Kategorie: TB2020

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

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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

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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

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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

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Entwicklung eines PCK-Tests zum experimentgestützten Chemieunterricht

Krake, Henning & Walpuski, Maik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Experimentelle Phasen sind ein Charakteristikum naturwissenschaftlichen Unterrichts, deren qualitätsvolle, lernwirksame Ausgestaltung aber nur bedingt vorgenommen wird (Seidel et al., 2006). Schulz (2011) konnte in stundenspezifischen Einzelcoachings zeigen, dass dieses in einer inhaltsgleichen Folgestunde zu einer verstärkten Ausprägung der Qualitätsmerkmale und in Folge auch zu einem höheren Lernzuwachs bei Schülerinnen und Schülern führte.

Ziel des Projekts ist es, ein Modul zu Qualitätsmerkmalen des experimentgestützten Chemieunterrichts für die Lehrerbildung in der zweiten und dritten Phase in Form einer nicht unterrichtsthemenspezifischen Gruppenfortbildung zu evaluieren. In einer Interventionsstudie wird die Erweiterung der Lehrerkognition als fachdidaktisches Wissen zu Experimenten und deren methodischer Umsetzung in Form eines PCK-Tests erfasst, dessen Pilotierungsergebnisse auf der Tagung vorgestellt werden. Das unterrichtspraktische Handeln wird als Fähigkeit der Lehrkräfte, den Unterricht zu strukturieren, durch Videoanalyse zweier Unterrichtsstunden operationalisiert.

Referenz:

Krake, Henning & Walpuski, Maik (2020). Entwicklung eines PCK-Tests zum experimentgestützten Chemieunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 844). Universität Duisburg-Essen

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Experimente im NAWI-Unterricht
Kompetenzen angehender Lehrkräfte

Fleischer, Timo, Virtbauer, Lisa & Strahl, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In den Fächern Biologie, Chemie und Physik nimmt das Experiment als bedeutende naturwissenschaftliche Arbeitsweise eine zentrale Rolle ein (Pfeifer et al., 2002; Tesch & Duit, 2004). Die hohen Erwartungen an das Experimentieren im Unterricht können aber oftmals nicht erfüllt werden, da z.B. Experimente nicht effektiv eingesetzt werden, trivial sind oder keinen Bezug zum Vorwissen, der Lebenswelt und den Interessen der SchülerInnen herstellen (Harlen, 1999). Damit das Experiment sinnvoll und zielführend im Unterricht eingesetzt werden kann, sollten insbesondere angehende Lehrkräfte Experimentierkompetenzen und Einstellungen bezüglich des Einsatzes von Experimenten im Naturwissenschaftlichen Unterricht aufweisen, die einen zielgerichteten und lernwirksamen Einsatz von Experimenten im Biologie-, Chemie- und Physikunterricht ermöglichen. Das Poster präsentiert erste Ergebnisse der Studie, welche die subjektiv wahrgenommenen Kompetenzen und Einstellungen von Lehramtsstudierenden bezüglich des Einsatzes von Experimenten in den drei genannten Unterrichtsfächern in den Fokus nimmt.

Referenz:

Fleischer, Timo, Virtbauer, Lisa & Strahl, Alexander (2020). Experimente im NAWI-Unterricht
Kompetenzen angehender Lehrkräfte. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 848). Universität Duisburg-Essen

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Smartphone-gestützte Experimente außerhalb der Physik

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

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Smartphone-gestützte Experimente sind in der Physiklehre und dort vor allem im Bereich der Mechanik mittlerweile weit verbreitet. Für den Einsatz in anderen MINT-Fächern oder auch in anderen Gebieten der Physik sind jedoch regelmäßig Sensortypen erforderlich, die typischerweise nicht in Smartphones vorhanden sind. Dazu zählen zum Beispiel Temperatursensoren, pH-Meter oder ein Voltmeter. Diese und weitere Sensoren können über die Schnittstelle Bluetooth Low Energy mit der kostenfreien App phyphox ausgelesen werden. Neben kommerziellen Sensorboxen können auch eigene Sensormodule auf Basis eines Mikrocontrollers aufgebaut werden, welche auch komplexere Anwendungen wie zum Beispiel ein Spektrometer ermöglichen. Die aufgenommenen Messdaten können dann mit den bewährten Darstellungs- und Analysemodulen in phyphox direkt auf dem Smartphone angezeigt und bei Bedarf ausgewertet werden. Das Poster gibt eine Übersicht über den Einsatz möglicher Sensoren und zeigt den aktuellen Entwicklungsstand zu einem Spektrometer auf Mikrocontroller-Basis.

Referenz:

Dorsel, Dominik, Staacks, Sebastian, Hütz, Simon, Heinke, Heidrun & Stampfer, Christoph (2020). Smartphone-gestützte Experimente außerhalb der Physik. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 852). Universität Duisburg-Essen

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Die Sichtbarkeit fachlicher Vorstellungen in experimentellen Prozessen

Joußen, Norman & Heinke, Heidrun

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In den Bildungsstandards für das Fach Physik ist die Vermittlung und Bewertung von experimentellen Kompetenzen verankert. Die Umsetzung dieser Ziele trifft in der Lehrpraxis jedoch auf teils große Hürden wie die Limitierung der den Lehrpersonen zur Verfügung stehenden Ressourcen für eine adäquate Begleitung des experimentellen Prozesses einzelner Lerner. Ausgehend von einer objektfokussierten sensorgestützten Erfassung experimenteller Prozesse wurde hierzu ein Lösungsansatz entwickelt. Im Beitrag wird ein interaktives Lehr-Lern-Szenario vorgestellt, dass sowohl eine Rekonstruktion und damit eine Rekapitulation als auch eine prozessbegleitende Analyse der experimentellen Prozesse bei Experimenten auf einer optischen Bank ermöglicht. Im Rahmen eines Promotionsvorhabens wird untersucht, inwiefern die aufgenommenen Prozessdaten Korrelationen mit den per Fragebogen erhobenen fachlichen Vorstellungen der Lerner aufweisen. Es werden erste Erfahrungen mit der entwickelten Technik zur Prozessdatenerhebung und Ergebnisse aus der Pilotierung des entwickelten Fragebogens vorgestellt.

Referenz:

Joußen, Norman & Heinke, Heidrun (2020). Die Sichtbarkeit fachlicher Vorstellungen in experimentellen Prozessen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 856). Universität Duisburg-Essen

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Untersuchung der Wirksamkeit einer Lehrkräftefortbildung
zum Experimentieren

Bewersdorff, Arne, Baur, Armin & Emden, Markus

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Der Einsatz von Experimenten im Unterricht beschränkt sich häufig auf die Illustration von Phänomenen. Der Zielvorstellung vom wissenschaftsorientierten, schülerselbstständigen Experimentieren wird nur bedingt Rechnung getragen. Um diese Kluft zu überspannen, kann effektive Fortbildung ein adäquates Mittel sein.

Für die Untersuchung der Effektivität von zwei Fortbildungsformaten werden qualitativ mittels Videografie und Hospitationsprotokollen mögliche, durch die Fortbildung angestoßene Änderungen im Unterrichtshandeln erfasst. Hierzu wurde induktiv aus Transkriptionsprotokollen der Videografien ein Kategoriensystem entwickelt, das die methodische Tiefenstruktur des Unterrichts zum Experimentieren erfasst; bswp. wird die Berücksichtigung der inneren Logik des Experimentierens untersucht.

Zusätzlich wird durch Erhebungsbögen die Entwicklung des Professionswissen und der Beliefs quantitativ erhoben, um mittels Triangulation einen umfassenden Einblick in die Wirkung der Lehrkräftefortbildung zu erreichen.

Das Kategoriensystem sowie erste Ergebnisse werden zur Diskussion gestellt.

Referenz:

Bewersdorff, Arne, Baur, Armin & Emden, Markus (2020). Untersuchung der Wirksamkeit einer Lehrkräftefortbildung
zum Experimentieren. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 860). Universität Duisburg-Essen

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Variablensalat im Experiment:
Ansätze zur Förderung der Variablenkontrolle

Winkens, Tobias, Goertz, Simon & Heinke, Heidrun

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Variablenkontrollstrategie (VKS) ist für Experten unmittelbar einsichtig, aber für Lerner oft mit Schwierigkeiten in ihrem korrekten Einsatz verbunden. Studien zeigen, dass dies auch für Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe gilt, die oft eigene experimentelle Strategien anwenden.

Um Lernenden die VKS näher zu bringen, kann man mit experimentellen Übungen auf variablenkontrollierte und konfundierte Settings eingehen. Mit konfundierten Experimenten werden häufig widersprüchliche Schlussfolgerungen provoziert, die die Lernenden zum Nachdenken über die verwendeten Settings anregen sollen. Jedoch werden solche Widersprüche von den Lernern oft nicht erkannt. Erst eine direkte Rückmeldung zu den von den Lernern getätigten Aussagen scheint den benötigten Impuls zu liefern, um konfundierte Ansätze zu erkennen.

Im Poster werden verschiedene Ansätze zur Förderung der VKS aufgezeigt. Mit einer kleinen Stichprobe von Schülerinnen und Schülern der Mittelstufe wurden diese Ansätze erprobt, so dass ihre Vor- und Nachteile bewertet und Rückschlüsse auf einen Schuleinsatz gezogen werden können.

Referenz:

Winkens, Tobias, Goertz, Simon & Heinke, Heidrun (2020). Variablensalat im Experiment:
Ansätze zur Förderung der Variablenkontrolle. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 864). Universität Duisburg-Essen

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