Making sound visible-a simple schlieren imaging setup for schools

Sound is an interesting topic for physics lessons at all ages. However, it is difficult to illustrate this ubiquitous phenomenon and many models do not adequately represent the properties of sound and thus promote unwanted conceptions. The experiment presented here avoids this by visualising sound itself with the help of the schlieren technique. For this purpose, an easily reproducible variant of a schlieren setup is presented. The simple setup is described in detail. © 2021 The Author(s). Published by IOP Publishing Lt

Optische Blackboxes im Optik-Anfangsunterricht

Aussagen über die Funktionsweise und damit auch den Inhalt komplexer Systeme zu erhalten steht im Mittelpunkt der Auseinandersetzung mit Blackboxes, welches nicht nur in der Physikausbildung sondern auch in anderen Naturwissenschaften und der Psychologie erfolgt. Während elektrische Blackboxes vielfältig evaluiert sind, gibt es für optische Blackboxes lediglich Ideen zur Gestaltung.In der hier ausschnitthaft vorgestellten empirischen Studie (N>200) wurden optische Blackboxes für den Anfangsunterricht Optik in Niedersachsen entwickelt und in einer Unterrichtssequenz evaluiert. Um Einblicke in eine förderliche Lernumgebung eben dieser Aufgabenformate zu erhalten, wurde auf ein 2x2 Design zurückgegriffen und sowohl die Form des Feedbacks als auch der Anleitungsgrad der Aufgaben variiert. Neben dem Fachwissen der Schülerinnen und Schüler wurden auch Aspekte der Motivation zu verschiedenen Zeitpunkten mittels Fragebogen erhoben.In der Auswertung wird auf den Schwierigkeitsgrad der Blackboxes eingegangen sowie mit der Skala „Interesse und Spaß“ ein Teil der verwendeten Motivationsskala hinsichtlich Gender-Effekt betrachtet

"Denken Sie wirklich ich könnte logisch denken?" - wie Lernende mathematische und physikalische Darstellungsformen sortieren

Tabellen, Graphen, Bilder, Formeln und Texte - all diese Darstellungsformen mathematischer und physikalischer Natur werden im Physikunterricht vielfältig genutzt und sind in der Regel mitei-nander verknüpft. Ziel dieser Studie ist es herauszufinden, welche Zusammenhänge die Schülerin-nen und Schüler zwischen den Darstellungen sehen und wie sie diese begründen. In der vorliegen-den Studie (N=229, 10. Jahrgangsstufe) sollten Gymnasialschülerinnen und -schüler 26 Darstel-lungen aus o.g. Kategorien zum Themenfeld 'Dynamik' im Stil einer Sortieraufgabe sinnvoll zu Gruppen sortieren. Zu jeder Gruppe sollte weiterhin eine kurze schriftliche Begründung angegeben werden, weshalb ausgerechnet diese Darstellungen als zusammengehörig empfunden wurden. Die denkbaren Sortierungen waren dabei nicht - wie bei einer Zuordnungsaufgabe - eindeutig, sondern vielfältig. Untersucht wurden mögliche Muster in der Zusammenstellung der Gruppen und in den Begründungen. Erste Ergebnisse werden hier präsentiert

Das EU-Projekt SAILS: Inquiry learning and assessment strategies

Ziel des europäischen Projekts SAILS (Strategies for Assessment of Inquiry Learning in Science; Laufzeit 2012-2015) stellt die Unterstützung von Lehrkräften beim Einsatz forschend-entdeckender Unterrichtskonzeptionen in der Sekundarstufe I und II dar. Der besondere Fokus liegt dabei auf der Integration von Lernerfolgsmessungen während Phasen des forschend-entdeckenden Lernens zur Steuerung des Lernfortschritts (formative assessment). Das Projekt SAILS wird vorgestellt und es wird über Ergebnisse aus den Kooperationsprojekten zwischen Lehrkräften und Fachdidaktikern berichte

Optische Blackboxes im Optik-Anfangsunterricht

Aussagen über die Funktionsweise und damit auch den Inhalt komplexer Systeme zu erhalten steht im Mittelpunkt der Auseinandersetzung mit Blackboxes, welches nicht nur in der Physikausbildung sondern auch in anderen Naturwissenschaften und der Psychologie erfolgt. Während elektrische Blackboxes vielfältig evaluiert sind, gibt es für optische Blackboxes lediglich Ideen zur Gestaltung.In der hier ausschnitthaft vorgestellten empirischen Studie (N>200) wurden optische Blackboxes für den Anfangsunterricht Optik in Niedersachsen entwickelt und in einer Unterrichtssequenz evaluiert. Um Einblicke in eine förderliche Lernumgebung eben dieser Aufgabenformate zu erhalten, wurde auf ein 2x2 Design zurückgegriffen und sowohl die Form des Feedbacks als auch der Anleitungsgrad der Aufgaben variiert. Neben dem Fachwissen der Schülerinnen und Schüler wurden auch Aspekte der Motivation zu verschiedenen Zeitpunkten mittels Fragebogen erhoben.In der Auswertung wird auf den Schwierigkeitsgrad der Blackboxes eingegangen sowie mit der Skala „Interesse und Spaß“ ein Teil der verwendeten Motivationsskala hinsichtlich Gender-Effekt betrachtet

Concept maps for formative assessment: Creation and implementation of an automatic and intelligent evaluation method

Formative assessment is about providing and using feedback and diagnostic information. On this basis, further learning or further teaching should be adaptive and, in the best case, optimized. However, this aspect is difficult to implement in reality, as teachers work with a large number of students and the whole process of formative assessment, especially the evaluation of student performance takes a lot of time. To address this problem, this paper presents an approach in which student performance is collected through a concept map and quickly evaluated using Machine Learning techniques. For this purpose, a concept map on the topic of mechanics was developed and used in 14 physics classes in Germany. After the student maps were analysed by two human raters on the basis of a four-level feedback scheme, a supervised Machine Learning algorithm was trained on the data. The results show a very good agreement between the human and Machine Learning evaluation. Based on these results, an embedding in everyday school life is conceivable, especially as support for teachers. In this way, the teacher can use and interpret the automatic evaluation and use it in the classroom

"Denken Sie wirklich ich könnte logisch denken?" - wie Lernende mathematische und physikalische Darstellungsformen sortieren

Tabellen, Graphen, Bilder, Formeln und Texte - all diese Darstellungsformen mathematischer und physikalischer Natur werden im Physikunterricht vielfältig genutzt und sind in der Regel mitei-nander verknüpft. Ziel dieser Studie ist es herauszufinden, welche Zusammenhänge die Schülerin-nen und Schüler zwischen den Darstellungen sehen und wie sie diese begründen. In der vorliegen-den Studie (N=229, 10. Jahrgangsstufe) sollten Gymnasialschülerinnen und -schüler 26 Darstel-lungen aus o.g. Kategorien zum Themenfeld 'Dynamik' im Stil einer Sortieraufgabe sinnvoll zu Gruppen sortieren. Zu jeder Gruppe sollte weiterhin eine kurze schriftliche Begründung angegeben werden, weshalb ausgerechnet diese Darstellungen als zusammengehörig empfunden wurden. Die denkbaren Sortierungen waren dabei nicht - wie bei einer Zuordnungsaufgabe - eindeutig, sondern vielfältig. Untersucht wurden mögliche Muster in der Zusammenstellung der Gruppen und in den Begründungen. Erste Ergebnisse werden hier präsentiert

Einsatz eines Mach - Zehnder - Interferometers mit abgeschwächter Lichtquelle für einen experimentellen Einstieg in die Quantenmechanik

Für eine geplante Lehrerfortbildung zur Quantenmechanik in der Schule wurde ein Mach – Zehnder – Interferometer aufgebaut, mit dem es möglich ist, Quanteneigenschaften von  Photonen zu zeigen. Ziel war es, Unterschiede zwischen der klassischen Mechanik und der Quantenmechanik an Realexperimenten zu veranschaulichen. Die entwickelten Experimente mit dem Mach – Zehnder – Interferometer bilden einen Baustein einer umfangreichen Lehrerfortbildung in Quantenmechanik, die an der Leibniz Universität Hannover entwickelt wird

Einsatz von Infrarotlichtquelle und WebKamera zur Analyse von Prozessen beim Experimentieren

Das Ergebnis eines Experiments kann oft auf unterschiedlichen Wegen zu Stande kommen und es ist häufig nicht möglich, Details des Experimentierprozesses auf der Grundlage der Ergebnisdarstellung zu rekonstruieren. Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich u.a. mit der Untersuchung physikalischer Kompetenz und ist insbesondere am Experimentierprozess und nicht nur am Ergebnis (Produkt) interessiert. Eine herkömmliche Videoaufzeichnung dieses Prozesses und die anschließende Analyse der Videodaten ist naheliegend. Aufgrund des inhaltlichen Schwerpunkts von Experimenten aus dem Themenbereich Atomphysik und Optik sind derartige Videodaten jedoch entweder schwer möglich oder unmöglich, da die meisten Experimente mit stark reduzierter Ausleuchtung des Experimentierbereichs durchgeführt werden. Wir stellen eine Möglichkeit vor, wie durch Kombination kostengünstiger Technik (Infrarotlichtquelle und WebKamera) für den Alltagsgebrauch Aufnahmen in abgedunkelten Räumen und für den mobilen Einsatz (z. B. in der Schule) möglich werden

Das EU-Projekt SAILS: Beispiele für den systematischen Einsatz von begleitender Lernerfolgsmessung (formative assessment) in Forschendem Physikunterricht

Die systematische Integration formativer Assessmentmethoden in Unterrichtssequenzen zum Forschenden Lernen stellt einen besonderen Schwerpunkt des EU-Projekts SAILS (Strategies for Assessment of Inquiry Learning in Science; Laufzeit 2012-2015) dar. Im Rahmen von SAILS-Workshops mit Naturwissenschaftslehrerinnen und -lehrern aus Niedersachsen wurden Unterrichtsmaterialien zum Forschenden Lernen erarbeitet und gezielt formative Assessmentgelegenheiten in den Unterrichtsgang integriert. In diesem Beitrag wird der Ansatz der begleitenden Lernerfolgsmessung (formative assessment) im Sinne des SAILS-Projekts vorgestellt und Beispiele, sogenannte SAILS-Units, für verschiedene methodische Herangehensweisen zur begleitenden Lernerfolgsmessung in Forschendem Physikunterricht präsentiert