Autor: GDCP

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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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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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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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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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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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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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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Schwierig? Einschätzung von Experimentiersituationen durch Lehrkräfte

Boyer, Lina, Stender, Anita & , Hendrik Härtig

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

SchülerInnen an das selbstständige Experimentieren heranzuführen ist ein zentrales Ziel des Physikunterrichts. Da SchülerInnen dazu ohne unterrichtliche Förderung kaum in der Lage sind, sollten LehrerInnen ihre SchülerInnen binnendifferenziert fördern. Eine Möglichkeit dieses zu realisieren, ist eine Anpassung des Experimentiermaterials an ihre Fähigkeiten. Es kann davon ausgegangen werden, dass verschiedene Merkmale des Experimentiermaterials den Experimentierprozess erleichtern bzw. erschweren, wie die Variablen, die Lösungen und das eingesetzte Material. Doch inwiefern diese Merkmale von LehrerInnen im Unterricht ebenfalls als Einflussfaktoren auf die Schwierigkeiten von Experimentiersituation wahrgenommen werden, wurde bislang noch nicht empirisch überprüft.

Um dieser Frage nachzugehen, wurde online eine Lehrerbefragung durchgeführt, in der die LehrerInnen unterschiedliche Experimentiersituationen, die sich in den oben genannten Merkmalen unterscheiden, hinsichtlich ihrer Schwierigkeit beurteilen sollten. Die Ergebnisse dieser Lehrerbefragung werden auf dem Poster präsentiert.

Referenz:

Boyer, Lina, Stender, Anita & , Hendrik Härtig (2018). Schwierig? Einschätzung von Experimentiersituationen durch Lehrkräfte. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 828). Universität Regensburg

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Entwicklung und Evaluation eines Lehr-Zyklotrons

Bechstein, Stefan, Riese, Josef & Stahl, Achim

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Mit dem Bau von Schülerlabor-, Sek.II- und Hochschul-Versuchen zur Physik der Teilchenbeschleuniger und der Entwicklung von Modellen sowie Unterrichtseinheiten wird eine Lücke im Curriculum geschlossen. Kern ist die Entwicklung eines Zyklotrons zum Experimentieren in Schülerlaboren und Schulen. Bis dato wird es lediglich mithilfe von bildlichen Darstellungen oder Computersimulationen vermittelt. Dies wird der Bedeutung von Zyklotronen kaum gerecht, wenn man den enormen Nutzen für die Medizin sowie die Forschung allgemein bedenkt. Die Kooperationsstruktur, bestehend aus dem Institut für experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik der RWTH Aachen und dem Institut für Didaktik der Physik und Technik an der RWTH, ermöglicht umfassende Forschungen sowohl beim Quellen-Design, der Vakuumtechnik oder den Analyse-Möglichkeiten, als auch bei Konstruktion von Unterricht oder empirischen Untersuchungen. Auf dem Poster werden die Gliederung der Sachstruktur, zahlreiche bauliche Lösungen und erste Beispiele für Lerngelegenheiten zu sehen sein.

Referenz:

Bechstein, Stefan, Riese, Josef & Stahl, Achim (2018). Entwicklung und Evaluation eines Lehr-Zyklotrons. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 824). Universität Regensburg

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Mathematisches Modellieren in der Physikalischen Chemie

Komor, Ines, Vorst, Helena van & Sumfleth, Elke

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Mathematisches Modellieren, beschrieben durch den mathematischen Modellierungskreislauf (Schmidt & Di Fuccia, 2012), spielt beim Lösen chemischer Problemstellungen eine wichtige Rolle. Wesentliche Schritte des Kreislaufs sind das Erfassen des chemischen Problems, die Mathematisierung dieses Problems sowie die Rückinterpretation des mathematisch ermittelten Resultats. Für die Allgemeine Chemie wurde gezeigt, dass Studierende Schwierigkeiten bei der Mathematisierung des Problems haben. Im Rahmen einer Interviewstudie sollen die schwierigkeitserzeugenden Schritte des Modellierungskreislaufs detailliert am Beispiel der Physikalischen Chemie analysiert werden. Dazu wurden drei Aufgaben entwickelt, die als Interviewleitfaden dienen und während der Interviews mithilfe der Methode „Lautes Denken“ von Studierenden der Vorlesung zur Physikalischen Chemie gelöst werden. Die Ergebnisse der Studie sollen für die Entwicklung eines Messinstruments zur Erfassung der mathematischen Modellierungskompetenz sowie eines Förderprogramms für die Physikalische Chemie genutzt werden.

Referenz:

Komor, Ines, Vorst, Helena van & Sumfleth, Elke (2018). Mathematisches Modellieren in der Physikalischen Chemie. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 820). Universität Regensburg

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