Kategorie: TB2020

Modellreaktionen für Basiskonzepte der Photochemie
mit Sonnenlicht oder LED-Lichtquellen

Hoffmann, Heiko & Tausch, Michael W.

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Lücke zwischen dem Scientific Content Knowledge SCK und dem Pedagogical Content Knowledge PCK im Bereich organischer Photoreaktionen wird in diesem Vortrag mithilfe von Experimenten und adäquaten Konzepten überbrückt. Als Modellreaktionen und experimenteller Einstieg für Basiskonzepte des Chemieunterrichts und der Photochemie wurde die Photopinakolisierung von Benzophenon bzw. die Fluoreszenzlöschung von Aesculin gewählt, die sich im Sonnenlicht oder mit LED-Lichtquellen untersuchen lassen. Die Beobachtungen können in der Schule mittels einfacher Methoden (Dünnschichtchromatographie, Schmelztemperaturbestimmung) vorgenommen werden. Die Experimente dienen der Erschließung fachlicher Inhalte, z.B. Einfluss der Anregungswellenlängen, der Bestrahlungsintensität und des Sauerstoffs, Energietransfer, Quantenausbeuten, Konkurrenzreaktionen, Wasserstoffatom-Donator-Qualität. Dabei kommen mehrere Basiskonzepte des Chemie- und Physikunterrichts, u.a. das Energie-, das Stoff-Teilchen-, das Struktur-Eigenschafts- und das Donator-Akzeptor-Konzept zur Anwendung, Vertiefung und Erweiterung.

Referenz:

Hoffmann, Heiko & Tausch, Michael W. (2020). Modellreaktionen für Basiskonzepte der Photochemie
mit Sonnenlicht oder LED-Lichtquellen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 528). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Empirische Struktur von Modellnutzung im Chemieunterricht

Rost, Marvin & Tiemann, Rüdiger

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Bildungsstandards für die Sekundarstufe 1 sehen für das Kompetenzfeld „Erkenntnisgewinnung“ vor, dass Modelle für das Durchlaufen des hypothetisch-deduktiven Denkens genutzt werden sollen. Da der Modellbegriff – bspw. im Gegensatz zum Experimentieren mit Variablenkontrolle – sehr unscharf ist, sind einheitliche Begriffsbildung und Messinstrumente entsprechender Fähigkeiten nötig. Wir schlagen ein theoretisches Konstrukt zur verallgemeinerbaren Nutzung von Modellen im Chemieunterricht vor und präsentieren Ergebnisse einer quantitativen Multiple-Choice-Studie (N=512). Unter Verwendung eines Full-Information-Maximum-Likelihood-Verfahrens innerhalb der Item-Response-Theorie passt ein zweifaktorielles Modell der Modellnutzung am besten zu den Daten. Wir interpretieren die beiden Faktoren als „deskriptiv-statisch“ & „prädiktiv-dynamisch“. Latente Regressionen (Lesegeschwindigkeit, Fachwissen, allg. kognitive Fähigkeiten) auf die Lösungswahrscheinlichkeit werden in die Überlegungen mit einbezogen und Einschränkungen der Studie (bspw. Fallzahl & Erhebungszeitraum) diskutiert.

Referenz:

Rost, Marvin & Tiemann, Rüdiger (2020). Empirische Struktur von Modellnutzung im Chemieunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 532). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Ein chemisches Fachwissensnetz – Analyse von möglichen Lernwegen

Celik, Kübra & Walpuski, Maik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Nationale und internationale Studien haben gezeigt, dass viele Schülerinnen und Schüler nicht die von ihnen geforderten fachlichen Kompetenzen erreichen, sodass grundlegendes Chemiewissen fehlt. Aufgrund der hierarchischen Struktur des Faches Chemie können diese Defizite nicht mehr in den weiteren Lernjahren aufgeholt werden. Daher wurden grundlegende chemische Konzepte (Kernideen) beschrieben und miteinander vernetzt, um mögliche Lernwege aufzuzeigen und die Abhängigkeiten zwischen den Kernideen empirisch zu überprüfen. Dazu wurden Testaufgaben entwickelt, pilotiert und anschließend zu zwei Messzeitpunkten eingesetzt. Die Fit-Statistiken zeigen sehr gute Item- und Personenreliabilitäten auf. Für die Überprüfung der Abhängigkeiten zwischen zwei Kernideen wurde der McNemar Test eingesetzt. Die Überprüfung der Abhängigkeiten von größeren Ausschnitten des Wissensnetzes erfolgt mit den Bayesschen Netzen. Die Analysen ermöglichen es, die Lernwege empirisch zu bestätigen oder zu widerlegen, sodass diese am Ende sowohl als Orientierungs- und Diagnoseinstrument eingesetzt werden kann.

Referenz:

Celik, Kübra & Walpuski, Maik (2020). Ein chemisches Fachwissensnetz – Analyse von möglichen Lernwegen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 536). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Interface-Analogien für eine zeitgemäße Fachdidaktik Ernährung

Waldner, Ines

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die gegenwärtigen Ansätze im Bereich der Ernährungs- und Verbraucherbildung bedienen sich unter dem Anspruch der Mehrperspektivität eines multi- und interdisziplinären Konzepts mit transdisziplinären Gelenkstellen, um die Erfordernisse für den Erwerb der unterschiedlichen Teilkompetenzen innerhalb der angestrebten nutrition literacy abzubilden, wobei hintergründig verschiedenste Wissensbereiche natur- und geisteswissenschaftlicher Disziplinen mitwirken. Das Ziel dabei Transdisziplinarität umzusetzen impliziert, an den Schnittstellen der beteiligten Akteure gemeinsame Sichtweisen und Ansatzpunkte zu identifizieren, wobei sich die „gemeinsame Sprache“ als wichtiger neuralgischer Punkt und damit maßgebliches Steuerelement für den Erfolg der Kommunikation erweist. Im Beitrag werden paradigmatisch Abläufe auf Ebene der Kommunikationstranslation hinsichtlich der Fachdidaktik Ernährung herausgestellt und daraus Optimierungsimpulse innerhalb einer nachhaltigen, auf Urteilskompetenz basierenden Ernährungsbildung abgeleitet. Dies wird am Beispiel eines Vernetzungsprojektes expliziert.

Referenz:

Waldner, Ines (2020). Interface-Analogien für eine zeitgemäße Fachdidaktik Ernährung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 540). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Energieerhaltung in der Sekundarstufe 1

Hauff-Achleitner, Andrea & Hopf, Martin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Das Energiekonzept ist besonders wichtig für ein tiefergehendes Verständnis der Naturwissenschaften. Energieerhaltung wird in vielen Forschungsbeiträgen als schwieriges Teilkonzept beschrieben. Es wurde ein neues Unterrichtskonzept für die Sek 1 – aufbauend auf Vorarbeiten von Martin Bader – entwickelt, welches die Energieerhaltung in den Vordergrund stellt.Um die Wirksamkeit des neuen Curriculums empirisch zu überprüfen, wird mit einem Mixed-Methods-Ansatz in einem Vergleichsstudiendesign gearbeitet. Die Lernerfolge der Schülerinnen und Schüler wurden im Prae- und Posttest-Design untersucht. Die Antworten der offenen Fragen wurden analysiert und kategorisiert. Die so erhaltenen Kategorien zeigen die häufigsten Schwierigkeiten mit dem Energiekonzept. Im Vortrag werden die Schwierigkeiten der Schülerinnen und Schüler vorgestellt und auch die Unterschiede zwischen Kontroll- und Treatmentgruppe diskutiert.

Referenz:

Hauff-Achleitner, Andrea & Hopf, Martin (2020). Energieerhaltung in der Sekundarstufe 1. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 483). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik mit Einzelphotonenexperimenten – Ergebnisse einer Pilotstudie

Bitzenbauer, Philipp & Meyn, Jan-Peter

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Basierend auf den Ergebnissen der Delphi-Studie von Weber (2018) zur Planung einer bedarfsorientierten Lehrerausbildung in Quantenphysik wird ein neu konzipiertes Konzept für Quantenphysik vorgestellt, das von der Quantenoptik ausgeht. Technische Details, wie die Funktion von Einphotonendetektoren werden genauso didaktisch rekonstruiert dargestellt, wie die Koinzidenzmessungen als grundlegende Messmethode in Einphotonenexperimenten. Der Antikorrelationsfaktor g^2(0)wird durch einfache Bruchrechnung abgeleitet und in einem Realexperiment mit einzelnen Photonen gemessen, um die Unteilbarkeit von Photonen am Strahlteiler zu zeigen.

Die Ergebnisse durchgeführter “Teaching Experiments” zur Untersuchung der Akzeptanz der entwickelten Erklärungsansätze zu wesentlichen inhaltlichen Bestandteilen des geplanten Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik werden vorgestellt.

Damit wird gezeigt, wie die Quantenphysik von einem modernen Standpunkt aus eingeführt werden kann und wie quantenoptische Realexperimente auf die Lernenden wirken.

Referenz:

Bitzenbauer, Philipp & Meyn, Jan-Peter (2020). Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik mit Einzelphotonenexperimenten – Ergebnisse einer Pilotstudie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 487). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Wie entwickeln sich Wissen und Fähigkeiten im Physiklehramtsstudium?

Vogelsang, Christoph, Borowski, Andreas, Kulgemeyer, Christoph & Riese, Josef

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Referenz:

Vogelsang, Christoph, Borowski, Andreas, Kulgemeyer, Christoph & Riese, Josef (2020). Wie entwickeln sich Wissen und Fähigkeiten im Physiklehramtsstudium?. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 427). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Schülervorstellungen im Bereich der Radioaktivität

Schrader, Nicole & Bolte, Claus

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Mittlerweile gibt es eine kaum noch überschaubare Zahl von Untersuchungen zu Schülervorstellungen und deren Veränderungen durch naturwissenschaftlichen Unterricht (vgl. u.a. Pfund & Duit 2009). Während die Vorstellungen in wesentlichen Inhaltsbereichen der Chemie und Physik inzwischen als hinlänglich erforscht gelten, bilden Untersuchungen zu Schülervorstellungen im Bereich der Radioaktivität national wie international eher eine Ausnahme (vgl. u.a. Eijkelhof 1990; Millar 1994).

Basierend auf den Ergebnissen der Pilotierungsstudie, die wir bereits auf der GDCP 2017 vorgestellt haben, haben wir den in Anlehnung an Millar (1994) konzipierten Fragebogen optimiert und nunmehr in unserer Hauptstudie „Entwicklung und Einsatz eines Testinstruments zur Analyse der Vorstellungen und der Risikowahrnehmung von Schüler*innen im Themenfeld Radioaktivität“ eingesetzt. In unserem Beitrag skizzieren wir zunächst das Forschungsdesign der Studie, bevor wir ausgewählte Ergebnisse präsentieren, die wir gemeinsam mit Ihnen diskutieren möchten.

Referenz:

Schrader, Nicole & Bolte, Claus (2020). Schülervorstellungen im Bereich der Radioaktivität. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 491). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Entwicklung des fachlichen- und fachdidaktischen Wissens angehender Physiklehrkräfte

Enkrott, Patrick , Buschhüter, David, Spoden, Christian , Fischer, Hans & Borowski, Andreas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Laut Kultusministerkonferenz sollen für den Lehrerberuf wesentliche Fachwissensinhalte im Studium vermittelt werden. Detaillierte Untersuchungen zur Fachwissensentwicklung angehender Physiklehrkräfte, die zur Verbesserung der universitären Lehre nötig wären, fehlen jedoch nahezu gänzlich.

Eine Befragung von erfahrenen Lehrkräften und Fachdidaktikern ergab, dass insbesondere Schulwissen und vertieftes Schulwissen als wichtig für die Planung und Durchführung von Physikunterricht angesehen werden. Um deren Genese neben der des universitären Wissens zu untersuchen, wird die Fachwissensentwicklung in zwei Kohorten längsschnittlich verfolgt. Vorgestellt werden die Ergebnisse der Fachwissensentwicklung vom ersten bis zum fünften Semester des Bachelorstudiums (N=138), sowie die Entwicklung des Fachwissens über das Praxissemester im Masterstudium (N= 80) angehender Physiklehrkräfte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich das Fachwissen nicht nur über die Fachwissensveranstaltungen des Bachelorstudiums, sondern auch über das Praxissemester im Sinne eines Lernzuwachses entwickelt.

Referenz:

Enkrott, Patrick , Buschhüter, David, Spoden, Christian , Fischer, Hans & Borowski, Andreas (2020). Entwicklung des fachlichen- und fachdidaktischen Wissens angehender Physiklehrkräfte. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 431). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen

Förderung von Bewertungskompetenz durch Reflexion

Ratzek, Johanna H. , Schlei, Sören & Höttecke, Dietmar

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Ein Ziel von Physikunterricht ist die Förderung von Bewertungskompetenz. Dies sollte neben dem Erlernen und Anwenden von Entscheidungsstrategien auch reflexives Lernen über die eigenen Urteils- und Entscheidungsprozesse umfassen. Es ist zu erwarten, dass Reflexion Schüler_innen zum einen darin unterstützt, sich eigene, sich intuitiv einstellende Entscheidungsprozesse bewusst zu machen. Zum anderen können die Rahmenbedingungen eines Entscheidungsproblems (Wer? Wo? Folgen?) den Entscheidungsprozess und seine Reflexion beeinflussen. Wir planen eine Interventionsstudie im Physikunterricht mit den Fähigkeiten zum Anwenden von Entscheidungsstrategien und der Reflexion eigener Entscheidungsprozesse als abhängige Variablen. Die Angeleitete Reflexion eigener Entscheidungsprozesse (ja/nein) und Rahmenbedingungen des Entscheidungsproblems (Ich/Wir) bilden dabei die unabhängigen Variablen in einem vollständigen 2×2-Design. Zurzeit laufen qualitative Entwicklungsstudien zur Gestaltung und Wirkung der Rahmenbedingungen und der angeleiteten Reflexion. Deren Ergebnisse werden im Vortrag präsentiert.

Referenz:

Ratzek, Johanna H. , Schlei, Sören & Höttecke, Dietmar (2020). Förderung von Bewertungskompetenz durch Reflexion. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 495). Universität Duisburg-Essen

Den Beitrag können Sie hier als pdf herunterladen.

Der gesamte Tagungsband, in dem dieser Beitrag erschienen ist, ist ebenfalls verfügbar: Tagungsband herunterladen