Theoriebasiert und praxisorientiert: Vorstellung eines Physik-Lehramtsstudiengangs für die Sekundarstufe I

Trotz geringer Absolvent:innenzahlen im Physik-Lehramtsstudium (z.B. Klemm, 2020) und breitem Konsens beim Reformbedarf (z.B. Heinicke et al., 2023) bleibt die praktische Umsetzung von Maßnahmen zur Stärkung des Physik-Lehramtsstudiums hinter den Erwartungen zurück (z.B. Korneck, 2024). In diesem Beitrag wird ein Konzept für einen Lehramtsstudiengang für die Sekundarstufe I vorgestellt, der auf den Erwerb von konzeptuellem und schulrelevantem Physikverständnis zielt und damit sowohl theoretische und empirische Grundlagen (u.a. Reinhold und Riese, 2020; Massolt, 2020) als auch zentrale Reformideen (u.a. Kubsch et al., 2021) aufgreift. Dazu wurden drei zentrale Bausteine umgesetzt, die wir in diesem Beitrag erläutern: (1) Schulbezug, (2) Kohärenz, (3) Kognitive Aktivierung. Nach den bisherigen Erfahrungen können wir von einer gelingenden Kombination dieser Bausteine berichten. Damit möchten wir ein Beispiel zur Diskussion stellen, wie das Lehramtsstudium adressatenspezifisch gestaltet werden kann

Induktion trotz magnetischer Abschirmung? Auflösung eines scheinbaren Paradoxons

Umgibt man einen stromdurchflossenen Leiter mit einer magnetischen Abschirmung, so wirkt auf ihn in einem äußeren Magnetfeld keine Lorentzkraft mehr. Dies liegt daran, dass die magnetische Flussdichte am Ort der bewegten Ladungen Null ist. Erstaunlicherweise wird dennoch bei der Bewegung eines abgeschirmten Leiters in einem äußeren Magnetfeld eine Spannung induziert. Zur Auflösung dieses Paradoxons zeigen wir in einer Reihe von Experimenten, dass sich bei der Bewegung mehrerer felderzeugender Objekte deren Felder aufheben können, ohne dass die resultierende Lorentzkraft verschwindet. Die Versuche verdeutlichen damit zum einen, dass es keine Induktionsspannung ohne lokale Wirkung einer elektromagnetischen Kraft gibt. Zum anderen erlauben sie es, das für Lorentzkraft so wichtige Konzept der Relativbewegung zu vertiefen

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

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

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

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

Gestaltung von Lernmaterial und Didaktische Typografie – wie sich die Lesbarkeit von Texten auch ohne sprachliche Anpassungen verändern lässt

Zahlreiche Studien haben in den letzten Jahren aufgezeigt, dass naturwissenschaftsbezogene Texte, wie sie üblicherweise in Schulbüchern und Lernmaterialien verwendet werden, allgemein- und fachsprachliche Herausforderungen an die Lernenden stellen (Busch & Ralle, 2011; Merzyn, 1994; Prediger, 2013; Sumfleth & Schüttler, 1995; Fraas, 1998; Hoffmann, 1998). Kohnen et al. (2017) zeigen außerdem auf, dass Änderungen allein auf morphosyntaktischer Ebene kaum signifikante Effekte in Bezug auf die Erhöhung der Lesbarkeit hervorbringen. Die Ergebnisse einer aktuellen Studie unter 200 Schülerinnen und Schülern zeigen, wie bereits durch typografische Maßnahmen das sinnentnehmende Lesen deutlich erleichtert werden kann. Der Beitrag wird zum einen die Ergebnisse der Studie vorstellen, daraus Empfehlungen der didaktischen Typografie ableiten und zum anderen evidenz- und theoriebasierte (Cognitive Load Theory nach Sweller, 2005; Theory of Multimedia Learning nach Mayer, 2005) Designs zur Gestaltung von Lernmaterial vorstellen, die anhand dieser Basis an der Universität Münster entwickelt werden

Smart Textiles in MINT-Fächern – Elektronik mit Nadel und Faden

Smart Textiles, auch als intelligente Textilien bezeichnet, bieten in der Schule sowie im Bachelorstudium neue Möglichkeiten, motorische Fähigkeiten mit Elektronik-Kenntnissen zu verbinden. Die meisten Smart Textiles gehören zu den E-Textiles, den elektronischen Textilien, die beispielsweise leitfähige Garne als Datenleiter enthalten oder leitfähige textile Flächen als Druck- oder Dehnungssensoren. Hinzu kommen textilbasierte oder textilintegrierte Sensoren und Aktoren, eine interne oder externe Kommunikation und eine Batterie oder eine ähnliche Energiequelle. Die Datenverarbeitung geschieht normalerweise über textilintegrierte Microcontroller oder Miniatur-Computer. Solche E-Textiles bieten die Möglichkeit, „typisch weibliche“ Interessen, wie Nähen und Textilien, mit „typisch männlichen“ Wissensbereichen wie Elektronik und Programmierung zu verbinden. Sie können in Schule und Hochschule genutzt werden, um solche althergebrachten Klischees zu überwinden, und den Schüler(inne)n und Student(inn)en helfen, sich über die häufig unbewusst selbst gesetzten Grenzen hinwegzusetzen