Modelle – Schlüsselbegriff für Forschungs- und Lernprozesse in der Physik

Beim Verstehen von Physik spielt die Fähigkeit, in und mit Modellen zu denken, eine zentrale Rolle. Unbestritten kann festgehalten werden, dass zusammen mit den Experimenten die Modelle die Säulen der physikalischen Erkenntnisgewinnung sowohl im Forschungs- als auch im Lernprozess bilden. In der Geschichte der fachdidaktischen Forschung sind vielfältige Ansätze zu finden, die das Denken in Modellen bzw. das Unterrichten mit Modellen thematisieren. Hingegen hat die empirische Lehr-Lernforschung gerade im Bereich des Modelldenkens bei Schülerinnen und Schülern erhebliche Defizite aufgezeigt. Als notwendige Konsequenz aus Lernschwierigkeiten wird ein Unterricht vorgeschlagen, der explizit den Modellaspekt bei der physikalischen Theoriebildung verdeutlicht. Ein solcher Unterricht, der ein Lernen über Modelle ermöglicht, hat das Ziel, angemessene Denk- und Argumentationsweisen bei den Schülerinnen und Schülern zu entwickeln. Dabei sollen zwei Welten - Erfahrungs- und Modellwelt - bewusst unterschieden und aufeinander bezogen werden. An unterschiedlichen physikalischen Themen ist ein solcher Ansatz konsequent realisiert und empirisch untersucht worden. Das Lernen über Modelle wird an Unterrichtsbeispielen wie z.B. den Teilchenmodellen diskutiert. Auch die Übertragbarkeit des Ansatzes auf Modellierungsphänomene aus der Optik wird vorgestellt

Modelle – Schlüsselbegriff für Forschungs- und Lernprozesse in der Physik

Beim Verstehen von Physik spielt die Fähigkeit, in und mit Modellen zu denken, eine zentrale Rolle. Unbestritten kann festgehalten werden, dass zusammen mit den Experimenten die Modelle die Säulen der physikalischen Erkenntnisgewinnung sowohl im Forschungs- als auch im Lernprozess bilden. In der Geschichte der fachdidaktischen Forschung sind vielfältige Ansätze zu finden, die das Denken in Modellen bzw. das Unterrichten mit Modellen thematisieren. Hingegen hat die empirische Lehr-Lernforschung gerade im Bereich des Modelldenkens bei Schülerinnen und Schülern erhebliche Defizite aufgezeigt. Als notwendige Konsequenz aus Lernschwierigkeiten wird ein Unterricht vorgeschlagen, der explizit den Modellaspekt bei der physikalischen Theoriebildung verdeutlicht. Ein solcher Unterricht, der ein Lernen über Modelle ermöglicht, hat das Ziel, angemessene Denk- und Argumentationsweisen bei den Schülerinnen und Schülern zu entwickeln. Dabei sollen zwei Welten - Erfahrungs- und Modellwelt - bewusst unterschieden und aufeinander bezogen werden. An unterschiedlichen physikalischen Themen ist ein solcher Ansatz konsequent realisiert und empirisch untersucht worden. Das Lernen über Modelle wird an Unterrichtsbeispielen wie z.B. den Teilchenmodellen diskutiert. Auch die Übertragbarkeit des Ansatzes auf Modellierungsphänomene aus der Optik wird vorgestellt

Argumentationsfähigkeit der Lehramtsstudierenden im Fach Physik - Eine Hypothesen generierende Studie -

Die hier vorgestellte Evaluationsstudie ist eine Pilotstudie und eingebettet in eine Gesamtstudie mit dem Ziel der Förderung von argumentativen Fähigkeiten im Bereich der Bewertungskompetenz. In der Pilot-studie wird ein physikalisches Seminar zu dem Thema „ökologisches Bauen“ untersucht. Ziel dieser Stu-die ist es, die Erhebungsinstrumente und die im Unterricht verwendeten Arbeitsmaterialien dem Praxistest zu unterziehen und zu evaluieren.Die Daten der Untersuchung wurden einerseits durch eine Fragebogenerhebung im Pre-Post-Design ge-wonnen, andererseits durch ein begleitendes Portfolio. Der Fragebogen wurde größtenteils selbst entwi-ckelt und untersucht.Wir konnten feststellen, dass die im Seminar durchgeführten Experimente für die Thematik angemessen sind und den Studenten, keinerlei Schwierigkeiten bereiteten. Die schriftlichen Unterrichtsmaterialien be-dürfen jedoch einer grafischen und zum Teil inhaltlichen Überarbeitung, bevor sie in dem regulären Schulunterricht eingesetzt werden können.Das von uns durchgeführte Seminar, das bislang auf Bewertungs- und Argumentationstrainings verzichte-te, führte, durch selbständiges Experimentieren, zu einem noch ausbaubaren fachwissenschaftlichen Wis-senszuwachs. Im Bereich der argumentativen Fähigkeiten kann ebenfalls noch stark zugelegt werden, wenn die oben erwähnten Trainings in den Unterricht integriert werden

Argumentationsfähigkeit der Lehramtsstudierenden im Fach Physik - Eine Hypothesen generierende Studie -

Die hier vorgestellte Evaluationsstudie ist eine Pilotstudie und eingebettet in eine Gesamtstudie mit dem Ziel der Förderung von argumentativen Fähigkeiten im Bereich der Bewertungskompetenz. In der Pilot-studie wird ein physikalisches Seminar zu dem Thema „ökologisches Bauen“ untersucht. Ziel dieser Stu-die ist es, die Erhebungsinstrumente und die im Unterricht verwendeten Arbeitsmaterialien dem Praxistest zu unterziehen und zu evaluieren.Die Daten der Untersuchung wurden einerseits durch eine Fragebogenerhebung im Pre-Post-Design ge-wonnen, andererseits durch ein begleitendes Portfolio. Der Fragebogen wurde größtenteils selbst entwi-ckelt und untersucht.Wir konnten feststellen, dass die im Seminar durchgeführten Experimente für die Thematik angemessen sind und den Studenten, keinerlei Schwierigkeiten bereiteten. Die schriftlichen Unterrichtsmaterialien be-dürfen jedoch einer grafischen und zum Teil inhaltlichen Überarbeitung, bevor sie in dem regulären Schulunterricht eingesetzt werden können.Das von uns durchgeführte Seminar, das bislang auf Bewertungs- und Argumentationstrainings verzichte-te, führte, durch selbständiges Experimentieren, zu einem noch ausbaubaren fachwissenschaftlichen Wis-senszuwachs. Im Bereich der argumentativen Fähigkeiten kann ebenfalls noch stark zugelegt werden, wenn die oben erwähnten Trainings in den Unterricht integriert werden

Erhebung von Bewertungskompetenz mittels Fragebogen?!

Die 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

Erhebung von Bewertungskompetenz mittels Fragebogen?!

Die 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

Nicht-harmonische Schwingungen am Huygens-Raebiger Pendel

In der Lehramtsausbildung haben im physikalischen Praktikum zunehmend computergestützte Versuche ihren Platz gefunden. Hierbei ist nicht nur die computergestützte Messwertaufnahme von Vorteil. Die Studierenden haben auch bei der Auswertung die Möglichkeit sich mit vergleichsweise geringem Aufwand mit mathematischen Modellierungen von physikalischen Sachverhalten zu beschäftigen. Aus einer Reihe entwickelter Versuche für das physikalische Praktikum an der Pädagogischen Hochschule Freiburg beschäftigt sich ein Versuch mit den Unterschieden zwischen einer harmonischen Schwingung und einer nicht-harmonischen Schwingung. Es soll mit diesem Versuch gezeigt werden, dass für große Winkel ein physikalisches Pendel keine harmonische Schwingung vollzieht und dass dieser Effekt bei längeren Pendeln größer ist als bei kürzeren. In diesem Zusammenhang werden die Grenzen einer mathematischen Modellierung mit Hilfe eines CAS veranschaulicht. Als physikalisches Pendel wird das Huygens-Raebiger Pendel verwendet – ein Pendel das sowohl gekoppelt als ein Pendel schwingen kann, als auch entkoppelt als sieben „kleine“, sich durch die Länge der Stange unterscheidende, Pendel. Im Folgenden werden der Versuch und die Modellierung der Messergebnisse vorgestellt

Problemlösen in der Mechanik: eine Untersuchung mit Studierenden

Sowohl im schulischen als auch universitären Umfeld nehmen Probleme in Form von Übungsaufgaben oder Prüfungen einen wichtigen Platz ein, da so die Leistungen der Lernenden in Physik eingeordnet werden können (vgl. z.B. Fischer & Draxler [1] oder Kühn [2]).Um die Leistung von Studierenden im Bereich „Mechanik“ zu messen, wurde ein Papier-und-Bleistift-Test entwickelt, der auf dem Modell des wissenszentrierten Problemlösens (nach Friege [11]) basiert. Nach diesem Modell lässt sich das Problemlösen in vier Phasen unterteilen, die unterschiedliche Anforderungen an den Bearbeitenden stellen. Die einzelnen Items des Tests wurden so entworfen, dass jeweils nur eine Phase eines Problems bearbeitet wird. Um der Komplexität des Problemlösens mit einer großen Variation von Aufgaben gerecht werden zu können, wurde ein spezielles Testheft-Design verwendet, das die Anzahl der zu bearbeitenden Aufgaben pro Testheft auf ein praktikables Maß reduziert.Ausgewertet wurde der Test mit Hilfe eines Rasch-Modells, das die Leistungen der Studierenden gut beschreibt. Über die Itemschwierigkeit lassen sich mehrere, qualitativ unterschiedliche Stufen finden, welche die Fähigkeiten der Studierenden mit entsprechendem Personenparameter widerspiegeln. Es wurden Gruppenvergleiche durchgeführt, die im Hinblick auf ein Modell zur Erklärung des Erfolgs beim Problemlösen erste Hinweise liefern

Problemlösen in der Mechanik: eine Untersuchung mit Studierenden

Sowohl im schulischen als auch universitären Umfeld nehmen Probleme in Form von Übungsaufgaben oder Prüfungen einen wichtigen Platz ein, da so die Leistungen der Lernenden in Physik eingeordnet werden können (vgl. z.B. Fischer & Draxler [1] oder Kühn [2]).Um die Leistung von Studierenden im Bereich „Mechanik“ zu messen, wurde ein Papier-und-Bleistift-Test entwickelt, der auf dem Modell des wissenszentrierten Problemlösens (nach Friege [11]) basiert. Nach diesem Modell lässt sich das Problemlösen in vier Phasen unterteilen, die unterschiedliche Anforderungen an den Bearbeitenden stellen. Die einzelnen Items des Tests wurden so entworfen, dass jeweils nur eine Phase eines Problems bearbeitet wird. Um der Komplexität des Problemlösens mit einer großen Variation von Aufgaben gerecht werden zu können, wurde ein spezielles Testheft-Design verwendet, das die Anzahl der zu bearbeitenden Aufgaben pro Testheft auf ein praktikables Maß reduziert.Ausgewertet wurde der Test mit Hilfe eines Rasch-Modells, das die Leistungen der Studierenden gut beschreibt. Über die Itemschwierigkeit lassen sich mehrere, qualitativ unterschiedliche Stufen finden, welche die Fähigkeiten der Studierenden mit entsprechendem Personenparameter widerspiegeln. Es wurden Gruppenvergleiche durchgeführt, die im Hinblick auf ein Modell zur Erklärung des Erfolgs beim Problemlösen erste Hinweise liefern

Nicht-harmonische Schwingungen am Huygens-Raebiger Pendel

In der Lehramtsausbildung haben im physikalischen Praktikum zunehmend computergestützte Versuche ihren Platz gefunden. Hierbei ist nicht nur die computergestützte Messwertaufnahme von Vorteil. Die Studierenden haben auch bei der Auswertung die Möglichkeit sich mit vergleichsweise geringem Aufwand mit mathematischen Modellierungen von physikalischen Sachverhalten zu beschäftigen. Aus einer Reihe entwickelter Versuche für das physikalische Praktikum an der Pädagogischen Hochschule Freiburg beschäftigt sich ein Versuch mit den Unterschieden zwischen einer harmonischen Schwingung und einer nicht-harmonischen Schwingung. Es soll mit diesem Versuch gezeigt werden, dass für große Winkel ein physikalisches Pendel keine harmonische Schwingung vollzieht und dass dieser Effekt bei längeren Pendeln größer ist als bei kürzeren. In diesem Zusammenhang werden die Grenzen einer mathematischen Modellierung mit Hilfe eines CAS veranschaulicht. Als physikalisches Pendel wird das Huygens-Raebiger Pendel verwendet – ein Pendel das sowohl gekoppelt als ein Pendel schwingen kann, als auch entkoppelt als sieben „kleine“, sich durch die Länge der Stange unterscheidende, Pendel. Im Folgenden werden der Versuch und die Modellierung der Messergebnisse vorgestellt