Kategorie: TB2020

Visualisierungen bei Simulationen von einfachen Stromkreisen

Weatherby, Thomas, Wilhelm, Thomas, Burde, Jan-Philipp, Beil, Fabian, Kapp, Sebastian, Kuhn, Jochen & Thees, Michael

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Visualisierungen sind für Physiklehrende und -lernende unentbehrliche Werkzeuge, insbesondere bei unsichtbaren Größen wie Stromstärke oder Spannung. Deren wichtige Rolle für naturwissenschaftliches Denken und Lernen ist gut belegt. Erwünscht sind Darstellungen, die keine physikalisch-falschen Vorstellungen erzeugen. Zudem sollen sie vorhandene Schülervorstellungen nicht weiter manifestieren, sondern diese idealerweise in Frage stellen. Weiterhin sollen sie leicht erkennbar und verständlich sein, um unerwünschte kognitive Belastungen zu minimieren und damit den Lernenden ermöglichen, an bereits vorhandene Wissensstrukturen anzuknüpfen. Gerade beim Lernen mit digitalen Medien ist die adäquate Verwendung von Visualisierungen und das Management kognitiver Ressourcen wichtig. Vorgestellt werden zwei unter den oben genannten Bedingungen entwickelte Visualisierungen zu den Gesetzen bei Reihen- und Parallelschaltung in der Elektrizitätslehre. Diese sollen als Simulation im Rahmen des Nebenfachpraktikums auf ihre Wirksamkeit empirisch überprüft werden.

Referenz:

Weatherby, Thomas, Wilhelm, Thomas, Burde, Jan-Philipp, Beil, Fabian, Kapp, Sebastian, Kuhn, Jochen & Thees, Michael (2020). Visualisierungen bei Simulationen von einfachen Stromkreisen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1007). 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

Augmented Reality in Schulversuchen der E-Lehre in der Sekundarstufe I

Schwanke, Hagen & Trefzger, Thomas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In dem hier vorgestellten Promotionsvorhaben wird der Einsatz von Augmented-Reality(AR)-Applikationen in der Schule als Ergänzung zum Realexperiment untersucht. Ziel ist es herauszufinden, ob es so möglich ist den Schülervorstellungen entgegen zu wirken und die korrekten physikalischen Zusammenhänge zu stärken.

Mit Hilfe von AR wird die reale Lernumgebung bzw. das Realexperiment gezielt mit computergenerierten Informationen überblendet. Somit können sich zeitlich verändernde Abläufe, wie z.B. der Elektronenfluss in einem einfachen Stromkreis sichtbar gemacht und anschaulich dargestellt werden.

In mehreren bayerischen Gymnasien wird eine experimentelle Feldstudie mit ca. 200-300 Schülern durchgeführt und im Rahmen einer Unterrichtseinheit zur Elektrizitätslehre sollen mögliche Unterschiede des Lernerfolges und der Motivation verglichen werden. Dabei soll eine Treatmentgruppe klassische Realexperimente, die zweite Gruppe mit AR erweiterte Realexperimente durchführen.

Referenz:

Schwanke, Hagen & Trefzger, Thomas (2020). Augmented Reality in Schulversuchen der E-Lehre in der Sekundarstufe I. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1011). 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

energie.TRANSFER – Fokus Lehrkräfte
Implementation digitaler Unterrichtseinheiten

Steinmann, Tatjana, Fischer, Julian, Laumann, Daniel, Pfänder, Peter, Kerres, Michael, Neumann, Knut & Weßnigk, Susanne

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Veränderungen im Bildungssektor (wie z.B. die Digitalisierung) sind zeitaufwendige Prozesse, die nicht linear ablaufen. Auch werden Erkenntnisse aus fachdidaktischer Forschung selten dauerhaft oder nur teils im Unterricht umgesetzt. Eine Voraussetzung für die Weiterentwicklung der Unterrichtspraxis ist die Akzeptanz der Lehrkräfte. Bisher ist es unklar, inwieweit Lehrkräfte digitale in sich geschlossene Unterrichtseinheiten akzeptieren und in ihren Unterricht implementieren.

Ziel des DFG-Transferprojekts „energie.TRANSFER“ ist die Entwicklung und Erprobung digitaler am Basiskonzept Energie orientierter Unterrichtseinheiten (CRUs), die in den jeweiligen individuellen Unterricht implementiert werden können. Zur Vorbereitung der Implementation werden die Lehrkräfte im Rahmen einer Fortbildung geschult.

Der vorliegende Beitrag beschreibt die auf theoretischer Grundlage basierende Entwicklung einer Fortbildung für die Implementation der CRUs bis zur geplanten Reflexion des Einsatzes. Im Fokus der Beforschung stehen Akzeptanz und Einstellungen der Lehrkräfte zu den CRUs (u.A. Stage of Concern).

Referenz:

Steinmann, Tatjana, Fischer, Julian, Laumann, Daniel, Pfänder, Peter, Kerres, Michael, Neumann, Knut & Weßnigk, Susanne (2020). energie.TRANSFER – Fokus Lehrkräfte
Implementation digitaler Unterrichtseinheiten. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1015). 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

energie.TRANSFER – Identifikation vernetzungsfördernder Unterrichtselemente

Fischer, Julian Alexander , Steinmann, Tatjana, Pfänder, Peter, Laumann, Daniel, Weßnigk, Susanne, Kerres, Michael & Neumann, Knut

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss in Physik fordern den Aufbau strukturierten Fachwissens. Dies soll erreicht werden, indem im Unterricht mittels Basiskonzepten Verknüpfungen zwischen Inhaltsbereichen hergestellt werden. Ziel des DFG-Erkenntnistransfer-Projekts „energie.TRANSFER“ ist die Entwicklung und Erprobung kurzer digitaler Unterrichtseinheiten (CRUs), die mithilfe des Energiekonzepts Verknüpfungen zwischen Inhalten der Sachgebiete der Sekundarstufe I herstellen. Der Beitrag beschreibt eine Teilstudie des Projekts, die einem Design-Based Research-Ansatz folgend die Gestaltung vernetzungsfördernder CRUs untersucht. In diesem Rahmen wurden 12 CRUs theoriegeleitet konzipiert, einzelne CRUs in einer außerschulischen Lernumgebung erprobt und weiterentwickelt. Im Anschluss sollen die CRUs von Lehrkräften im Regelunterricht erprobt und die Wirkung in Bezug auf die Entwicklung vernetzten Wissens erfasst werden. Neben der Entwicklung vernetzungsfördernder CRUs sollen so Erkenntnisse über die Entwicklung eines an Basiskonzepten orientierten Unterrichts gewonnen werden.

Referenz:

Fischer, Julian Alexander , Steinmann, Tatjana, Pfänder, Peter, Laumann, Daniel, Weßnigk, Susanne, Kerres, Michael & Neumann, Knut (2020). energie.TRANSFER – Identifikation vernetzungsfördernder Unterrichtselemente. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1019). 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

Wirkung einer Tablet-basierten Lernumgebung im Chemieunterricht

Greitemann, Lars & Melle, Insa

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Digitale Medien spielen in vielen Lebensbereichen eine wichtige Rolle. Durch die ho-he Präsenz von Laptops, Smartphones und Tablets verändern sich alltägliche und berufliche Anforderungen. Daher ist ein verantwortungsvoller Umgang mit digitalen Medien erforderlich, wodurch diese im Unterricht zunehmend an Bedeutung gewin-nen. Im Zuge der Digitalisierung haben sich neue Lernformate entwickelt, z.B. Er-klärvideos. Die Schülerinnen und Schüler können dabei eigene Videos erstellen, um sich intensiver mit dem Lerngegenstand auseinanderzusetzen. Auch bewährte For-mate, wie z.B. die Bearbeitung von Aufgaben, können digital gestützt realisiert wer-den. Dabei besteht der Vorteil eines direkten, elaborierten digitalen Feedbacks. Im Rahmen dieses Projektes wird eine iPad-basierte Lernumgebung für die Sekundar-stufe I entwickelt und evaluiert. Dabei erarbeiten die Schülerinnen und Schüler zu-nächst chemische Inhalte und bearbeiten anschließend entweder Aufgaben oder erstellen ein eigenes Erklärvideo. Auf dem Poster werden die Forschungsfragen, das Design, die Lernumgebung und erste Befunde präsentiert.

Referenz:

Greitemann, Lars & Melle, Insa (2020). Wirkung einer Tablet-basierten Lernumgebung 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. 1023). 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

Innovative Experimentierboxen für den Chemie- und Physikunterricht

Fleischer, Timo, Maier, Simone, Deibl, Ines, Moser, Stephanie, Strahl, Alexander & Zumbach, Jörg

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Wirksamkeit des Einsatzes digitaler Medien auf den Wissens- und Kompetenzerwerb von SchülerInnen ist noch nicht ausreichend beforscht. Befunde sind heterogen und erfassen oftmals nicht Effekte des Unterrichtskonzepts selbst, sondern werden durch etwaige Nebeneffekte des Mediums beeinflusst (z.B. Neuigkeitseffekt). Im Rahmen des Projektes EXBOX-Digital soll die Wirksamkeit digitaler Medien anhand für den Chemie- und Physikunterricht erstellter digitaler Experimentierboxen (EXBOX) überprüft werden. Diese EXBOXen sind im Sinne eines moderat konstruktivistischen Ansatzes konzipiert (Diut, 1995; Mandl et al., 2002) und beinhalten reale SchülerInnenexperimente, adaptive Web-Based-Trainings sowie gestufte Lernhilfen (z.B. AR, Lernvideos). Die digitalen Lernhilfen sowie die (meta-)kognitiven Unterstützungshilfen sollen eine Überforderung der SchülerInnen vermeiden (Stäudel & Wodzinski, 2010). Das Poster stellt erste Ergebnisse der Usability-Studie vor, in der u.a. die Benutzerfreundlichkeit des WBT sowie der adaptiven Hilfen mittels Eye-Tracking und lautem Denken untersucht wird.

Referenz:

Fleischer, Timo, Maier, Simone, Deibl, Ines, Moser, Stephanie, Strahl, Alexander & Zumbach, Jörg (2020). Innovative Experimentierboxen für den Chemie- und Physikunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 963). 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

Finde die Fehler!
Experimentelle Testaufgaben zur Evaluation eines Experimentalpraktikums

Geller, Cornelia, Schneider, Jonas & Theyßen, Heike

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Bei den verstärkten Bemühungen der letzten Jahre, die Entwicklung professioneller Handlungs-kompetenzen im Lehramtsstudium zu erfassen, sind Aspekte experimenteller Kompetenz wenig betrachtet worden. Diese sollen Studierende typischerweise in Experimentalpraktika erwerben, die gleichzeitig der Vertiefung fachlicher oder fachdidaktischer Inhalte dienen.

Dagegen soll das hier untersuchte Praktikum schwerpunktmäßig den eigenständigen Aufbau von schulnahen Experimenten sowie den Einsatz analoger und digitaler Messinstrumente fördern. Im Rahmen der Evaluation wurden die Lehramtsstudierenden sowohl hinsichtlich ihrer Selbstwirksamkeitserwartung als auch ihres selbst eingeschätzten Lernzuwachses befragt. Zusätzlich wurden experimentelle Fähigkeiten mit einem neu entwickelten Aufgabenformat erhoben, das die Identifikation und Behebung von Fehlern an Realexperimenten erfordert.

Inwieweit die Untersuchungsergebnisse die Wirkung des Praktikums belegen und die „Fehlersuchaufgaben“ einen Beitrag zur Diagnose experimenteller Fähigkeiten leisten können, soll am Poster diskutiert werden.

Referenz:

Geller, Cornelia, Schneider, Jonas & Theyßen, Heike (2020). Finde die Fehler!
Experimentelle Testaufgaben zur Evaluation eines Experimentalpraktikums. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 900). 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

Augmented Reality in der Lehramtsausbildung

Stolzenberger, Christoph, Wolf, Nicole, Kreikenbohm, Annika & Trefzger, Thomas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In diesem Beitrag sollen die Ergebnisse eines Universitäts-Seminars vorgestellt werden, in dem Studierende Apps entwickelten, die „Augmented Reality“ zur didaktischen Erweiterung eines Realexperiments oder eines Schulbuches verwendeten.

Im ersten Beispiel wird gezeigt, wie im Realexperiment mit Schirm, Kerze und Linse mit Hilfe der Augmentierung das physikalische Strahlenmodell von Licht anschaulicher dargestellt und das Verständnis des Sehvorganges im menschlichen Auge verbessert werden kann. Dabei wird die reale Lernumgebung von den Schülern und Schülerinnen weiterhin wahrgenommen, jedoch gezielt mit computergenerierten Informationen überblendet, um die physikalische Modellbildung zu verbessern.

In einem zweiten Beispiel werden im Themenkomplex „Sonnensystem und Mondphasen“ durch die Augmentierung eines Schulbuches die Inhalte durch interaktive Animationen erweitert und veranschaulicht. So kann der Mond in seiner jeweiligen Phase nicht nur von der Erde aus, sondern auch aus anderen Perspektiven betrachtet werden.

Referenz:

Stolzenberger, Christoph, Wolf, Nicole, Kreikenbohm, Annika & Trefzger, Thomas (2020). Augmented Reality in der Lehramtsausbildung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 967). 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

Verstecken wir die Geometrische Algebra in den komplexen Zahlen!

Horn, Martin Erik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Fachliche und fachdidaktische Ausarbeitungen zur Geometrischen Algebra sind in den vergangenen Jahrzehnten im deutschsprachigen Raum auf ein nur geringes Interesse seitens der hochschulischen Fachdidaktik gestoßen. Da es kaum kognitive Hürden sein dürften, die eine fachphysikalische und physikdidaktische Einbindung von Pauli- und Dirac-Algebren in die Modellierung physikalischer Sachverhalte verhindern, ist davon auszugehen, dass es emotionale Hürden sind, die von einer Beschäftigung mit der Geometrischen Algebra abhalten.

Zur Umgehung dieser emotionalen Hürden wird vorgeschlagen, Pauli- und Dirac-Algebren mathematisch so zu verstecken, dass eine Beschäftigung mit ihnen vordergründig nicht auffällt und erst bei einer tiefergehenden Analyse durch emotional blockierte Lernende entdeckt werden wird. Dies gelingt, wenn die Geometrische Algebra durch komplexe und quaternionische Strukturen ausgedrückt und so tief in den komplexen Zahlen verborgen präsentiert wird. Zur Beschreibung von Raumzeiten kann dieser Ansatz ergänzend pseudokomplex reellwertig umgestaltet werden.

Referenz:

Horn, Martin Erik (2020). Verstecken wir die Geometrische Algebra in den komplexen Zahlen!. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 904). 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

LEHRE:digital– Online-Plattform zum Erwerb digitaler Lehrkompetenz

Schmoll, Isabel, Thyssen, Christoph, Vogelsang, Christoph & Huwer, Johannes

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Vorgestellt wird eine Lernplattform, die im Zuge des Kolleg Didaktik:Digitals entstanden ist. Diese Lernplattform ist eine Modulare Kursumgebung für angehende Lehrkräfte, welche in gestufter Form Grundlagenkompetenzen zum Umgang mit digitalen Medien (KMK-Standards, TPACK) mit Schwerpunkt im Kontext des Naturwissenschaftsunterrichts der Klassenstufe 5/6 adressiert. Diese Module erlauben es angehenden Lehrkräften, den Umgang mit digitalen Medien fokussiert auf und für den NW-Unterricht zu erlernen bzw. einzuüben. Die modularen Kurse sind sowohl in direkten Kontaktlehrveranstaltungen mit direkter Unterstützung an allen drei Standorten, als auch überregional als webbasierte Variante für das Selbststudium einsetzbar sein (entweder als in LV integrierte Einzelpakete zu einzelnen digitalen Medien bzw. Nutzungsformen oder als blended learning-Szenario). Ferner ist die Lernplattform auch in Lehrerfortbildungen einsetzbar. Die jeweiligen Kursmodule sind „integrativ“ (Nawi Klasse 5/6) auf ein unterrichtliches Szenario bezogen und adressieren im fachdidaktischen Kontext Übungen zur Nutzung digitaler Medien

Referenz:

Schmoll, Isabel, Thyssen, Christoph, Vogelsang, Christoph & Huwer, Johannes (2020). LEHRE:digital– Online-Plattform zum Erwerb digitaler Lehrkompetenz. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 971). 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