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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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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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Akzeptanzbefragungen zu elektromagnetischer Strahlung

Zloklikovits, Sarah & Hopf, Martin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Elektromagnetische Strahlung nimmt eine immer wichtigere Rolle in unserem Alltag ein. Aus diesem Grund wird angestrebt, das Thema bereits in der Sek. 1 zu verorten. Im Zuge eines Dissertationsprojektes wird ein Lehr-Lern-Arrangement (LLA) für die 8. Schulstufe konzipiert. In der ersten Phase werden grundlegende Ideen (Key Ideas) entwickelt, anhand derer elektromagnetische Strahlung möglichst einfach und verständlich erklärt werden kann.

Die Key Ideas wurden aus der didaktischen Literatur abgeleitet und mit der Methode der Akzeptanzbefragungen evaluiert. Die Key Ideas sowie die in den Akzeptanzbefragungen verwendeten Erklärungen und Aufgaben wurden überarbeitet und erneut evaluiert. Die Evaluation fand in drei Durchgängen mit insgesamt 20 SchülerInnen statt.

Die Key Ideas stoßen auf gute Akzeptanz. Die Ergebnisse zeigen, welche Kontexte bzw. Formulierungen lernhinderlich sind, und welche von SchülerInnen als besonders hilfreich bewertet werden. Beim Vortrag werden die Ergebnisse aus den Akzeptanzbefragungen sowie die Folgerungen für den Unterricht über Strahlung präsentiert.

Referenz:

Zloklikovits, Sarah & Hopf, Martin (2020). Akzeptanzbefragungen zu elektromagnetischer Strahlung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 479). Universität Duisburg-Essen

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Physikalische Dynamik an der Küste didaktisch rekonstruieren

Bliesmer, Kai & Komorek, Michael

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU geförderten Projekt wird die physikalische Dynamik von Küstenregionen für Ausstellungen didaktisch rekonstruiert (Duit et al., 2012), weil Veränderungen dieses Lebens- und Wirtschaftsraums nur verstehbar sind, wenn Lernende sich der sensiblen, nicht linearen und damit kontraintuitiven Reaktionen der Küstengebiete auf den Klimawandel bewusst sind. Da sich die meisten der dortigen dynamischen Phänomene auf Strömungen und Strukturbildungen zurückführen lassen, wurden im Zuge der Didaktischen Rekonstruktion diese Themen sowohl elementarisiert (Bleichroth, 1991) als auch Lernendenvorstellungen mit 22 Leitfadeninterviews empirisch untersucht. Mit den Interviews wurden zum einen die Begriffsbildungen (Edelmann & Wittmann, 2012) von Strömungen und Strukturen nachgezeichnet und zum anderen mittels Einsatz der POE-Methode (White & Gunstone, 1992) entlang von zwei Versuchen untersucht, mit welchen Konzepten die Befragten das Entstehen von Strömungen und Strukturen zu erklären versuchen. Die Arbeit ist angesiedelt im Promotionsprogramm GINT.

Referenz:

Bliesmer, Kai & Komorek, Michael (2020). Physikalische Dynamik an der Küste didaktisch rekonstruieren . In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 475). 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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Kontextmerkmale und Wissenselemente beim Transfer in der Physik

Gysin, Daniel, Brovelli, Dorothee & Rehm, Markus

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Der Prozess beim Transfer von physikalischen Konzepten wird vom Umgang mit den Merkmalen des Kontexts der Transferaufgabe wie auch den individuell vorhandenen Wissenselementen beeinflusst. In einem konstruktivistisch geprägten Verständnis von Transfer steht die als dynamisch bezeichnete Koordination von Wissenselementen mit den zur Transferaufgabe gehörenden Kontextmerkmalen im Vordergrund. Die hier vorgestellte qualitative Studie untersucht den Transferprozess von Lernenden beim Lösen einer Aufgabe zum physikalischen Energiekonzept. 20 Schüler*innen und Studierende verschiedenen Alters partizipierten an «Think Aloud»-Interviews, die anschliessend mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet wurden. Dabei zeigte sich, dass der Prozess des Transferierens je nach Proband*in unterschiedlich verläuft und sich Phasen der Analyse von Kontextmerkmalen, der Verbindung einzelner Wissenselemente und des «Alignments», das heisst der Verknüpfung von Wissenselementen mit Kontextmerkmalen, abwechseln.

Referenz:

Gysin, Daniel, Brovelli, Dorothee & Rehm, Markus (2020). Kontextmerkmale und Wissenselemente beim Transfer in 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. 467). 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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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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