Kategorie: TB2018

Physikalisches Fachwissen in Experimentierumgebungen nutzen

Schad, Vanessa, Cauet, Eva, Scheid, Jochen & Kauertz, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Selbstreguliertes Lernen in interaktiven Lernumgebungen erfordert Strategien zur Strukturierung des Problemlöseprozesses, aber auch Strategien zur Integration von fachspezifischem Wissen. Zahlreiche Studien bestätigen, dass Lernende in Experimentierumgebungen ihr fachspezifisches Wissen nicht nutzen. In einer Videostudie untersuchen wir, wie Lernende beim Experimentieren zur Nutzung ihres physikalischen Fachwissens angeregt werden können. Dazu werden die Lernenden gezielt auf die Strategie der Nutzung von Wissensschemata trainiert bevor sie selbstständig in Dreiergruppen experimentieren. Währenddessen erhalten sie Prompts, die die Nutzung der zuvor erlernten Strategie anregen. Die Lernenden werden in der Experimentierumgebung vor mehrere Teilprobleme gestellt, die zur Lösung des Hauptproblems beitragen und deren fachliche Inhalte sinnvoll aufeinander bezogen werden müssen. Es soll herausgefunden werden, ob eine Kombination von Strategietraining und Prompts die adäquate Nutzung von physikalischem Fachwissen in Schülererklärungen, die zur Lösung des Hauptproblems beitragen, anregt.

Referenz:

Schad, Vanessa, Cauet, Eva, Scheid, Jochen & Kauertz, Alexander (2018). Physikalisches Fachwissen in Experimentierumgebungen nutzen. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 832). Universität Regensburg

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Modeling and Development of Professional Content Knowledge of Pre-Service Physics Teachers

Enkrott, Patrick, Buschhüter, David & Borowski, Andreas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Im Rahmen des Projekts Profile-P+ wird u. a. der Zusammenhang des physikbezogenen Fachwissens und fachdidaktischen Wissens zu Performanztests untersucht, die die Lehreraktivitäten Planen, Erklären und Reflektieren abbilden. Fachwissen wird als notwendige Voraussetzung für das erfolgreiche Lösen der Performanztests angesehen. Um den Fachwissensbezug differenziert zu berücksichtigen, wird das Fachwissen in drei Facetten unterteilt: Schulwissen, vertieftes Schulwissen und universitäres Wissen. Bisher noch nicht abschließend untersucht ist, wie sich die einzelnen Facetten des Fachwissens im Laufe des Studiums entwickeln. Im Rahmen des Posters wird die Veränderung des Fachwissens über das Bachelor- und Masterstudium (im Quasi-Längsschnitt) sowie über das Praxissemester (Längsschnitt) hinweg untersucht. Vorgestellt werden erste Ergebnisse aus einer Kohorte von 490 Fachwissenstests über 12 Standorte. Der Quasi-Längsschnitt vergleicht dabei die Ergebnisse von 450 Bachelorstudierenden mit denen von 40 Masterstudierenden.

Referenz:

Enkrott, Patrick, Buschhüter, David & Borowski, Andreas (2018). Modeling and Development of Professional Content Knowledge of Pre-Service Physics Teachers. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 896). Universität Regensburg

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Individuelle Förderung experimenteller Fähigkeiten in der Grundschule – Pilotierungsergebnisse

Viefers, Rasmus, Theyßen, Heike & Schreiber, Nico

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Schon in der Grundschule sollen Schülerinnen und Schüler experimentelle Fähigkeiten erwerben. Dazu gehört auch die Variablenkontrollstrategie (VKS). Untersuchungen zeigen, dass die Variablenkontrollstrategie bereits in der Grundschule vermittelbar ist, Erwerb und Anwendung jedoch eine hohe kognitive Belastung mit sich bringen.

Als Unterstützungsangebote, die mit einer Reduzierung der kognitiven Belastung einhergehen, können gestufte Lernhilfen oder Lösungsbeispiele eingesetzt werden.

Ferner fördern beide Unterstützungsangebote die Selbstregulation. Unterschiede liegen insbesondere in dem Ausmaß der Autonomie, die die Schülerinnen und Schüler bei der Nutzung der Unterstützungsangebote erleben können.

Daher werden beide Unterstützungsangebote hinsichtlich ihrer Wirkungen auf die individuelle Förderung experimenteller Fähigkeiten in der Grundschule kontrastierend untersucht.

Referenz:

Viefers, Rasmus, Theyßen, Heike & Schreiber, Nico (2018). Individuelle Förderung experimenteller Fähigkeiten in der Grundschule – Pilotierungsergebnisse. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 836). Universität Regensburg

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Konzeption und Realisierung jahrgangsübergreifender Experimentier-Sets im Chemieunterricht im Kontext der Reformpädagogik nach Maria Montessori

Simon, Marcel & Woest, Volker

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Das Ziel des Projekts war es, chemische Experimente zu entwickeln, die für Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 07, 08 und 09 im Kontext des altersgemischten Unterrichts gleichermaßen geeignet sind. Dazu wurden theoriegeleitete Kriterien, u.a. nach Montessori (1938/1949), Hentig (1993) und Laging (2003), für die Erstellung altersheterogener Experimente erarbeitet, die durch Kriterien aus qualitativen Befragungen von Lehrkräften und Schülern ergänzt wurden. Das experimentelle Design wurde im Sommersemester 2017 an der Montessorischule Jena erprobt. Den Abschluss bildete eine qualitative Befragung der teilnehmenden Schülerinnen und Schüler. Das Projekt lieferte einen Erkenntnisgewinn über die Eignung der Materialien für altersheterogene Lernkontexte, sowie zur Darlegung wichtiger Konstruktionskriterien. Das Poster stellt die Ausgangslage, Projektmotivation und Montessorischule Jena vor, gibt Auskunft über das konkrete methodische Vorgehen und fasst Ergebnisse sowie deren Interpretationen zusammen.

Referenz:

Simon, Marcel & Woest, Volker (2018). Konzeption und Realisierung jahrgangsübergreifender Experimentier-Sets im Chemieunterricht im Kontext der Reformpädagogik nach Maria Montessori. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 840). Universität Regensburg

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Prozessorientierte Instrumente zur Erhebung experimenteller Strategien

Joußen, Norman, Fraß, Stephan & Heinke, Heidrun

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Bisher fehlten zur Untersuchung von Prozessaspekten bei der Durchführung von Realexperimenten geeignete Instrumente, um die experimentellen Handlungsabfolgen detailliert abbilden zu können. Deshalb wurden am Beispiel der optischen Justage bei einem Praktikumsversuch zwei prozessorientierte Instrumente entwickelt, die einen Einblick in strategische Aspekte experimenteller Prozesse liefern können. In einem vorstrukturierten Smartpen-Verlaufsprotokoll sind dabei alle im Experimentierraum möglichen Handlungen abgebildet, sodass diese mit dem Protokoll schrittweise dokumentiert werden können. Neben der Rekonstruktion der zeitlichen Schrittabfolge beim Experimentieren sind durch die Smartpens auch die Gespräche der Probanden zugänglich, die am Versuch jeweils zu zweit experimentieren. Die Daten aus den Smartpen-Verlaufsprotokollen werden mit denen aus einer am Versuchsaufbau implementierten Sensorik verglichen, die dieselben Handlungen indirekt erfasst. Im Beitrag werden ein Vergleich der Datensätze der beiden Erhebungsinstrumente und die Ableitung experimenteller Strategien vorgestellt.

Referenz:

Joußen, Norman, Fraß, Stephan & Heinke, Heidrun (2018). Prozessorientierte Instrumente zur Erhebung experimenteller Strategien. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 844). Universität Regensburg

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Einsatz der App phyphox in Physikvorlesungen und -übungen

Hütz, Simon, Staacks, Sebastian, Stampfer, Christoph & Heinke, Heidrun

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Durch die große Verbreitung von Smartphones (95% deutschen Jugendlichen zwischen 16 und 19 Jahren besitzen ein Smartphone) ist dieses Medium auch systematisch in der Hochschullehre einsetzbar. Die App phyphox (www.phyphox.org) kann in einer einzelnen App die Sensordaten der vielfältigen, in Smartphones verbauten Sensoren auslesen und auswerten. Somit besteht die Möglichkeit, die Studierenden experimentelle Aufgaben in den Übungen bearbeiten zu lassen. Durch den in der App vorhandenen optionalen Fernzugriff wird die Einsatzmöglichkeit auf Demonstrationsexperimente in Vorlesungen erweitert. Mit Hilfe eines Webeditors ist es außerdem möglich, die Auswertung und Darstellung der Sensordaten an die Lerner-Voraussetzungen anzupassen.

Mit den dargestellten Eigenschaften der App phyphox kann das Prinzip des Flipped Classroom sinnvoll an die Besonderheiten der Ausbildung in der (experimentellen) Physik angepasst werden. Hierzu sollen modulare Vorlesungseinheiten entwickelt und ihre Wirksamkeit getestet werden. Im Poster werden erste Einheiten und die Akzeptanz bei Studierenden vorgestellt.

Referenz:

Hütz, Simon, Staacks, Sebastian, Stampfer, Christoph & Heinke, Heidrun (2018). Einsatz der App phyphox in Physikvorlesungen und -übungen. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 848). Universität Regensburg

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Didaktische Konzeption einer Augmented-Reality-Experimentierumgebung

Ermel, Dorothee, Haase, Sebastian, Kirstein, Jürgen & Nordmeier, Volkhard

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Ziel des Forschungsprojekts “Erfahrungsbasiertes Lernen durch interaktives Experimentieren in erweiterten Realumgebungen – ELIXIER” ist die Verbesserung experimenteller Praktika in der naturwissenschaftlichen sowie ingenieurstechnischen Bildung. Eine adaptive Mixed-Reality-Experimentierumgebung ermöglicht dazu eine nahtlose Lernbegleitung (Seamless Learning) über alle Phasen des Experimentierzyklus (Orientieren – Vorbereiten – Durchführen – Nachbereiten).

Die Integration multimedialer und interaktiver Elemente soll die Experimentiererfahrung erweitern und den experimentellen Kompetenzerwerb verbessern. Der Lernprozess wird durch die Analyse von Handlungen, Experimentzuständen und über die intelligente Vernetzung aller Komponenten in einer webbasierten Infrastrukturlösung im “Seamless Smart Lab (S2L)” unterstützt. Eine virtuelle, tutorielle Assistenz begleitet den Experimentierzyklus und stellt bedarfsgerecht Informationen und weiterführende Hinweise zur Verfügung. In ersten Nutzerstudien wurde das System als nützlich zum Lernen eingestuft und die Funktionen als sinnvoll erachtet.

Referenz:

Ermel, Dorothee, Haase, Sebastian, Kirstein, Jürgen & Nordmeier, Volkhard (2018). Didaktische Konzeption einer Augmented-Reality-Experimentierumgebung. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 852). Universität Regensburg

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Experimentieren in der Hochschule – Prüfung der Passung eines Modells

Schäfer, Simon, Tiemann, Rüdiger & Koenen, Jenna

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Das Berliner Modell der Erkenntnisgewinnung beschreibt den Zusammenhang zwischen den naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen und dem Dreischritt des wissenschaftlichen Denkens (vgl. Nehring et al., 2012). Dieses Modell zeigt gute Passungen für den Schulbereich, in dem Erkenntnisgewinnung fest verankert ist. Da im Hochschulbereich eigenständiges wissenschaftliches Arbeiten zu erlernen und eine professionelle Handlungskompetenz im Bereich Erkenntnisgewinnung zu entwickeln ist, ist diese auch dort von Relevanz. Ungeklärt ist jedoch inwieweit sich das Modell auf den Hochschulbereich übertragen lässt. Im Rahmen dieser quantitativen Studie wurde auf die Arbeitsweise des Experimentierens fokussiert und der entsprechende Teil des zur Überprüfung des Modells entwickelten und validierten Testinstruments (vgl. Nehring, 2014) im zweiten Hochschulsemester eingesetzt. Die Ergebnisse geben erste Aufschlüsse über die Eignung des Instruments für den Hochschulbereich und die Übertragbarkeit des Modells. Des Weiteren werden Zusammenhänge zu anderen Variablen, u. a. Fachwissen und Intelligenz, aufgezeigt.

Referenz:

Schäfer, Simon, Tiemann, Rüdiger & Koenen, Jenna (2018). Experimentieren in der Hochschule – Prüfung der Passung eines Modells. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 856). Universität Regensburg

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Experimentieren als zentraler Aspekt in der Chemielehrerbildung

Kriehuber, Eva, , Florian Boch & Nerdel, Claudia

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Das Experiment gehört zu den grundlegenden Arbeitsweisen der Naturwissenschaften und sollte daher auch in einen qualitativ anspruchsvollen Chemieunterricht implementiert werden. Um dies zu ermöglichen, sollten angehende Lehrkräfte selbst mit dem Experimentieren vertraut gemacht werden. Dazu gehören nicht nur die handwerklichen Fähigkeiten im Sinne eines „kochbuchartigen Nachkochens“ von Versuchsvorschriften, sondern auch das Verständnis des Experimentes als einen Teil eines Problemlöseprozesses zum Erkenntnisgewinn sowie seine didaktische Gestaltung für den Unterricht. In einem interdisziplinären Ansatz werden daher im Teach@TUM Projekt fachwissenschaftliche und fachdidaktische Aspekte verknüpft. Den Lehramtsstudierenden werden neben den fachwissenschaftlichen Aspekten die Einsatzmöglichkeiten in der Schule und ein selbstreflektierter Umgang mit der Arbeitsweise Experimentieren nähergebracht. Zusätzlich wird die Berufsrelevanz für die Studierenden durch die Bezüge im Grundpraktikum bereits zu einem frühen Zeitpunkt gestärkt.

Referenz:

Kriehuber, Eva, , Florian Boch & Nerdel, Claudia (2018). Experimentieren als zentraler Aspekt in der Chemielehrerbildung. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 860). Universität Regensburg

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Desiderate bei der manuellen Ausführung von Experimenten

Haag, Guido, Scheid, Jochen, Löffler, Patrick & Kauertz, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Experimente sind als Beispiele von Scientific Inquiry und NOS wesentlich. Viele Studien zeigen jedoch, dass der Wissenszuwachs hinter den Erwartungen zurückbleibt. Als mögliche Gründe werden der Mangel an fachlichem Vorwissen, Konzepten und kognitiver Aktivierung, das kochbuchartige Abarbeiten etc. angenommen. In diesen Kontexten wird oft die experimentelle Handlungskompetenz als wesentlicher Faktor für den Lernerfolg gesehen. Welchen Einfluss die Qualität der handwerklichen Umsetzung hat, ist allerdings noch wenig untersucht, da sie nur hochinferent zu erfassen ist. In einer Vorstudie wurden Studierende beim Experimentieren fachlich so betreut, dass möglichst nur die konkrete Durchführung der Thermodynamikexperimente Einfluss auf das Messergebnis hatte. Wir kategorisierten anhand einer Videographie Handlungen, die potentiell die Messunsicherheit vergrößern. Es werden Unsicherheiten, die durch die Variablenkontrolle, die Nutzung der Messgeräte und Auswahl der Massen- und Temperaturverhältnisse entstehen kategorisiert. Ergebnisse der Vorstudie werden vorgestellt.

Referenz:

Haag, Guido, Scheid, Jochen, Löffler, Patrick & Kauertz, Alexander (2018). Desiderate bei der manuellen Ausführung von Experimenten. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 864). Universität Regensburg

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