Autor: GDCP

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

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LehrerInnen interpretieren Formeln sprachlich: Rechnungen und mathematische Zusammenhänge als Teil sprachlichen Umgangs mit Formeln

Kuske-Janßen, Wiebke & Pospiech, Gesche

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Formeln spielen als typische Darstellungsform der Physik im Physikunterricht eine wichtige Rolle. Sie erfüllen dabei weit mehr Funktionen als reines Rechenwerkzeug zu sein: Sie bündeln Informationen, fassen empirische Ergebnisse effektiv zusammen oder ermöglichen die Exploration fiktiver Situationen und die Vorhersage zukünftiger Ereignisse.

In diesem Beitrag soll beleuchtet werden, wie LehrerInnen sprachlich mit Formeln umgehen und diese interpretieren. Dafür wurde in einer explorativen qualitativen Studie Physikunterricht zum Thema el. Widerstand in der Jahrgangsstufe 8 von insgesamt 10 LehrerInnen unterschiedlicher Schulformen aufgezeichnet. Die Lehrersprache wurde nach der qualitativen Inhaltsanalyse nach Kuckartz ausgewertet. Die induktiv gebildeten Kategorien wurden mit Hilfe eines Ebenenmodells der Versprachlichung von Formeln, das deduktiv aus sprachwissenschaftlichen Überlegungen abgeleitet wurde, eingeordnet. Dabei zeigt sich neben klassischen Rechenaufgaben eine Vielzahl sprachlicher Interpretationen (z. B. Erklärungen, Modelle, Analogien oder Beschreibung der Zusammenhänge von Größen).

Referenz:

Kuske-Janßen, Wiebke & Pospiech, Gesche (2020). LehrerInnen interpretieren Formeln sprachlich: Rechnungen und mathematische Zusammenhänge als Teil sprachlichen Umgangs mit Formeln. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 471). Universität Duisburg-Essen

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Der Einfluss von Lehrercharakteristika
auf die Nutzung von Unterrichtsmaterialien

Breuer, Judith, Vogelsang, Christoph & Reinhold, Peter

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Eine zentrale Aufgabe fachdidaktischer Forschung ist die Verbesserung von Lehr-Lern-Prozessen auf Grundlage von empirischen Forschungsergebnissen. Ein möglicher Weg, solche Innovationen zu implementieren, verläuft über die Bereitstellung von Unterrichtsmaterialien. Allerdings liegen bislang nur wenige Erkenntnisse zu ihrer Nutzung vor.

Ziel der Studie ist es daher, mehr über die Wirkmechanismen bei der Implementation von Unterrichtsmaterialien herauszufinden. Dazu werden 15 Lehrkräfte, welche das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik zur Verfügung gestellt bekommen, im Unterricht begleitet. In zwei Interviews zu Beginn und zum Ende der Unterrichtsreihe werden mögliche Einflussfaktoren der Materialnutzung erfragt. Darüber hinaus werden zwei Unterrichtsstunden videographiert und in Stimulated Recall-Interviews nachbesprochen, um mehr über die Implementation und Hintergründe zu Planungsentschei-dungen zu erfahren.

Im Vortrag werden erste Ergebnisse von bislang acht Teilnehmer aus der Hauptstudie berichtet, aus denen sich verschiedene Handlungsmuster ableiten lassen.

Referenz:

Breuer, Judith, Vogelsang, Christoph & Reinhold, Peter (2020). Der Einfluss von Lehrercharakteristika
auf die Nutzung von Unterrichtsmaterialien. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 463). Universität Duisburg-Essen

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Eine vergleichende Untersuchung zur Newton’schen Mechanik

Weber, Jannis & Wilhelm, Thomas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Unter Berücksichtigung von bekannten Schülervorstellungen zu den ersten beiden Newton’schen Axiomen wurde eine Vergleichsstudie im Prä-Post-Design entwickelt und pilotiert, bei der die Frage im Zentrum steht, ob ein modellierendes Vorgehen durch den Einsatz von mathematischer Modellbildungssoftware im Vergleich zu einem rein messenden Vorgehen zu einem besseren Verständnis der Newton’schen Mechanik führen kann. Das rein messende und beschreibende Verfahren wird mit Videoanalysesoftware realisiert. Dazu wurden Experimente ausgewählt, die für das Erlernen der Mechanik geeignet und für beide Verfahren gleichermaßen durchführbar sind. Die Interventionen in dieser Laborstudie unterscheiden sich also in dem Einsatz der jeweiligen Software.

Damit der Effekt dieser Intervention gemessen werden kann, wurde ein für beide Gruppen fairer Test konzipiert. Dieser wurde aus bestehenden Tests entwickelt, durch eigene Items ergänzt und mit Schülerinnen und Schülern und Studierenden pilotiert. Die Ergebnisse der Pilotierung werden im Vortrag vorgestellt.

Referenz:

Weber, Jannis & Wilhelm, Thomas (2020). Eine vergleichende Untersuchung zur Newton’schen Mechanik. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 459). Universität Duisburg-Essen

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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

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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

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Das Amalgam Anfangs-Elektrizitätslehreunterricht

Schubatzky, Thomas, Haagen-Schützenhöfer, Claudia, Burde, Jan-Philipp, Wilhelm, Thomas, Ivanjek, Lana, Hopf, Martin, Dopatka, Liza & Spatz, Verena

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Ein Amalgam im weiteren Sinne beschreibt eine Mischung unterschiedlicher Ideen und Traditionen. Ähnlich verhält es sich auch mit naturwissenschaftlichem Unterricht: Obwohl im gesamten deutschsprachigen Raum Anfangs-Elektrizitätslehre unterrichtet wird, liegt dennoch die Vermutung nahe, dass Lehrkräfte durchaus unterschiedliche Zugänge dazu verfolgen. Um einen differenzierten Blick auf die Ergebnisse von Interventionsstudien sowie auf Akzeptanzhürden bei der Umsetzung neuer Unterrichtskonzepte zu erhalten, ist es deshalb notwendig zu beleuchten, was „traditioneller E-Lehreunterricht“ ist bzw. was in diesem Amalgam subsummiert ist. Im Zuge des Projekts EPo-EKo wurde deshalb der E-Lehreunterricht von insgesamt 32 Lehrkräften aus Bayern, Hessen und Österreich mithilfe von Unterrichtslogbüchern und Schülerheften auf Basis eines dazu entwickelten Kategoriensystems rekonstruiert. Im Vortrag werden neben der Nutzung von Analogiemodellen und Experimenten im Unterricht auch die von Lehrkräften umgesetzten Sachstrukturen dargestellt und deren Zusammenhänge mit Lehrkräftemerkmalen berichtet.

Referenz:

Schubatzky, Thomas, Haagen-Schützenhöfer, Claudia, Burde, Jan-Philipp, Wilhelm, Thomas, Ivanjek, Lana, Hopf, Martin, Dopatka, Liza & Spatz, Verena (2020). Das Amalgam Anfangs-Elektrizitätslehreunterricht . In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 503). Universität Duisburg-Essen

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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

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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

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Chemistry Capital: Ein Schlüssel zur Identitätsbildung

Rüschenpöhler, Lilith & Markic, Silvija

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Manche Jugendliche entwickeln wie selbstverständlich eine Chemie-Identität während anderen das Fach fremd bleibt. In dieser Interviewstudie wurde untersucht, welche Rolle hierbei die Ressourcen der Jugendlichen spielen (N=48). Hierfür entwickeln wir den Begriff des Chemistry Capital basierend auf dem Konzept des Science Capital. Es zeigt sich, dass (i) Chemistry Capital ungleich verteilt ist. An Gymnasien verfügen Jugendliche tendenziell über mehr Chemistry Capital als an Real- und Hauptschulen. (ii) Das Chemistry Capital der Familie scheint eng mit dem Chemistry Engagement der Jugendlichen verbunden. (iii) Es bestehen strukturelle Benachteiligungen: Die HauptschülerInnen der Stichprobe wurden durch fachfremde Lehrkräfte unterrichtet. (iv) Ausnahmen: Einige Jugendliche bilden individuelle Bindungen zur Chemie über Youtuber bzw. über eine fachunspezifische Identität als Lernende. Die Studie zeigt, wie Jugendliche mit wenig Chemistry Capital strukturell benachteiligt werden und dass ein Chemieunterricht erforderlich ist, der explizit auf eine Identitätsbildung der Jugendlichen abzielt.

Referenz:

Rüschenpöhler, Lilith & Markic, Silvija (2020). Chemistry Capital: Ein Schlüssel zur Identitätsbildung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 455). Universität Duisburg-Essen

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