Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten

Der Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden

Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten

Der Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden

Messungen der Domänenwanddynamik mittels Magneto-optischer-Kerr-Magnetometrie

Ferromagnetic nanostructures are a promising candidate for future data storage and logic applications. For this especially the domain walls separating magnetic domains and in particular their manipulation and motion is of interest. Permalloy an alloy of nickel and iron - has been proven to be an ideal model system for this, since the magnetisation configuration can be easily tuned by the sample geometry.This work covers two aspects of domain wall motion in microscopic permalloy nanowires: Firstly, the motion in external magnetic fields and the influence of differently high levels of holmium doping is observed. Secondly, the effects of both local and global heating of the sample structure and their effect on the domain wall motion are probed.For these investigations a focussed magneto-optical Kerr microscope was built. Due to a focus diameter of less than 1µm and the usage of an intense laser source the detection of the motion of individual domain wall in real time is possible. The time resolution reached is below 2ns. Furthermore, the laser allows to alter the sample temperature locally and to probe the domain wall dynamics in this region under the influence of the generated temperature gradients.When doping Permalloy with rare earth metals like holmium the so called Gilbert damping constant alpha rises. By measuring the local velocity distribution of more than one hundred individual domain walls the domain wall velocity if found to drop with increasing alpha. This trend was also predicted by one-dimensional analytical models.The magnetic structures were strongly heated by using high laser intensities and special substrates with a low thermal conductivity. This resulted in high temperature gradients in the order of 100K/µm. Probing the critical pepinning field, which is needed to move a domain wall, for walls positioned within the temperature gradient, a dependence on both the direction and magnitude of the gradient is found. This can be explained by spin currents caused by the temperature gradients (the so called spin-Seebeck-effect). These measurements are completed by directly probing the spin currents utilising the inverse spin-Hall-effect. This opens a new possibility of manipulating domain wall motion as well as generating pure spin currents

Konzepte Studierender zur Unsicherheit von Messdaten

Der Umgang mit Messunsicherheiten ist in den experimentellen Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung, da erst sie ein Ergebnis bewert- und vergleichbar machen. Der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten ist daher zentraler Gegenstand der Ausbildung in den physikalischen Praktika. Nichtsdestotrotz zeigen Studien gravierende Fehlvorstellungen in diesem Bereich, die auch auf voruniversitäre Präkonzepte der Studierenden zurückgehen. Selbst bei der Auswertung von Dissertationen im Fach Physik können einige dieser Fehlvorstellungen noch gefunden werden. Um das Lernen der Studierenden genauer beobachten und Fehlkonzepte diagnostizieren zu können, wurden im Laufe des ersten Studiensemesters die mentalen Modelle Studierender mittels Concept-Maps abgebildet. Der Vergleich ihrer inhaltlichen Struktur mit Concept-Maps von Experten, unter anderem auf der Basis verschiedener graphentheoretischer Maße, ermöglicht die Bewertung der inhaltlichen Güte dieser Concept-Maps. So konnten im Längsschnitt Lernfortschritte, aber auch persistente Fehlkonzepte diagnostiziert werden.publishe

Entwicklung eines Workflows für quantitative Datenauswertungen in R für die MINT-Didaktiken

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Measuring the magnetic field of a low frequency LC-circuit with phyphox

In high school, LC(R)-circuits are an integral component of physics education. We propose a new setup for exploring those circuits utilizing the magnetic field sensor of a smartphone in combination with the application phyphox, which reads and displays sensor input. Coils with high inductance and low resistance generate low frequency oscillations which can be visualized without any measuring devices other than a smartphone. The results are very satisfactory, because the resolution of the graph is high and the theoretical values match principal features of the measurements. Also, the setup can be achieved with low-cost components.publishe

Naturwissenschaftlicher Unterricht während der Corona-Pandemie

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Implementing Digital Competencies in University Science Education Seminars Following the DiKoLAN Framework

Prospective teachers must acquire subject-specific digital competencies to design contemporary lessons and to promote digital competencies among students themselves. The DiKoLAN framework (Digital Competencies for Teaching in Science Education) describes basic digital competencies for the teaching profession in the natural sciences precisely for this purpose. In this article, we describe the development, implementation, and evaluation of a university course based on DiKoLAN which promotes the digital competencies of science teachers. As an example, the learning module Data Processing in Science Education is presented, and its effectiveness is investigated. For this purpose, we used a questionnaire developed by the Working Group Digital Core Competencies to measure self-efficacy, which can also be used in the future to promote digital competencies among pre-service teachers. The course evaluation showed a positive increase in the students’ self-efficacy expectations. Overall, the paper thus contributes to teacher education by using the course as a best-practice example—a blueprint for designing new courses and for implementing a test instrument for a valid evaluation.publishe

Testing new concepts in university teacher training for the acquisition of digital competencies according to DiKoLAN : development and investigation of the effectiveness of a teaching‐learning module in the field of simulation and modelling

Der Orientierungsrahmen DiKoLAN beschreibt digitale Basiskompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften. Eine Lehrveranstaltung des Lehrstuhls für Fachdidaktik der Naturwissenschaften an der Universität Konstanz widmet sich gezielt dem Aufbau der in DiKoLAN genannten Kompetenzen. In diesem Artikel werden die Konzeption, die Umsetzung und die Evaluation eines Lehr-Lernmoduls im Bereich Simulation und Modellierung beschrieben. Die Evaluation des Moduls hat Wissensfelder mit Entwicklungspotenzial bei den Studierenden offengelegt, die Stärken einer strukturellen Orientierung an DiKoLAN aufgezeigt und Ansätze zur Optimierung zukünftiger Lehrveranstaltungen zur Förderung digitaler Kompetenzen im Bereich Simulation und Modellierung gegeben.publishe