Professionsbezogenes Physiklernen im Lehramtsstudium: Entwicklung und Evaluation kumulativer Fachveranstaltungen

Eine physikalisch-fachliche Professionalisierung gilt in der Physik-Lehramtsausbildung als notwendig. Physik-Lehramtsstudierende sollten dabei gezielt auf die inhaltlichen Anforderungen der Schule vorbereitet werden, was jedoch selten erreicht wird (vgl. DPG 2014). Für unsere Studie wurden drei Physikveranstaltungen für Lehramtsstudierende anhand eines zuvor entwickelten Modells zum kumulativen Physiklehren und -lernen konzipiert, die den fachlichen Professionsbezug gewährleisten sollen. Der Beitrag stellt die Entwicklung der Lehrveranstaltungen und deren Evaluation vor. Die Kurse wurden bei zwei Kohorten mit  angehenden Physiklehrkräften an der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg eingesetzt. Für die Evaluation wurden Daten zum physikalischen Fachwissen erhoben und in einer vergleichenden Längsschnittstudie explorativ ausgewertet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Erwerb von schulrelevantem physikalischem Wissen in der Intervention effizient erfolgt. Somit kann die kumulative Physiklehre als Modell für die Entwicklung von professionsorientierten Physikkursen in der Lehramtsausbildung dienen

Zu den Ursachen der elektromagnetischen Induktion. Ein Gesamtüberblick und Empfehlungen zur Einführung des Faraday‘schen Gesetzes

Gemäß dem Faraday‘schen Gesetz rufen Änderungen des magnetischen Flusses in Leiterschleifen Induktionsspannungen hervor. Bereits einfache Experimente zeigen allerdings, dass ein Unterschied zwischen dem Fluss des End- und des Ausgangszustands keine hinreichende Bedingung für das Auftreten von Induktion ist. Wir nehmen dies zum Anlass, den komplexen fachlichen Hintergrund insbesondere für Studierende und Referendare in kompakter Form aufzubereiten. Entscheidend für alle Induktionsphänomene ist eine auf Ladungen lokal einwirkende elektromagnetische Kraft, die eindeutig mit der integralen Größe Induktionsspannung verknüpft ist. Die in der Oberstufe und in universitären Anfängervorlesungen übliche Vereinfachung des Begriffs Flussänderung macht aus dem Faraday‘schen Gesetz eine nicht mehr allgemeingültige Flussregel, was zum Abbau der fachlichen Komplexität durchaus angebracht ist. Um Fehlinterpretationen und Verständnisschwierigkeiten zu vermeiden, empfehlen wir aber, bereits bei der Einführung des Begriffs Flussänderung den Bezug zur wirkenden Kraft herzustellen. Dies ist auch ohne mathematischen Aufwand möglich und trägt zu einem kohärenten Gesamtbild der elektromagnetischen Induktion bei

Lehrvideos aus dem Internet: Vermittlung von Geschlechterstereotypen und Diskriminierung am Beispiel simpleclub

Online-Videos haben für den physikalischen Fachunterricht eine zunehmende Bedeutung. Sie werden von Lernenden auf eigene Initiative herangezogen, aber auch von Lehrkräften in den Unterricht eingebracht. Sie müssen daher als relevante Lernmedien angesehen werden. Die vorliegende Publikation geht der Frage nach, ob die Videos des populären Anbieters simpleclub allgemein akzeptierten Vorgaben zur Rolle und Repräsentanz der Geschlechter gerecht werden. Es zeigte sich, dass in 54 untersuchten Videos weibliche Personen deutlich unterrepräsentiert waren und mehr stereotype als nicht stereotype Darstellungen verwendet wurden. Außerdem wurden keine Wissenschaftlerinnen abgebildet, die Schülerinnen als Identifikationsmöglichkeit hätten dienen können. Bei einem qualitativen Interview mit einer Gelegenheitsstichprobe von sieben Schüler*innen werteten diese ein ausgewähltes Video von simpleclub überwiegend positiv. Der gezeigte Sexismus wurde nur manchmal erkannt und selbst dann nicht generell verurteilt. Allgemein sympathisierten die Schülerinnen eher mit simpleclub als die Schüler, welche dem Unternehmen eher neutral oder negativ eingestellt waren

Studierendenbetreuung in der Physik – Eine Untersuchung an Haupt- und Nebenfachstudierenden während der Covid-19-Pandemie

Aufgrund der im Frühjahr 2020 ausgebrochenen COVID-19-Pandemie musste die Lehre an den deutschen Hochschulen ad hoc auf ein digitales Format umgestellt werden. Dies hat für Lehrende, Studierende und Verwaltung vielfältige Probleme verursacht. Ziel des vorliegenden Artikels ist es, einen exemplarischen Überblick über die Studierendenbetreuung in Physik für Neben- und Hauptfachstudierende im ersten Studienjahr während der COVID-19-Pandemie zu erhalten. Dazu wurden 231 Studierende und 15 Übungsleiter:innen an der Leibniz Universität Hannover zum Physikübungsbetrieb und der neu aufgestellten Online-Lehre am Anfang und Ende des Sommersemesters 2020 befragt. Durch die Befragung konnten nicht nur generelle Erkenntnisse über die neue Online-Lehre gesammelt, sondern auch detaillierte Einblicke in die seitens der physikdidaktischen Forschung wenig betrachteten Nebenfachveranstaltungen der Physik gewonnen werden. Die Forschungsfragen dieses Artikels beziehen sich auf Ziele der Präsenzübung, Vor- und Nachteile der neuen Online-Lehre sowie auf eine mögliche Fortführung der digitalen Lehrangebote in einer zukünftigen Post-COVID-19-Zeit. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Ansprüche an einen Physikübungsbetrieb zwischen den Haupt- und Nebenfachstudierenden kaum unterscheiden. Zu den Vorteilen der Online-Lehre zählt nach Studierendenmeinung u. a. der Gewinn an Flexibilität und die neue, digitale Präsentation der Experimente. Allerdings wird auch sichtbar, dass die Teilnehmenden vor allem mit individuellen und sozialen Problemen während des Onlinesemesters zu kämpfen hatten. Unabhängig davon, wie sich die pandemische Situation entwickelt und welche Form der Lehre in naher Zukunft möglich sein wird, können die Resultate der Evaluation zur Diskussion und Entwicklung neuer Lehrkonzepte (z. B. Hybridveranstaltungen) in den Physik-Fachbereichen beitragen

Raumkrümmung zum Anfassen - Sektormodelle aus dem 3D-Drucker 6 Autor/innen

Sektormodelle sind Anschauungsmodelle für nicht-euklidische Geometrie. Sie wurden entwickelt, um die Grundkonzepte der allgemeinen Relativitätstheorie in zwei bzw. drei Dimensionen auf anschauliche Weise darzustellen (Zahn & Kraus, 2014; Zahn & Kraus, 2019). Für eine Einführung in die Allgemeine Relativitätstheorie kann man mit solchen Modellen beispielsweise den Raum in der Nähe eines Schwarzen Lochs oder das Innere eines Neutronensterns darstellen.Der Einsatz von Sektormodellen ist nicht nur im Physikunterricht möglich. Auch im Mathematikunterricht können sie genutzt werden, um sphärische und hyperbolische Geometrien darzustellen. Sektormodelle erlauben diverse Aktivitäten der Lernenden: beispielsweise können Lernende anhand der Modelle mit einfachen Mitteln Krümmungen bestimmen und den Verlauf von Geodäten untersuchen. Die einfacheren ebenen Sektormodelle können Lernende ausgehend von der Metrik auch selbst berechnen und konstruieren (Kraus & Zahn, 2016).In diesem Beitrag geben wir eine kurze Einführung in Sektormodelle und stellen Umsetzungen mit dem 3D-Drucker, sowie ihr Potential für den Einsatz im Physikunterricht vor

Potenziale und Grenzen von Unterstützungsmaßnahmen zum wissenschaftlichen Schreiben im Paderborner Physik Praktikum 3P

Eines der Lernziele des Physikstudiums stellt der Erwerb literaler Fähigkeiten für das Verfassen wissenschaftlicher Arbeiten dar. Die Student:innen werden allerdings im Rahmen ihres Studiums bisher kaum systematisch beim Erwerb dieser Fähigkeiten unterstützt. Eine Übungsgelegenheit für das Verfassen von Texten nach wissenschaftlichem Vorbild stellt das Laborpraktikum dar, in dem die Student:innen zu den absolvierten Experimenten Laborberichte verfassen. Im Paderborner Physik Praktikum 3P wurden in den letzten Jahren vier unterschiedliche Unterstützungsangebote für das Erlernen des wissenschaftlichen Schreibens entwickelt und mittels Zufriedenheitswerten evaluiert. In dem Beitrag werden die vier Angebote auf inhaltlicher Ebene hinsichtlich der Lernwirksamkeit mittels einer schriftproduktbasierten Evaluation analysiert. Durch die vergleichende Analyse können Potenziale und Grenzen der Angebote diskutiert und Implikationen für die Gestaltung von Unterstützungsangeboten zum Erlernen des wissenschaftlichen Schreibens in der Physik abgeleitet werden

Die zweite Quantenrevolution - Quanteninformatik im Physikunterricht

In den letzten Jahrzehnten hat die Quantentechnologie rasante Fortschritte gemacht. Die sich daraus ergebenden Anwendungen und Möglichkeiten dringen immer stärker in das Bewusstsein der interessierten Menschen und finden ihren Niederschlag in der medialen Begleitung. Parallel dazu bahnt sich ein Paradigmenwechsel im Unterricht über Quantenphysik sowohl an der Schule als auch an der Universität an. Insbesondere treten die vielfach diskutierten Interpretationsfragen in den Hintergrund und machen einer pragmatischen Betrachtungsweise Platz, die die Besonderheiten der Quantenphysik als gegeben akzeptiert und sie für neue bislang ungeahnte Anwendungen nutzt. Dabei stellt sich die Frage, welche Aspekte für den Schulunterricht auf verschiedenen Stufen, für die universitäre Ausbildung von Physikern und von Ingenieuren von besonderer Bedeutung sind. In diesem Vortrag werde ich mich auf den Bereich der Quanteninformatik konzentrieren und ausloten, welche Aspekte sich hierbei im Sinne einer Allgemeinbildung als relevant und realisierbar für den schulischen Unterricht erweisen können

Teacher identity von MINT-Lehrkräften: Explorative Studie zur Selbst- und Fremdwahrnehmung

Die Unterrichtspraxis in allen Fächern wird maßgeblich durch das Selbstverständnis und die Persönlichkeit von Lehrkräften bestimmt. Mit dem Begriff teacher identity ist der Versuch verbunden, diese beiden Aspekte zusammenzuführen, allerdings existiert eine anhaltende Debatte über eine praxistaugliche Definition dieses Begriffs. Wir greifen diese Problematik auf und leiten aus der Literatur eine mögliche Operationalisierung des Konstrukts ab und zwar durch Unterscheidung verschiedener Narrative, die die Selbst- und Fremdwahrnehmung von Lehrkräften betreffen. Die Ergebnisse einer ersten explorativen Studie mit N = 89 Lehrkräften an fünf Gymnasien zur Selbst- und Fremdwahrnehmung von MINT-Lehrkräften deuten darauf hin, dass die Definition des Konstrukts teacher identity via Selbst- und Fremdwahrnehmungen, für zukünftige empirische Forschung in diesem Bereich fruchtbar sein kann

Die Bewegung im räumlichen Denken bei physikalischen Aufgaben

Das räumliche Denken und die Vorstellung von Bewegung sind eng miteinander verbunden. Dies zeigt sich im Besonderen in den Inhalten der STE(A)M Fächer, namentlich in Physik. Das vorliegende Modell der Bewegung als zentrales Element des räumlichen Denkens basiert auf grundlegenden anerkannten wissenschaftlichen Theorien zur visuellen Wahrnehmung und zur Raumvorstellung in Verbindung mit fachdidaktischen Erkenntnissen aus Mathematik und Physik. Es beinhaltet u. a. die Bewegung als Vorstellung eines realen Ablaufs, die Bewegung als verändernden Vorgang, die Bewegung als gedanklichen Prozess zur Problemlösung sowie die Bewegung als Bewegbarkeit innerhalb eines ruhenden Systems. All diesen Vorstellungen liegt die Erfahrung der Bewegung im realen Raum zugrunde. An das Modell anlehnend, werden physikalisch-technische, astronomische und mathematische Aufgaben zur Bewegung im Hinblick auf das räumliche Denken entwickelt und analysiert. In diesem Beitrag wird der Schwerpunkt auf die physikalischen und astronomischen Aufgaben gelegt. Des Weiteren wird auf eine qualitative Studie zur Untersuchung von räumlichen Denkschritten bei der Lösung der Aufgabenstellungen Bezug genommen. Die Studie zielt auf das Auffinden von Hypothesen, ob und wie das räumliche Denken von Studierenden bei der Lösung der gestellten Aufgaben verwendet wird

Selbstbestimmtes und angeleitetes Experimentieren im Schülerlabor

Schülerlabore ermöglichen Schülerinnen und Schülern (SuS) wie echte Forschende in einer authentischen Lernumgebung zu agieren. In physikalischen Projekten können SuS z. B. einen Experimentierprozess planen, durchführen, auswerten und evaluieren – und somit selbstreguliert lernen. Im Rahmen dieser Mixed Methods-Studie soll untersucht werden, wie der Grad der Instruktion (angeleitet vs. selbstbestimmt) während des Experimentierens – in Abhängigkeit vom Vorwissen des Lernenden – den Kompetenzaufbau (FF1) beziehungsweise den Selbstregulationsprozess beeinflusst (FF2) und wie sich Vorwissen und Instruktionsgrad auf die Judgments of Performance der Lernenden auswirken (FF3). Die Erhebung ist ab Februar 2021 geplant: N = 128 SuS der 7. und 8. Jgst. experimentieren in Kleingruppen zum Phänomen des Sonnentalers im Schülerlabor. Hierbei erhalten sie identische Materialien und nach dem Predict-Observe-Explain-Ansatz strukturierte Arbeitsblätter. Die angeleitet experimentierenden Gruppen bekommen Vorgaben für den Ablauf des Experimentierprozesses, während die selbstbestimmt experimentierenden Gruppen explorativ vorgehen können. Während des Experimentierens werden einzelne Kleingruppen videographiert, um ihren Lernprozess hinsichtlich der Selbstregulation zu analysieren. Zudem werden die SuS Fachwissenstests sowie Judgments of Performance und Confidence Judgments ausfüllen. Der Beitrag gibt erste Einblicke in das Projekt, Erkenntnisse aus einer Pilotierungsstudie und erläutert das geplante Forschungsvorhaben