welche geometrische Bedeutung kann (3x3)-Matrizen zugeordnet werden? Auch hier zeigt sich, dass bei einer geeigneten Wahl dieser Matrizen diese als Basisvektoren bzw. Basisreflexionen gedeutet und didaktisch genutzt werden können.Die Eigenheiten dieser (3x3)-Matrizenalgebra werden vorgestellt und in Beziehung zu der von David Hestenes geschaffenen Didaktik der Geometrischen Algebra gesetzt. Dabei eröffnet diese andere Geometrische Algebra nicht nur didaktisch alternative Zugänge, sondern auch neue erkenntnistheoretische Sichtweisen auf die Verknüpfung von mathematischer Modellierung und struktureller Fundierung unserer physikalischen Welt.
High Speed - slow motion: Experimente unter der (Zeit-)lupe
Get PDFHochgeschwindigkeitsaufnahmen physikalischer Phänomene erforderten früher sehr teures Equipment. Dank digitaler Kameratechnik wird es zunehmend erschwinglich. Im Folgenden wird ein Experiment beispielhaft beschrieben sowie eine Literaturübersicht gegeben
Mathematische Bereiche in Leistungskursklausuren
Get PDFDie Einheitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Physik verlangen für Leistungskurse einen erhöhten Grad an Mathematisierung von Sachverhalten. Man kann die im Zusammenhang mit der Physik vorkommenden mathematischen Operationen nach den Bereichen Berechnen, Umformen, Umgang mit Funktionalen Zusammenhängen und Modellieren klassifizieren. Während die Bereiche Berechnen und Umformen Mathematische Routinetätigkeiten umfassen, benötigt man für die Mathematisierung physikalischer Sachverhalte Operationen, die in die Bereiche Umgang mit Funktionalen Zusammenhängen und Modellieren fallen. In der vorliegenden Untersuchung werden zentrale und dezentrale Leistungskursabituraufgaben der Bundesländer Baden-Württemberg, Nordrhein-Westfalen, Sachsen-Anhalt und Rheinland-Pfalz der Jahre 2006-2009 verglichen. Eine Schrittanalyse der Erwartungshorizonte zeigt, dass Mathematische Routinetätigkeiten in stärkerem Maße vorkommen als Tätigkeiten, die im Zusammenhang mit der Mathematisierung von Sachverhalten stehen
Die Wasserdichtigkeit von Textilien aus physikalischer Sicht
Get PDFGibt der Hersteller einer Regenjacke als Maß für deren Wasserdichtigkeit beispielsweise 4000mm Wassersäule an, so steht hinter dieser Druckangabe ein rein empirisch ermittelter Wasserdurch-gangswiderstand des Gewebes. Demgegenüber wird in diesem Artikel ein analytischer Zugang vorgestellt, der anhand eines stark vereinfachenden Modells erschließt, von welchen physikali-schen Größen dieser Grenzwert maßgeblich abhängt. In welchem Verhältnis die Prognosen dieses Modells zu Messungen der Wasserdruckbeständigkeit von realen Geweben stehen, wird im An-schluss diskutiert
HellGoLand: Ein Serious Game für den Einsatz im ZdI-Schülerlabor ”Unser Raumschiff Erde”
Get PDFIm Bereich des Computereinsatzes in der Schule bilden Serious Games seit einigen Jahren einen neuen Fokus der Forschung. In diesem Artikel wird eine Definition von Serious Games in Abgrenzung zu Lernspielen und Computersimulationen diskutiert. In Bezug auf den konkreten Physikunterricht werden die notwendigen Anforderungen auf didaktischer Ebene, sowie die aus der Anwendung von Serious Games erwachsenen Vorteile für den naturwissenschaftlichen Unterricht skizziert.Im Schülerlabor der Universität zu Köln wird bereits ein Serious Game eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Klimasimulation, innerhalb derer sich die Schüler die komplexen Zusammenhänge zwischen Treibhauseffekt, Vegetation, Sonneneinstrahlung und Erwärmung erarbeiten, die sie jeweils zuvor durch Realexperimente kennengelernt haben. Die gewonnenen Erkenntnisse aus dem ersten Einsatz und die daraus erwachsenen weiteren Überlegungen bilden den Abschluss des Artikels