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Potentiale von Augmented Reality für das Erlernen der organischen Chemie

Keller, Sebastian, Habig, Sebastian & Rumann, Stefan

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Im Erlanger SchülerForschungsZentrum ESFZ forschen und tüfteln Jugendliche in einwöchigen Forschungscamps an ihren eigenen Forschungsideen aus den Bereichen Physik und Technik. Die Jugendlichen sind typischerweise hoch motiviert und engagiert, einige kommen bereits mit großer Expertise im Experimentieren, andere wachsen erst im Laufe der Camps generell in naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen hinein. – Wir haben über 3 Jahre hinweg die experimentelle Kompetenz der Teilnehmerinnen und Teilnehmer getestet. Verwendet wurde hierzu ein Testinstrument, das im Rahmen des Verbundprojektes MEK-LSA von den Universitäten Duisburg-Essen und Bremen sowie des IPN in Kiel entwickelt und eingesetzt wurde. In unserem Beitrag sollen Ergebnisse der in den ESFZ-Forschungscamps durchgeführten Tests vorgestellt und diskutiert werden.

Referenz:

Keller, Sebastian, Habig, Sebastian & Rumann, Stefan (2021). Potentiale von Augmented Reality für das Erlernen der organischen Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 733). Universität Duisburg-Essen

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Ein interaktives Steckbrett zum Aufbau elektrischer Schaltungen

Do, Huong Giang , Bläsing, Robin, Nell, Sebastian, Noritzsch, Jens, Staacks, Sebastian, Stampfer, Christoph & Heinke, Hendrun

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Für das Erlernen chemischer Fachinhalte sind ein ausgeprägtes räumliches Vorstellungs- und Abstraktionsvermögen essentiell. Insbesondere im Falle der organischen Chemie werden die Lernenden durch zahlreiche dreidimensionale Repräsentationsformen und abstrakte Molekülstrukturen kognitiv gefordert.

Ein vielversprechender Ansatz zur Unterstützung bietet die Erweiterung konventioneller Lernmaterialien um Augmented Reality (AR). Damit ist es möglich, mittels mobiler Endgeräte virtuelle 3D-Objekte oder Animationen in realen Lernumgebungen abzubilden. So können zum Beispiel unterschiedliche Konformationen chemischer Moleküle oder auch komplexe Reaktionsschritte per Animation visualisiert werden.

Bisher ist jedoch wenig über die Wirksamkeit AR-unterstützter Lernsettings auf kognitive Lernervariablen bekannt. Dieser Beitrag stellt eine Studie innerhalb eines DFG-Forschungsprojektes vor, die die kognitive Belastung der Lernenden mittels eines Experimental-/Kontrollgruppen-Designs in drei Themenbereichen untersucht. Hierbei wird hier auch der Einfluss der Benutzerfreundlichkeit der AR betrachtet.

Referenz:

Do, Huong Giang , Bläsing, Robin, Nell, Sebastian, Noritzsch, Jens, Staacks, Sebastian, Stampfer, Christoph & Heinke, Hendrun (2021). Ein interaktives Steckbrett zum Aufbau elektrischer Schaltungen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 729). Universität Duisburg-Essen

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Physik literarisch vernetzen – neue Wege der Kontextorientierung

Havlena, Silvia Alexandra , Strahl, Alexander & Müller, Andreas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Die App phyphox (physical phone experiments) bietet jedem Besitzer eines Smartphones die Möglichkeit, die eingebauten Sensoren des Handys für physikalische Experimente zu nutzen. Damit kann neues Wissen erfahrungsbasiert und selbstständig durch freies Experimentieren erarbeitet werden. Als mechanische Hilfsmittel und Erweiterungen der rein digitalen Anwendung wurden Experimentiersets aus Karton entworfen. Sie dienen nicht nur dazu, die Qualität der Messungen zu verbessern, sondern ermöglichen auch neue Experimentdurchführungen.

Jedes Experimentierset besteht aus mehreren Bausätzen, die ohne weitere Hilfsmittel zusammengebaut werden können. Trotz des simplen Aufbaus können die Experimentiersets komplexe Gerätschaften ersetzen und sind damit für jeden zugänglich.

Zum ersten Mal wurden Experimentiersets dieser Art im Rahmen einer Schüleruniversität mit Oberstufenschülern eingesetzt und dabei erste Evaluationen durchgeführt. Auf dem Poster werden die Experimentiersets und erste Erfahrungen aus ihrem Einsatz präsentiert.

Referenz:

Havlena, Silvia Alexandra , Strahl, Alexander & Müller, Andreas (2021). Physik literarisch vernetzen – neue Wege der Kontextorientierung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 725). Universität Duisburg-Essen

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Optimierung von Arbeitsblättern durch Feedback in Chemie

Tonyali, Büşra, Ropohl, Mathias & Schwanewedel, Julia

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Fächerübergreifender Physikunterricht wird durch eine Vielzahl von Argumenten gestützt (Labudde, 2014), wobei oft von einer horizontalen Verknüpfung naturwissenschaftlicher Fächer ausgegangen wird. Eine Vernetzung mit geisteswissenschaftlichen Fächern wird seltener angedacht, obwohl sich hieraus vielversprechende Synergieeffekte, wie die überfachliche Berücksichtigung des Unterrichtsprinzips Leseerziehung, die Nutzung neuer Lernkontexte oder die Förderung unterschiedlicher Physikinteressen (Elster, 2010; Herbst, Fürtbauer & Strahl, 2016), ergeben können. Das vorliegende Dissertationsprojekt widmet sich daher der Frage nach dem Einfluss fiktionaler Literatur auf unterrichtliche Settings im Fach Physik, wodurch eine Symbiose von geistes- und naturwissenschaftlichen Fächern angestrebt wird. Hierfür werden literarische Werke auf fachphysikalische Inhalte hin analysiert und auf deren Grundlage kontextorientierte Aufgaben für den Physikunterricht konzipiert, welche auf dem Poster vorgestellt werden.

Referenz:

Tonyali, Büşra, Ropohl, Mathias & Schwanewedel, Julia (2021). Optimierung von Arbeitsblättern durch Feedback in Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 721). Universität Duisburg-Essen

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Auswerten von Versuchsdaten – Wo benötigen Oberstufenschüler Unterstützung?

Brockmüller, Steffen & Ropohl, Mathias

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Lehr-Lern-Materialien und darin enthaltene multiple externe Repräsentationen dienen im naturwissenschaftlichen Unterricht als grundlegendes Medium der Wissensvermittlung. Bisherige Befunde zeigen jedoch, dass das Wissen von Chemie-Lehramtsstudierenden über Repräsentationen eher gering ist und während des Studiums nicht weitreichend zunimmt. Dieser Wissensbereich ist jedoch besonders in der Unterrichtspraxis relevant, wenn Lehr-Lern-Materialien fachlich und fachdidaktisch richtig vorbereitet und eingesetzt werden sollen.

Auf Grundlage dieser Befunde wird ein praxisnahes und Moodle-basiertes Online-Selbstlernmodul für Lehramtsanwärter*innen (LAA, N = 120) entwickelt und derzeit in NRW erprobt. Die LAA sollen in drei Sitzungen ihre Fähigkeit verbessern, selbstgestaltete Arbeitsblätter zu bewerten und sie darauf aufbauend lernförderlicher gestalten. Als abhängige Variablen werden das Professionswissen und die Überzeugungen über Repräsentationen untersucht. Unabhängige Variablen sind intern (selbst-) und extern (fremd-) generiertes Feedback, welche mithilfe eines Likert-skalierten Bewertungsbogens erfasst werden.

Das Poster liefert einen Überblick über den Aufbau des Moduls und die geplanten Auswertungsmethoden.

Referenz:

Brockmüller, Steffen & Ropohl, Mathias (2021). Auswerten von Versuchsdaten – Wo benötigen Oberstufenschüler Unterstützung?. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 717). Universität Duisburg-Essen

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Übergreifende Kompetenzen am Übergang vom Sach- zum Fachunterricht

Rau-Patschke, Sarah

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Im Chemieunterricht der Oberstufe wird von den Lernenden beim Auswerten von Versuchen erwartet, ihre Daten aufzubereiten und zu interpretieren, Schlussfolgerungen zu ziehen, den Versuch zu beurteilen sowie Generalisierungen zu finden. Ein gegenwärtiger Mangel an dedizierten Fördermaßnahmen lässt sich auch darauf zurückführen, dass bislang wenig darüber bekannt ist, wo Lernende hierbei mit Schwierigkeiten konfrontiert sind.

Als Ergebnis einer Pilotstudie (N = 24), bei der Zweiergruppen beim Auswerten selbsterhobener Daten videographiert wurden, konnte eine Reihe von Schwierigkeiten inhaltsanalytisch identifiziert werden. An die Überarbeitung des verwendeten Experimentiersettings schließt sich die Hauptstudie an, bei der erneut videographierte Auswertungsprozesse auf Schwierigkeiten hin untersucht werden. Bereits pilotierte Testinstrumente für das fachliche, prozedurale sowie epistemische Wissen dienen dabei der Bildung homogener Schülergruppen, sodass Rückschlüsse auf den Zusammenhang zwischen diesen Dispositionen und der Performanz der Lernenden beim Auswerten gemacht werden können.

Referenz:

Rau-Patschke, Sarah (2021). Übergreifende Kompetenzen am Übergang vom Sach- zum Fachunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 713). Universität Duisburg-Essen

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Fortbildungsbedarf im Fach Naturwissenschaften in Berlin/Brandenburg

Streller, Sabine & Bolte, Claus

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Die steigende Relevanz von Quantentechnologien in Deutschland (s. z. B. Acatech IMPULS; Konjunkturpaket der Bundesregierung) und Europa (s. z. B. Quantum Flagship) stellt die (universitäre) Ausbildung von Fachkräften in diesem Bereich vor neue Herausforderungen — nicht nur in der Physik, sondern auch in den Ingenieurwissenschaften. Ein Ziel des europäischen Flagship-Projektes QTEdu ist die Entwicklung eines europäischen Kompetenzrahmens für die Quantentechnologien der zweiten Generation.

Als Grundlage dafür dient die hier vorgestellte Delphi-Studie: Es werden Kenntnisse und Kompetenzen im Bereich der Quanteninformationstechnologien identifiziert, die teilweise schon jetzt, vor allem aber in Zukunft, in der Industrie benötigt werden. Diese werden strukturiert, um schließlich messbare Kompetenzstufen abzuleiten. So soll ein Kompetenzrahmen entstehen, der die Anforderungen an Fachkräfte im Bereich der Quantentechnologien widerspiegelt.

Das Poster zeigt die Ergebnisse der Pilotrunde, die die Basis für die Befragung der ersten Hauptrunde bilden.

Referenz:

Streller, Sabine & Bolte, Claus (2021). Fortbildungsbedarf im Fach Naturwissenschaften in Berlin/Brandenburg. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 705). Universität Duisburg-Essen

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Covid-19/ Zusammenarbeit über alle 3 Phasen der Lehrerbildung

Noethlichs, Michael, Niehs, Benjamin, Strahl, Alexander & Bresges, André

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Die Entwicklung von Professionalität angehender und berufserfahrener Lehrer*innen ist eine das Berufsleben überdauernde Aufgabe und nicht einfach eine Folge erlebter Praxis. Lehrer*innen müssen sich daher selbst als lebenslang Lernende verstehen und oft erst lernen, ein Selbstverständnis zu entwickeln, das eigene Tun zu reflektieren sowie sich kontinuierlich fortzubilden. Dabei sollten Fort- und Weiterbildungsangebote personenbezogen und bedürfnisorientiert gestaltet werden.

In Berlin und Brandenburg unterrichtet das Gros der Lehrer*innen das Fach Naturwissenschaften 5/6 fachfremd und sieht sich mit diversen fachinhaltlichen und fachdidaktischen Herausforderungen konfrontiert. Welche Wünsche und Bedürfnisse an Fortbildungsformate Berliner Lehrer*innen zur Einführung des Unterrichtsfaches in Berlin 2004/05 formulierten, und welche Brandenburger Lehrer*innen mit Einführung des Fachs 2017/18 artikulierten, haben wir in vergangenen Jahren untersucht.

In unserem Beitrag berichten wir über Ergebnisse aus unseren Studien aus den Jahren 2005, 2015 und 2020.

Referenz:

Noethlichs, Michael, Niehs, Benjamin, Strahl, Alexander & Bresges, André (2021). Covid-19/ Zusammenarbeit über alle 3 Phasen der Lehrerbildung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 701). Universität Duisburg-Essen

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Einflussfaktoren auf die Verständlichkeit physikalischer Fachtexte

Flieser, Katharina & Rincke, Karsten

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Covid-19 bringt Lehramtsstudierende in den Fächern Physik, Biologie und Chemie in eine schwierige Situation. Gemäß des Curriculum in der Ausbildungsregion Köln sollen sie im Vorbereitungsseminar und während des Praxissemesters in 8 Handlungssituationen Theorie vor dem Hintergrund von Praxis im Handlungsfeld Schule reflektieren. Zu den Handlungssituationen zählen das Hospitieren im Unterricht und das Experimentieren mit Schüler*innen. Die besondere Situation an Schulen machte dies nahezu unmöglich.

Zum Ausgleich wurden in der Videokonferenzsoftware Zoom Begegnungsmöglichkeiten zwischen Lehramtsstudierenden, Ausbildungslehrern, Fachleiter*innen und Fachdidaktikprofessuren der Universitäten Köln und Salzburg geschaffen, die sich als sehr produktiv herausstellten. Beispiele waren:

A) Die gemeinsame Gestaltung von Live-Experimentierstunden für den Unterricht und für 25.000 Schüler*innen im MINT-Livestream (https://www.mint-livestream.de)

B) Das gemeinsame „online-Hospitieren“ von Unterrichtssituationen aus der Lernplattform Intus^3 (https://www.intushochdrei.de) im stimulated Recall Verfahren

Diese Verfahren sollen in der Lehreraus- und Fortbildung verstetigt und und durch fachdidaktische Promotionen evaluiert werden.

Referenz:

Flieser, Katharina & Rincke, Karsten (2021). Einflussfaktoren auf die Verständlichkeit physikalischer Fachtexte. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 697). Universität Duisburg-Essen

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Vorstellungen von Lehramtsstudierenden zu Sprache im Physikunterricht

Renner, Melanie & Haagen-Schützenhöfer, Claudia

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Der Umgang mit schriftlichem Textmaterial ist ein zentraler Teil des Unterrichts aller Fächer. Um die Schüler*innen beim verstehenden Lesen zu unterstützen, ist eine optimale Passung zwischen Text, Lesendem und Lesezweck bedeutsam. Eine mögliche Herangehensweise, um diesem Anspruch im Unterricht zu entsprechen, besteht im Einsatz möglichst günstiger Texte.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf Basis bestehender Theorien Merkmale, die die Verständlichkeit von Sachtexten beeinflussen, identifiziert und anwendungsorientiert geordnet. Zum Zweck einer physikspezifischen Anpassung wurden insbesondere Aspekte fokussiert, die als typisch für naturwissenschaftliche Texte gelten.

Die Textmerkmale stellen im weiteren Verlauf der Arbeit Parameter dar, die gezielt variiert werden, um mehrere Versionen eines Texts zur elektrischen Spannung für Lernende der Mittelstufe zu erstellen. Eine empirische Überprüfung in Form einer Fragebogenstudie zur wahrgenommenen Verständlichkeit und zum unmittelbaren Wissenszuwachs soll in die Entwicklung eines Modells zur Verständlichkeit physikalischer Sachtexte münden.

Referenz:

Renner, Melanie & Haagen-Schützenhöfer, Claudia (2021). Vorstellungen von Lehramtsstudierenden zu Sprache im Physikunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 693). Universität Duisburg-Essen

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