PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)
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Zur Motivation beim naturwissenschaftlichen computerunterstützten Experimentieren
Get PDFFür Schülerinnen und Schüler scheint die wissenschaftliche Fragestellung, die durch ein Experiment beantwortet werden soll, von untergeordneter Bedeutung zu sein. Die Motivation zum Experimentieren resultiert vermutlich eher aus der Herausforderung, das Experiment erfolgreich durchzuführen - damit ist das Experiment hauptsächlich ein „Selbsttest” und weniger eine „Frage an die Natur“. Im Rahmen der hier vorgestellten Studie wollen wir diese Vermutung, die sich im Rahmen einer vorangehenden Untersuchung ergeben hat, überprüfen. Auch Computerspiele stellen eine beliebte Art des „sich selbst Testens” dar. Deshalb wollen wir ergänzend untersuchen, wie es sich auf die Motivation der Probandinnen und Probanden auswirkt, wenn Anleitungen zu naturwissenschaftlichen Experimenten ähnlichen Prinzipien gehorchen wie Anleitungen zu Computerspielen. In diesem Artikel werden die Ergebnisse der im Februar 2011 durchgeführten Pilot-studie vorgestellt
Wo wird das Bild einer unter Wasser liegenden Münze gesehen?
Get PDFEin Blick in Schul- und Lehrbücher der Optik zeigt, dass es unterschiedliche und oft auch fehlerhafte Darstellungen darüber gibt, wo das gehobene Bild eines unter Wasser liegenden Objekts gesehen wird. Physikalisch ergeben sich im Grenzfall einer punktförmigen Pupille zwei Bildpunkte desselben Objektpunkts: Das Bild ist astigmatisch. Während das sagittale Bild senkrecht über dem Objektpunkt gesehen wird, würde das meridionale Bild dem Beobachter gleichzeitig entgegen gerückt erscheinen. Dies steht im Widerspruch zu monokularen Beobachtungen, bei denen das gehobene Bild ausschließlich senkrecht über dem zugehörigen Objekt gesehen wird. Nach einer Diskussion verschiedener Darstellungen zum Thema wird ein Experiment vorgestellt, bei dem die Separation der Bildpunkte im Zentimeterbereich mit einem Mikroskop gelingt. Den Abschluss bildet eine Überlegung zur unterschiedlichen Helligkeit der Bilder
Möglichkeiten der Videoanalyse am Beispiel eines Praktikumsversuchs zur Mechanik
Get PDFIm Rahmen des Physikstudiums an der LMU München absolvieren Studierende ein zweisemestriges Grundpraktikum, das sich inhaltlich an der Experimentalphysik-Vorlesung orientiert, weshalb im 1. Semester die Mechanik behandelt wird.Im Rahmen einer Hausarbeit wurde ein Praktikumsversuch zur Mechanik überarbeitet. Zentraler Ansatz war dabei der Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera für die Videoanalyse der Bewegung einer Kugel auf einer schiefen Ebene und im freien, waagrechten Flug.Mit der Hochgeschwindigkeitskamera wird die Bewegung der Kugel im geradlinigen Teil einer Beschleunigungsapparatur und im freien Flug betrachtet. Die gewonnenen Videodateien werden mit einer speziellen Software analysiert und die Schwerpunktkoordinaten zusammen mit den dazugehörigen Aufnahmezeitpunkten extrahiert. Diese dienen den Studierenden als Grundlage für weitere Auswertungen mittels eines professionellen, wissenschaftlichen Analyseprogramms
Erfolgreicher Studieneinstieg in Physik - alles eine Frage der Motivation?
Get PDFBachelor- und Lehramtsstudierende sowie exmatrikulierte Studierende beider Studiengänge im Fach Physik wurden im Rahmen der ersten beiden Fachsemester im Hinblick auf eine Reihe relevanter Konstrukte für einen erfolgreichen Studieneinstieg in das Fach Physik modellgeleitet befragt. Die Befragung fand an zwei deutschen Universitäten statt. Die empirischen Befunde zeigen Folgendes: (1) Bereits zum Studienbeginn werden Unterschiede sowie zeitlich stabile entgegengesetzte motivationale Ausprägungen bei Bachelor- und Lehramtsstudierenden im Fach Physik ermittelt. (2) Bachelorstudierende wählen häufiger studiengangsrelevante Leistungskurse im Vergleich zu den Lehramtsstudierenden im Fach Physik. (3) Konstrukte der Studienbedingungen sowie des Studier- und Lernverhaltens sind in der Lage, 61 % der Varianz der Studienzufriedenheit im ersten Fachsemester aufzuklären. (4) Im Studienverlauf wird eine Veränderung in der Lernstrategienutzung sowie in der Wahrnehmung der Gesamtbelastung ermittelt. (5) Die Note der Hochschulzugangsberechtigung sowie die Betreuung und Unterstützung stellen wesentliche Bedingungen für eine Exmatrikulation dar. Unzureichende Informiertheit sowie geringes Fachinteresse erhöhen die Chance einer Exmatrikulation. (6) Die „inhaltlichen Anforderungen“ stellen den häufigsten Exmatrikulationsgrund dar. (7) Nur ein geringer Anteil der Exmatrikulierten gehört zur Gruppe der Studienabbrecher im eigentlichen Sinne, ein Großteil der Exmatrikulierten wechselt in physikaffine und praktisch orientierte Studiengänge
Erhebung von Bewertungskompetenz mittels Fragebogen?!
Get PDFDie hier vorgestellte Evaluationsstudie verfolgt das Ziel der Förderung von Fähigkeiten im Bereich der Bewertung. Die Implementierung von Bewertungsaufgaben ist nichts Neues für den Schulalltag, doch leider mangelt es noch an konkreten, evaluierten Unterrichtseinheiten, auf die Lehrerinnen und Lehrer als Beispiele zurückgreifen können. Zu diesem Zweck wurde eine Unterrichtseinheit zur Thematik Photovoltaik konzipiert und evaluiert. Kennzeichnend für den Unterrichtsansatz sind zum Einen die Vermittlung von physikalischem Sachwissen mittels Schülerexperimenten und zum Anderen ein in den Kontext eingebettetes Bewertungstraining. Die Daten der Untersuchung werden einerseits durch eine Fragebogenerhebung im Pre-Post-Follow-up-Design gewonnen, andererseits durch eine begleitende Interviewstudie. Der verwendete Fragebogen wurde neu konzipiert und mit 150 Schüler/innen pilotiert. Die Erkenntnisse aus der Pilotierung des Fragebogens und der nun in der Hauptstudie verwendete Fragebogen werden in diesem Paper präsentiert. Wir konnten feststellen, dass der Fragebogen in der Lage ist, unterschiedliche Bewertungsstrategien der Schülerinnen und Schüler zu messen. Dabei stießen wir auch auf eine für uns neue Strategie, die wir „Vorteilsentscheidung“ nennen. Zudem ermöglichen uns die Erkenntnisse aus der Pilotstudie die Erstellung von drei Testheften, die in der Hauptstudie Verwendung finden. Der Vorteil von unterschiedlichen Testheften liegt darin möglicherweise auftretende Wiederholungseffekte und Kontextabhängigkeiten zu erkennen. Die hier erwähnte Hauptstudie befindet sich in der Phase der Datenerhebung und Auswertung. Hier kann aus diesem Grund erst ein erster Einblick in die vorläufige Datenauswertung der Interviewstudie gegeben werden. Mit einer Präsentation der Daten kann im Herbst 2011 gerechnet werden
Hypermedia in der Vorbereitung auf das Physikalische Praktikum
Get PDFIn diesem Beitrag wird die Entwicklung und Evaluation von Hypermedia-Skripten beschrieben, welche von Geowissenschafts- und Chemiestudierenden für die Vorbereitung auf das Physikalische Praktikum eingesetzt werden. Ziel dieser Hypermedia-Skripte ist eine stärkere Unterstützung der Nebenfachstudierenden, da gerade diese ein meist geringes Vorwissen aufweisen. Die Hypermedia-Skripte bieten neben den Inhalten des klassischen Vorbereitungsskripts optionale Vertiefungen (z.B. zur Fehlerrechnung) sowie Selbsttestaufgaben. Zu drei Praktikumsversuchen des Bremer Praktikums wurden interaktive Bildschirmexperimente in die Hypermedia-Skripte eingebaut. Sie ermöglichen eine virtuelle Erprobung späterer Handlungen am realen Versuchsaufbau. Untersucht wurde der Ansatz mit Hilfe von Interventions- und Vergleichsgruppen (Hypermedia-Skript/Papier-Skript). Erste Ergebnisse der Evaluation zeigen, dass die Lernumgebung zumindest von einigen Studierenden als wirkliche Unterstützung wahr- und angenommen wurde (insbesondere die interaktiven Bildschirmexperimente). Gleichzeitig zeigt sich eine gewisse Zurückhaltung bei anderen Studierenden hinsichtlich der Nutzung der Materialen. Ein möglicher Grund liegt darin, dass ein Mehrwert des online-basierten Skripts angesichts eines gespürten Mehraufwands bei begrenztem Zeitbudget nicht gesehen bzw. erwartet wird
Geometrische Algebra in höheren Dimensionen
Get PDFDer Physik-Nobelpreisträger Robert Laughlin fühlt sich nach eigenen Worten „jener Weltanschauung verpflichtet, nach der Mathematik aus experimenteller Beobachtung hervor geht und nicht umgekehrt.” Dürfen wir als Physikdidaktikerinnen und Physikdidaktiker somit Mathematik gestalten und mathematikdidaktisch wirken? Sollten wir dies vielleicht sogar öfters tun, weil es aufgrund der sachstrukturell engen Beziehung zwischen physikalischer und mathematischer Weltbeschreibung für beide Sichtweisen nützlich und hilfreich sein könnte? Die physikalisch von Hermann Graßmann motivierte und physikdidaktisch von David Hestenes weiterentwickelte Geometrische Algebra kann nicht nur zur Beschreibung der Physik des dreidimensionalen Raumes bzw. der vierdimensionalen Raumzeit genutzt werden, sondern gestattet eine einfache Erweiterung auf höherdimensionale Räume. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie die Basisvektoren dieser höherdimensionalen Räume unter Nutzung des direkten Produkts von Pauli-Matrizen konstruiert werden können. Damit erhalten dieses auf Zehfuss und Kronecker zurückgehende Produkt und die daraus konstruierten höherdimensionalen Matrizen eine geometrische Bedeutung – und zwar eine aus physikalischen Gründen vermittelte geometrische Bedeutung
Ist die Luft zu schlecht zum Lernen? Nichtdispersive IR-CO2-Gassensoren im Physikunterricht
Get PDFMit dem Einsatz von Sensoren im Physikunterricht können Lernende Erfahrungen mit physikalischen Gesetzmäßigkeiten und Prinzipien in konkreten Anwendungen sammeln. Grundsätzlich können den Sensoren dabei zwei Funktionen zukommen. Erstens, können sie als Messgerät eingesetzt werden. In dieser Funktion ermöglichen sie auch das Einbringen von authentischen Problemstellungen und Modellierungsaufgaben in den Unterricht. Zweitens, können sie der Lerngegenstand im Unterricht sein. Im Vordergrund stehen dann der Aufbau und das Funktionsprinzip des Sensors. Der Fokus dieses Beitrags ist auf den Einsatz von NDIR-CO2-Gassensoren (NDIR = Nichtdispersive Infrarotsensoren) im Physikunterricht der Sekundarstufe I gerichtet. Dazu wird ein kontextorientiertes Unterrichtskonzept vorgestellt, das beide Funktionen berücksichtigt. Dem Unterrichtskonzept liegen Aspekte des situierten Lernens, vor allem des anchored instruction Ansatzes, und des Lernens mit Texten und Bildern zu Grunde. Als Messgerät wird der Sensor zum Thema „Luftqualität von Innenräumen“ eingesetzt. In dieser Funktion verhilft er zur Entwicklung eines Modells, das den Anstieg der CO2-Konzentration in einer Schulstunde vorhersagt. Außerdem werden einige weitere Einsatzmöglichkeiten des Sensors als Messgerät in anderen Kontexten vorgestellt und auf entsprechende Literatur verwiesen. Der Einsatz des Sensors als Lerngegenstand schließt sowohl Betrachtungen zu den wesentlichen Bauteilen des Sensors, wie beispielsweise IR-Detektoren als auch die Erarbeitung des Funktionsprinzips ein. Dabei kann auf grundlegende physikalische Sachverhalte eingegangen werden (angefangen von elektromagnetischen Spektren bis hin zum Lambert-Beerschen Gesetz).
Antibubbles - Experimentelle Zugänge
Get PDFSo als hätte man bei einer gewöhnlichen Seifenblase die Materialien Luft und Wasser vertauscht, bestehen Antibubbles aus einer Wasserkugel, die durch eine dünne Luftschicht vom umgebenden Wasser getrennt ist. Diese fragilen, schillernden „Perlen“, die jeder mit etwas Übung herstellen kann, werfen eine Reihe physikalischer Fragen auf, von denen sich einige mit schulischen Mitteln beantworten lassen. Weil die Totalreflexion den Einblick in das Innere der Antibubbles einschränkt, bleibt ihre genaue Beschaffenheit weitgehend im Verborgenen. Dennoch gelingt mit mechanischen und optischen Methoden gewissermaßen ein Blick durchs Schlüsselloch, der Aufschlüsse über ihren Aufbau und ihre Dynamik liefert
Ziele und Akzeptanzprobleme von E-Learning- und Web-2.0-Elementen in der Hochschullehre: eine Atomphysikvorlesung als Beispiel
Get PDFEs werden E-Learning-Elemente vorgestellt, die im Rahmen der Vorlesung Physik IV für Studierende im Bachelor-Studiengang Physik im Sommer 2010 an der TU Darmstadt erprobt wurden.Zu dem Konzept gehörte auch das Erstellen von Wiki-Beiträgen in Kleingruppen, was auf einer Moodle-Lernplattform realisiert wurde. Neben Beispielen für die von den Studierenden erstellten Beiträge werden auch Evaluationsergebnisse präsentiert, die eine kritische Haltung der Studierenden gegenüber E-Learning-Elementen in der Hochschullehre im Fach Physik aufzeigen