Using instructional videos to improve physics education

Instructional videos are widely popular on platforms like YouTube. Students watch them for various purposes, including to prepare for exams, to repeat topics they did not understand, or simply for entertainment. However, there is a lot of evidence from recent studies that just watching an instructional video often fails. If they are not embedded in ongoing cognitive activities and designed poorly, they can even do more harm than good for learning physics. The workshop offers learning opportunities for analyzing the quality of instructional videos and for applying guidelines on how to deal with instructional videos in physics education. The main principle is simple: instructional videos are certainly not teaching – but they could become a part of well-designed instruction if teachers use them cautiously. Intended Audience: University and Secondary School Educator

Gelingensbedingungen physikalischer Erklärungen

Erklären ist eine Standardsituation des Physikunterrichtens. Gerade angehende Lehrkräfte sehen im Erklären eine Hauptschwierigkeit im Fachunterricht [1]. Erklären kann als ein wesentlicher Teil fachdidaktisch kompetenten Handelns von Lehrkräften aufgefasst werden („Explanation is at the core of science education“ ([2], S. 68)), doch auch Schülerinnen und Schüler müssen in sozialen Lernformen wie beispielsweise Gruppenpuzzles Physik in Form einer Erklärung aufbereiten und kommunizieren können. Dennoch gibt es nur wenige Studien, die Erklärungen in ihrer Wirkung analysieren oder sogar em-pirisch fundierte Gelingensbedingungen von Erklärensprozessen beschreiben. In diesem Beitrag wird dargestellt, welche empirisch und theoretisch abgesicherten Ergebnisse zur effektiven Gestal-tung von Erklärungen vorliegen (z.B. [3], [4]). Zudem wird vor einem konstruktivistischen Hinter-grund argumentiert, warum das Erklären auch Teil modernen Physikunterrichts sein kann. Dies mündet in den Einblick in ein aktuelles Forschungsprojekt, das sich mit Erklärungen von Physik beschäftigt

Gelingensbedingungen physikalischer Erklärungen

Erklären ist eine Standardsituation des Physikunterrichtens. Gerade angehende Lehrkräfte sehen im Erklären eine Hauptschwierigkeit im Fachunterricht [1]. Erklären kann als ein wesentlicher Teil fachdidaktisch kompetenten Handelns von Lehrkräften aufgefasst werden („Explanation is at the core of science education“ ([2], S. 68)), doch auch Schülerinnen und Schüler müssen in sozialen Lernformen wie beispielsweise Gruppenpuzzles Physik in Form einer Erklärung aufbereiten und kommunizieren können. Dennoch gibt es nur wenige Studien, die Erklärungen in ihrer Wirkung analysieren oder sogar em-pirisch fundierte Gelingensbedingungen von Erklärensprozessen beschreiben. In diesem Beitrag wird dargestellt, welche empirisch und theoretisch abgesicherten Ergebnisse zur effektiven Gestal-tung von Erklärungen vorliegen (z.B. [3], [4]). Zudem wird vor einem konstruktivistischen Hinter-grund argumentiert, warum das Erklären auch Teil modernen Physikunterrichts sein kann. Dies mündet in den Einblick in ein aktuelles Forschungsprojekt, das sich mit Erklärungen von Physik beschäftigt

Kompetenzdiagnostik mit qualitativen Methoden am Beispiel eines Rollenspiels. Zum Verhältnis von Kognition und Volition bei Kommunikationskompetenz

In diesem Beitrag wird die Konzeption eines Rollenspiels beschrieben, das als qualitative Methode zur Diagnose von Kommunikationskompetenz im Sinne der Bildungsstandards Physik entwickelt wurde. Die Methode wurde in einer Pilot- und einer Hauptstudie erprobt. Mithilfe qualitativer Inhaltsanalyse können Kategorien gefunden werden, mit denen es möglich ist, die Ausprägung von Kommunikationskompetenz zu diagnostizieren. Es gelingt dabei, zwei Arten von Kategorien auszumachen, die sich den zwei Aspekten von Kompetenz nach Weinert zuordnen lassen: kognitive Fähigkeiten einerseits und motivational-sozial-volitionale Fähigkeiten bzw. Bereitschaften andererseits. Die Ergebnisse des Rollenspiels werden mit denen einer quantitativen diagnostischen Methode (Paper-and-Pencil-Test) verglichen. Das Verhältnis von kognitiver und motivational-sozial-volitionaler Komponente wird analysiert. Es zeigt sich dabei, dass die Ausprägungen der kognitiven Komponente und der motivational-sozial-volitionalen Komponente in keinem direktem Zusammenhang stehen. Außerdem kann gezeigt werden, dass mit dem schriftlichen Test nur die kognitive Komponente erhoben wird

Entwicklung eines interaktiven computerbasierten Tests für Erklärfähigkeit

Das Erklären physikalischer Sachverhalte wird als eine wichtige Fähigkeit von Physiklehrkräften betrachtet. Gleichzeitig zeigen Studien, dass angehende Lehrkräfte das Erklären solcher Sachverhalte als anspruchsvoll wahrnehmen. Vor diesem Hintergrund wurde von Kulgemeyer und Schecker (2013) bereits ein Modell entwickelt, das den Prozess des Erklärens in einem Dialog zwischen einemExperten (Erklärer / Lehrkraft) und einem Novizen (Adressat / Schüler) beschreibt. Dazu wurde zudem ein Test entwickelt, der die Erklärfähigkeit von Probanden misst (Kulgemeyer und Tomczyszyn 2015). Der Test beruht auf Videoaufzeichnungen des Erklärens von Probandinnen und Probanden. Die aus diesem Test gewonnenen Erkenntnisse können als besonders valide angesehen werden; der Test ist jedoch in Durchführung und Auswertung aufwändig. Im hier vorgestellten Projekt soll ein computerbasierter Kompetenztest entwickelt werden, bei dem die Erklärfähigkeit vonPhysiklehrkräften in großen Stichproben erhoben werden kann. Der Test basiert auf Videovignetten von Erklärsituationen, nach deren Ende die Probanden im two tier multiple choice-Design aufgefordert werden, das weitere, optimale Vorgehen bei der Erklärung auszuwählen und anschließend zu begründen. Mit diesem Test soll der Zusammenhang der Erklärfähigkeit von Lehrkräften und der Lernwirkung bei Schülerinnen und Schülern exploriert werden. Wir erläutern grundlegende  Überlegungen bei der Testkonstruktion und stellen eine erste Version des Instruments vor

Kompetenzdiagnostik mit qualitativen Methoden am Beispiel eines Rollenspiels. Zum Verhältnis von Kognition und Volition bei Kommunikationskompetenz

In diesem Beitrag wird die Konzeption eines Rollenspiels beschrieben, das als qualitative Methode zur Diagnose von Kommunikationskompetenz im Sinne der Bildungsstandards Physik entwickelt wurde. Die Methode wurde in einer Pilot- und einer Hauptstudie erprobt. Mithilfe qualitativer Inhaltsanalyse können Kategorien gefunden werden, mit denen es möglich ist, die Ausprägung von Kommunikationskompetenz zu diagnostizieren. Es gelingt dabei, zwei Arten von Kategorien auszumachen, die sich den zwei Aspekten von Kompetenz nach Weinert zuordnen lassen: kognitive Fähigkeiten einerseits und motivational-sozial-volitionale Fähigkeiten bzw. Bereitschaften andererseits. Die Ergebnisse des Rollenspiels werden mit denen einer quantitativen diagnostischen Methode (Paper-and-Pencil-Test) verglichen. Das Verhältnis von kognitiver und motivational-sozial-volitionaler Komponente wird analysiert. Es zeigt sich dabei, dass die Ausprägungen der kognitiven Komponente und der motivational-sozial-volitionalen Komponente in keinem direktem Zusammenhang stehen. Außerdem kann gezeigt werden, dass mit dem schriftlichen Test nur die kognitive Komponente erhoben wird

Entwicklung eines interaktiven computerbasierten Tests für Erklärfähigkeit

Das Erklären physikalischer Sachverhalte wird als eine wichtige Fähigkeit von Physiklehrkräften betrachtet. Gleichzeitig zeigen Studien, dass angehende Lehrkräfte das Erklären solcher Sachverhalte als anspruchsvoll wahrnehmen. Vor diesem Hintergrund wurde von Kulgemeyer und Schecker (2013) bereits ein Modell entwickelt, das den Prozess des Erklärens in einem Dialog zwischen einemExperten (Erklärer / Lehrkraft) und einem Novizen (Adressat / Schüler) beschreibt. Dazu wurde zudem ein Test entwickelt, der die Erklärfähigkeit von Probanden misst (Kulgemeyer und Tomczyszyn 2015). Der Test beruht auf Videoaufzeichnungen des Erklärens von Probandinnen und Probanden. Die aus diesem Test gewonnenen Erkenntnisse können als besonders valide angesehen werden; der Test ist jedoch in Durchführung und Auswertung aufwändig. Im hier vorgestellten Projekt soll ein computerbasierter Kompetenztest entwickelt werden, bei dem die Erklärfähigkeit vonPhysiklehrkräften in großen Stichproben erhoben werden kann. Der Test basiert auf Videovignetten von Erklärsituationen, nach deren Ende die Probanden im two tier multiple choice-Design aufgefordert werden, das weitere, optimale Vorgehen bei der Erklärung auszuwählen und anschließend zu begründen. Mit diesem Test soll der Zusammenhang der Erklärfähigkeit von Lehrkräften und der Lernwirkung bei Schülerinnen und Schülern exploriert werden. Wir erläutern grundlegende  Überlegungen bei der Testkonstruktion und stellen eine erste Version des Instruments vor

ProfiLe-P – Professionswissen in der Lehramtsausbildung Physik. Vorstellung eines Forschungsverbundes

 Der Forschungsverbund „Professionswissen in der Lehramtsausbildung Physik" (ProfiLe-P) hat sich zum Ziel gesetzt, ein Rahmenmodell des Professionswissens angehender Physiklehrerinnen und -lehrer sowie von Übungsleiterinnen und -leitern der Physik zu entwickeln. Das Modell soll deklarative, analytische und prozedurale Komponenten fachdidaktischen Wissens sowie physikalisches Fachwissen umfassen. Im Verbund sind drei Teilvorhaben angelaufen. DaWis (Universität Paderborn) setzt sich mit der analytischen und deklarativen Komponente fachdidaktischen Wissens auseinander, EWis (Universität Bremen) beschäftigt sich mit den prozeduralen Komponenten fachdidaktischen Wissens und FaWis (Universität Duisburg-Essen, RWTH Aachen) behandelt das physikalische Fachwissen. Es werden Testinstrumente für alle Bereiche entwickelt und an der Zielgruppe - Physik-Lehramtsstudierende aller Stufen sowie Übungsgruppenleiter -  validiert. Als Vergleichsgruppe sind Vollfachstudierende der Physik sowie Lehramtsstudierende der Mathematik einbezogen. Analysiert werden soll insbesondere die Vernetzung der einzelnen Bereiche des Professionswissens. Das Projekt ist im November 2011 gestartet worden und läuft bis Mitte 2015.

ProfiLe-P – Professionswissen in der Lehramtsausbildung Physik. Vorstellung eines Forschungsverbundes

 Der Forschungsverbund „Professionswissen in der Lehramtsausbildung Physik" (ProfiLe-P) hat sich zum Ziel gesetzt, ein Rahmenmodell des Professionswissens angehender Physiklehrerinnen und -lehrer sowie von Übungsleiterinnen und -leitern der Physik zu entwickeln. Das Modell soll deklarative, analytische und prozedurale Komponenten fachdidaktischen Wissens sowie physikalisches Fachwissen umfassen. Im Verbund sind drei Teilvorhaben angelaufen. DaWis (Universität Paderborn) setzt sich mit der analytischen und deklarativen Komponente fachdidaktischen Wissens auseinander, EWis (Universität Bremen) beschäftigt sich mit den prozeduralen Komponenten fachdidaktischen Wissens und FaWis (Universität Duisburg-Essen, RWTH Aachen) behandelt das physikalische Fachwissen. Es werden Testinstrumente für alle Bereiche entwickelt und an der Zielgruppe - Physik-Lehramtsstudierende aller Stufen sowie Übungsgruppenleiter -  validiert. Als Vergleichsgruppe sind Vollfachstudierende der Physik sowie Lehramtsstudierende der Mathematik einbezogen. Analysiert werden soll insbesondere die Vernetzung der einzelnen Bereiche des Professionswissens. Das Projekt ist im November 2011 gestartet worden und läuft bis Mitte 2015.

Misconceptions in Physics Explainer Videos and the Illusion of Understanding: An Experimental Study

Despite their potential, some of the online explainer videos for physics present misconceptions as scientifically correct explanations. Even so, some of these videos achieve good ratings on YouTube. A possible reason is that explainer videos with misconceptions foster an “illusion of understanding”—the mistaken belief that a topic has been understood. In particular, misconceptions close to everyday experiences might appear more attractive than scientifically correct explanations. This experimental study (N = 149 physics learners with a low prior knowledge) was conducted to research this effect. Two explainer videos were developed to be comparable in terms of comprehensibility and duration. The explanatory approach was the only difference between the two videos. While the experimental group watched a video introducing the concept of force using misconceptions, the control group watched a scientifically correct video. In the posttest, the experimental group believed that the video including misconceptions was scientifically correct, that they understood the concept, and that they would not require further instruction—indicators of an illusion of understanding. The video was perceived as significantly more understandable than the scientifically correct video (d = 0.42). Also, the experimental group learned significantly more erroneous knowledge about the misconception than the control group about the scientifically correct concept (2 = 0.11). We argue that this might become problematic (a) in physics instruction because students who have watched a misleading video might regard further teaching in school as irrelevant, and (b) learners might tend to rate videos including misconceptions better on an online platform like YouTube