Virtual-Reality-Experimente

Virtual-Reality-Experimente von Lindlahr,  William
Virtual-Reality-Experimente ermöglichen Simulationen anspruchsvoller Schulversuche, die als Realversuch selten eingesetzt werden oder deren unterrichtliches Einsatzgebiet erweitert werden soll. Während viele Studien mit Blick auf die Entwicklung fachlicher Kompetenzen keine Unterschiede zwischen Simulations- und Realversuchen zeigen, spiegeln die wenigen Studien im Bereich experimenteller Fähigkeiten uneinheitliche Ergebnisse wider. Im Rahmen von Design-based research wurden mehrere Experimente entwickelt. Zur Evaluation wurde im Schulunterricht in fünf Oberstufenkursen (insges. N = 76 Schülerinnen und Schüler) eine Vergleichsstudie mit dem Millikan-Versuch als Real- und als Virtual-Reality-Experiment durchgeführt. Die beiden Treatmentgruppen arbeiteten in einem Crossover-Design in unterschiedlicher Reihenfolge mit beiden Varianten. Das Fachwissen wurde vor und nach jeder Intervention mit Hilfe eines Fragebogens und die experimentellen Fähigkeiten mittels Selbsteinschätzung erhoben. In den fachlichen Kompetenzen zeigten Virtual-Reality- und Realversuch vergleichbare Effekte. Dagegen schätzten die Lernenden ihre experimentellen Fähigkeiten nach der Arbeit mit dem Virtual-Reality-Experiment besser ein als nach dem Realversuch mbox{-- unabhängig von der Reihenfolge. Die Virtual-Reality-Experimente können somit eine Alternative bieten, z. ,B. wenn echte Versuche nicht verfügbar sind, wenn eine größere Zahl von Experimenten benötigt wird oder wenn -- wie während der Pandemie -- zu Hause experimentiert wird.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Methoden in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung

Methoden in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung von Krüger,  Dirk, Parchmann,  Ilka, Schecker,  Horst
Die naturwissenschaftsdidaktische Forschung greift auf ein großes Repertoire an Forschungsmethoden für die Gewinnung und Analyse von Daten sowie für die Entwicklung darauf basierender Unterrichtskonzeptionen zurück. Dieses Buch gibt einen breiten Überblick und führt in die konkrete Anwendung verschiedener Methoden ein.Die Kapitel, geschrieben von ausgewiesenen Forscherinnen und Forschern in den Fachdidaktiken der Biologie, Chemie und Physik, greifen jeweils eine methodische Herangehensweise an naturwissenschaftsdidaktische Fragestellungen auf.Auswahl, Konstruktion, Optimierung und Einsatz der zur Fragestellung und zum Studiendesign passenden Instrumente werden erläutert und begründet. Ziel ist es, insbesondere dem forschenden Nachwuchs konkrete Anregungen für ein eigenes methodisches Vorgehen hinsichtlich der Planung, Durchführung und Auswertung zu geben. Damit schließt dieses Buch eine Lücke in der zunehmend komplexer werdenden naturwissenschaftsdidaktischen Forschungslandschaft.
Aktualisiert: 2023-06-08
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Computereinsatz in Schule und Schülerlabor

Computereinsatz in Schule und Schülerlabor von Wenzel,  Michael
Die Einstellung von Lehrkräften bestimmt deren Handeln mit. Die vorliegende Studie befasst sich mit dem Nutzungsverhalten und der Einstellung von Physiklehrkräften bzgl. Computern und Neuen Medien im unterrichtlichen Zusammenhang. Außerdem werden die Einstellung und Einschätzung von Schülerinnen und Schülern zu diesem Thema untersucht. Methodisch wurden dazu sowohl quantitative Analysemethoden auf Basis von Fragebögen, als auch qualitative Methoden wie halboffene Interviews genutzt und kombiniert. Durch die explorative Untersuchung konnte festgestellt werden, dass sich die Einstellung zum Computereinsatz im Physikunterricht in sechs Dimensionen beschreiben lässt, auf deren Basis die Lehrkräfte in fünf Gruppen klassifiziert werden: Verhinderte Nutzer, Neugierige, Computerenthusiasten, Realisten und Meider. Für jede dieser Gruppen lassen sich unterschiedliche Handlungsempfehlungen formulieren, um den Einsatz Neuer Medien bei Physiklehrkräften zu fördern.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Untersuchung des Kompetenzaufbaus von Physiklehrkräften während einer Fortbildungsmaßnahme

Untersuchung des Kompetenzaufbaus von Physiklehrkräften während einer Fortbildungsmaßnahme von Hofmann,  Jan
Der Fortbildung für Lehrkräfte kommt für einen zeitgemäßen und lernergerechten Unterricht eine besondere Bedeutung zu. Jedoch ist bisher wenig darüber bekannt, in welcher Weise Lehrkräfte als Lernende in Fortbildungsmaßnahmen Kompetenzen aufbauen. Ziel der Arbeit war deshalb, die Prozesse des Kompetenzaufbaus während einer Fortbildungsmaßnahme zu untersuchen, die sich über ca. ein halbes Schuljahr erstreckte. Anhand von Videodaten wird kategorienbasiert den Fragen nachgegangen, wie Lehrkräfte Aufgaben zur Analyse von Schülervideos und Lernmaterial sowie zur Planung von Unterricht bearbeiten und welche Wissensbestände sie bei der Bearbeitung heranziehen. Darüber hinaus wurden mithilfe von Fragebögen fachliches und fachdidaktisches Wissen der Lehrkräfte sowie ihre Einstellungen u. a. zur Nutzung von Videos in Fortbildungen erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Lehrkräfte insbesondere bei der Analyse von Lernmaterial kaum auf fachdidaktisches Wissen zurückgreifen, das sich explizit auf das Lernen von Schülerinnen und Schülern bezieht. Auch das Erleben oder die Interessen von Schülerinnen und Schülern werden insgesamt nur sehr selten betrachtet. Auffällig ist zudem, dass die Lehrkräfte ihre Aussagen nur sehr eingeschränkt begründen.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Sprachlicher Umgang mit Formeln von LehrerInnen im Physikunterricht am Beispiel des elektrischen Widerstandes in Klassenstufe 8

Sprachlicher Umgang mit Formeln von LehrerInnen im Physikunterricht am Beispiel des elektrischen Widerstandes in Klassenstufe 8 von Kuske-Janßen,  Wiebke Hinrike
Formeln sind eine wichtige mathematische Darstellungsform im Physikunterricht. Jedoch haben Lernende häufig Schwierigkeiten bei der Verbalisierung der inhaltlichen Bedeutung von Formeln. Dies wirft die Frage auf, wie Lehrende diese inhaltliche Seite von Formeln vermitteln. Der Theorieteil stellt den Empiriestand zu den Themenkomplexen Formeln und Kommunikation, Alltagssprache, Unterrichts -sprache und Fachsprache im Physikunterricht ausführlich dar. Auf Grundlage sprachwissenschaftlicher Überlegungen wurde ein Ebenenmodell der Versprachlichung von Formeln entwickelt und durch Lehrbuchanalysen validiert, mit dessen Hilfe das Sprechen von und über Formeln analysiert werden kann. In einer qualitativen, explorativ ausgerichteten Feldstudie wurde Physikunterricht von 10 Lehrenden zum elektrischen Widerstand beobachtet und ihre Sprache mit Hilfe der qualitativen Inhaltsanalyse und des entwickelten Ebenenmodells ausgewertet. Das entstandene Kategoriensystem zeigt ein vielfältiges Sprechen über Formeln, das viele Aspekte von Formelverständnis abdeckt. Eine explizite qualitative Interpretation von Formeln bleibt jedoch meist aus. Es zeigt sich in vielen Aspekten ein eher technischer Umgang mit Formeln, der die strukturelle Rolle der Mathematik vernachlässigt. Das Sprechen der Lehrenden im Umgang mit Formeln kann als entweder fachsprachlich, schülernah oder ausgewogen, in einigen Fällen zusätzlich als reflektierend charakterisiert werden.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Gemeinsamkeiten und Unterschiede physikbezogener Handlungs-, Denk- und Lernprozesse von Mädchen und Jungen

Gemeinsamkeiten und Unterschiede physikbezogener Handlungs-, Denk- und Lernprozesse von Mädchen und Jungen von Steckenmesser-Sander,  Kathrin
Befragungen zeigen, dass sich Mädchen und Jungen unterschiedlich stark für Physik interessieren. Es ist aber bisher nur wenig untersucht, in welcher Weise diese Unterschiede im Prozess der Auseinandersetzung mit physikalischen Inhalten zum Tragen kommen. Im Rahmen der Arbeit wurde deshalb mithilfe von Videoaufzeichnungen untersucht, wie Mädchen und Jungen aus der 6. und 8. Klassenstufe die gleichen Lernaufgaben bearbeiten und erleben. Zur Analyse der kognitiven, sozialen und emotional-motivationalen Dynamiken wurde ein umfangreiches Kodiermanual entwickelt und zur Auswertung der Aufzeichnungen von 24 Gruppen genutzt. Ergänzend wurden Fragebögen zur Erfassung des Sachinteresses an Physik und der physikbezogenen Selbsteinschätzung eingesetzt sowie die Ergebnisse beider Erhebungsverfahren aufeinander bezogen. Die Erlebens- und Bearbeitungsprozesse der untersuchten Schülerinnen und Schüler zeigen deutlich mehr Gemeinsamkeiten zwischen Mädchen und Jungen als Unterschiede. Das Fehlen von eindeutigen Zusammenhängen zwischen den Prozessdaten und den Fragebogendaten deutet zudem darauf hin, dass dispositionale Interessen weniger als angenommen im aktuellen Erleben und Handeln zum Tragen kommen.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Textgestaltung und Aufforderung zu Selbsterklärungen beim Physiklernen mit Multimedia

Textgestaltung und Aufforderung zu Selbsterklärungen beim Physiklernen mit Multimedia von Rabe,  Thorid
Wie kann das Physiklernen unterstützt werden, wenn Schülerinnen und Schüler mit Lernmaterial arbeiten, das mit Hilfe eines Computers angeboten wird? Können Lernende von einer optimierten Gestaltung der Lehrtexte profitieren und wie wirkt es sich aus, wenn man sie auffordert, sich die physikalischen Inhalte selbst zu erklären? Diesen Fragen geht die vorliegende Arbeit in einer empirischen Studie mit 80 Schülerinnen und Schülern der Klasse 12 nach. Als Lernmaterial wird ein für diesen Zweck entwickeltes Computerlernprogramm eingesetzt, das sich mit dem physikalischen Thema "Beugung von Licht am Spalt" beschäftigt. Das Lernprogramm liegt in zwei Versionen vor, die inhaltlich identisch sind, während sie sich in sprachlichen Merkmalen unterscheiden. Eine der Versionen soll Lernende stärker darin unterstützen, die angebotenen Informationen untereinander zu verknüpfen. In der Auswertung legen die Daten nahe, dass Schülerinnen und Schüler dieser Altersstufe keinen Vorteil dadurch erlangen, dass sie mit dem sprachlich optimierten Lernmaterial arbeiten. Die Aufforderung zu Selbsterklärungen erweist sich dagegen als erfolgreich für den langfristigen Wissenserwerb, denn Lernende, die dazu angeregt wurden, sich die Inhalte selbst plausibel zu machen, zeigen nach mehreren Wochen im Vergleich ein besseres Wissen zu dem physikalischen Inhalt. Der kurzfristige Wissenserwerb direkt nach der Intervention hängt zusätzlich davon ab, wie stark die Schülerinnen und Schüler der Aufforderung zu Selbsterklärungen nachgekommen sind.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Lernwirkungen in der Quanten-Atom-Physik

Lernwirkungen in der Quanten-Atom-Physik von Budde,  Marion
Für viele SchülerInnen ist das Erlernen eines quantenmechanischen Atommodells mit großen Schwierigkeiten verbunden. Beim Unterrichten einer "traditionellen" Wahrscheinlichkeitsinterpretation zeigt sich zum einen, dass SchülerInnen dazu tendieren, ihre Anfangsvorstellungen (in der Regel Planetenbahn- oder Schalenvorstellungen) von Atomen beizubehalten bzw. nach dem Unterricht die neue Atomvorstellung wieder aufzugeben. Zum anderen konstruieren SchülerInnen alternative Vorstellungen, die in signifikanter Weise vom intendierten Modell abweichen. Aufgrund dieser Lernschwierigkeiten wird den SchülerInnen im Bremer Unterrichtskonzept zur Quanten-Atom-Physik für die Sekundarstufe II neben einer Wahrscheinlichkeitsinterpretation das alternative Elektronium-Atommodell angeboten. In dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, inwieweit den SchülerInnen die Erlangung eines quantenmechanischen Verständnisses von Atomen - basierend auf den Lösungen der stationären Schrödinger-Gleichung - durch die Einführung des Elektronium-Atommodells erleichtert wird. Anhand der exemplarischen Analyse der Lernprozesse zweier Schüler der Jahrgangsstufe 12 wird untersucht, welche Lernangebote sich als lernfördernd bzw. lernhindernd bezüglich der intendierten Vorstellungen erweisen. Die Ergebnisse der Fallstudien werden zusätzlich in Beziehung zu den Befunden eines breiter angelegten Evaluationsprojekts gesetzt. Das Ziel der Untersuchung besteht in der Generierung von Lernwirkungshypothesen, welche die potenziellen Wirkungen einzelner Lernangebote vorhersagen. Hierzu wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sowohl der Einfluss der Lernangebote als auch der Einfluss des kognitiven Systems der einzelnen SchülerIn (d. h. deren Vorstellungen und kognitive Werkzeuge) auf den Lernprozess analysiert werden kann. Die Wechselwirkung zwischen Instruktion und Konstruktion wird mithilfe des Begriffs "Resonanz" charakterisiert. Damit wird betont, dass das von einer SchülerIn erzielte Lernergebnis entscheidend davon beeinflusst wird, inwieweit Lernangebote und anfängliche SchülerInnen-Vorstellungen zueinander passen.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Professionsbezogene Wirkungen einer Lehr-Lern-Labor-Veranstaltung

Professionsbezogene Wirkungen einer Lehr-Lern-Labor-Veranstaltung von Dohrmann,  René
Fachdidaktisches Wissen gilt als wichtige Gelingensbedingung für einen professionell durchgeführten Unterricht. Positive Selbstwirksamkeitserwartungen, vielfältige Unterrichtskompetenzen sowie eine befürwortende Einstellung gegenüber der Reflexion von Unterricht sind darüber hinaus Indikatoren einer gelingenden Professionalisierung. Professionelle Handlungskompetenz entwickelt sich vornehmlich, wenn angehende Lehrkräfte die Gelegenheit bekommen theoretische Wissensanteile in der Praxis umzusetzen und diesen Transfer zu reflektieren. Die unreflektierte Absolvierung von Unterrichtspraktika birgt nämlich die Gefahr eines "Praxisschocks". Um dem vorzubeugen, ist es förderlich, praktische Studienanteile in ihrer Komplexität sukzessive zu steigern. Es wird davon ausgegangen, dass Lehr-Lern-Labore (LLL) diesen Anforderungen genügen. In der vorliegenden Arbeit wurde die professionalisierende Wirkung dieses Veranstaltungskonzepts am Beispiel des LLL "Schwimmen, Schweben, Sinken" multimethodisch untersucht. Dabei wurden Gruppendiskussionen und Interviews, eine hoch inferente Fremdeinschätzungserhebung sowie eine Prä-Post-Fragebogenstudie mit Studierenden der Bachelorstudiengänge Lehramt Physik sowie Grundschulpädagogik (Sachunterricht) an der Freien Universität Berlin durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Lehr-Lern-Labor-Veranstaltungen einen wichtigen Beitrag zur Anbahnung sowie zur Unterstützung der Professionalisierung von Lehrkräften bereits während des Studiums leisten können, ohne dass es zum "Praxisschock" kommt.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Entwicklung und Evaluation eines Trainings zur Verbesserung der Erklärqualität von Schülerinnen und Schülern im Gruppenpuzzle

Entwicklung und Evaluation eines Trainings zur Verbesserung der Erklärqualität von Schülerinnen und Schülern im Gruppenpuzzle von Helms,  Corinna
In der Dissertation steht das Erklären von Schülerinnen und Schülern unterein ander im Fokus der Untersuchung: In vielen sozialen Lernformen übernehmen Schülerinnen und Schüler die Rolle des Erklärenden, im Gruppenpuzzle ist das gegenseitige Erklären sogar konstitutiv für die gesamte Methode. Im Gruppenpuzzle schneiden die "Novizen" (also diejenigen, denen Teil themen durch die Experten erklärt werden) im anschließenden Wissenstest deutlich schlechter ab als die Experten selbst. Dies liegt zumindest wohl zum Teil daran, dass die Erklärqualität nicht optimal ist: Schülerinnen und Schülern fä llt es schwer ihren Mitschülerinnen und Mitschülern einen physikalischen Sachverhalt so zu vermitteln, dass bei diesen ein Wissenserwerb stattfindet. Eine Möglichkeit, um das Erklären von physikalischen Sachverhalten und Phänomenen zu lernen, sind Trainings, die die Schülerinnen und Schüler darin schulen, angemessene Erklärungen im Physikunterricht zu formulieren. In dieser Arbeit wird ein Training vorgestellt, welches die Schülerinnen und Schüler insbesondere in der Vollständigkeit und logischen Struktur ihrer Erklärungen unterstützen soll. Es wird in der Arbeit gezeigt, dass das entwickelte Training ein vielversprechendes Konzept darstellt, um die Erklärqualität von Schülerinnen und Schülern zu verbessern.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Messung von Modellierungskompetenz in Physik

Messung von Modellierungskompetenz in Physik von Digel,  Susanne
Modellieren hat als Erkenntnisgewinnungsmethode der Naturwissenschaften zwar Eingang in die deutschen Bildungsstandards der naturwissenschaftlichen Fächer gefunden, bei der Evaluation des Bildungssystems ist naturwissenschaftliches Modellieren im Vergleich zu Fachwissen bisher allerdings unterrepräsentiert. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Lücke mit dem Ansatz theoriegeleiteter, evidenzbasierter Kompetenzmodellierung zu schließen. Aus systematisierter Zusammenschau existierender Theorien wird ein Kompetenzmodell physikalischer Modellierungskompetenz abgeleitet und strukturell validiert. Aus den Kompetenzbeschreibungen werden in den zwei physikalischen Inhaltsbereichen Kinematik und Optik Testinstrumente konstruiert, selegiert und pilotiert, um in je einer Hauptstudie das Kompetenzmodell empirisch in beiden Inhaltsbereichen zu überprüfen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass physikalische Modellierungskompetenz in eine prozedurale, deklarative und epistemologisch-metakognitive Komponente gefasst werden kann. Sie bietet eine theoretische und empirische Basis, um diese zentrale naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweise als festen Bestandteil naturwissenschaftlicher Grundbildung in der Unterrichtsentwicklung sowie bei der Evaluation des Bildungssystems zu etablieren.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Bedeutung fachlicher Elementarisierungen für das Verständnis der Kinematik

Bedeutung fachlicher Elementarisierungen für das Verständnis der Kinematik von Amenda,  Thomas
In vielen gängigen Physik-Schulbüchern der Sekundarstufe II werden bei der Behandlung von Translationsbewegungen Reduktionsentscheidungen getroffen, die aus fachlicher Sicht problematisch sind. Dabei liegt vielen dieser Elementarisierungen die Annahme zugrunde, dass mit einer Reduktion der Mathematik eine Steigerung der Anschaulichkeit einhergehe und dass die notwendigen mathematischen Werkzeuge, wie die Vektorrechnung, noch nicht zur Verfügung stehen. Ausgehend von der fachinhaltichen Analyse von vier Physik-Schulbüchern wurde ein auf einem konsequent vektoriellen Ansatz basierendes Unterrichtskonzept entwickelt. Ein wesentliches Merkmal dieses Konzeptes ist, neben der fachlichen Konsistenz und Anschlussfähigkeit an die Hochschulphysik, die integrative Einführung aller benötigten Elemente der Vektorrechnung. In einer Vergleichsstudie konnte gezeigt werden, dass der mathematisch anspruchsvollere konsequent vektorielle Ansatz in der Fachoberschule Technik unterrichtbar ist. Zur Evaluation des konsequent vektoriellen Ansatzes wurde jeweils eine Lernwirksamkeitsstudie unter Laborbedingungen und unter Feldbedingungen durchgeführt. In beiden Studien konnten jeweils bedeutsame Lernwirkungen beobachtet werden.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die Wahrnehmung von Schülerlaboren und Schülerforschungszentren

Die Wahrnehmung von Schülerlaboren und Schülerforschungszentren von Plasa,  Tim
Schülerlabore und Schülerforschungszentren stellen moderne Einrichtungen dar, die zum selbständigen Experimentieren von Schülerinnen und Schülern einladen. Dabei werden ihnen in verschiedener Hinsicht große Potenziale eingeräumt. Die vorliegende Studie geht der Frage nach, was die beiden Formen von Experimentiereinrichtungen charakterisiert und welche Gründe für die freiwillige Teilnahme von Schülerinnen und Schülern an Schülerforschungszentren vorliegen. Methodisch wird hier mit zwei Fragebögen aus dem anglo-amerikanischen Raum operiert, die an zahlreichen Schülerlaboren eingesetzt wurden. Sie erfassen die Wahrnehmung dieser Experimentiereinrichtungen im Rahmen der Sozialklimaforschung aus Sicht der Teilnehmerinnen und Teilnehmer. Darüber hinaus werden Schülerinnen und Schüler aus zwei Schülerforschungszentren mit Hilfe von Interviews befragt. Die Ergebnisse zeigen, dass Schülerlabore und Schülerforschungszentren sich in ihrer Wahrnehmung nicht nur voneinander unterscheiden, sondern in mehreren Dimensionen auch anders als die gewohnte Schulumgebung wahrgenommen werden. Konstrukte wie Offenheit und Planungsbeteiligung sowie Kommunikation treten in der Wahrnehmung in den Vordergrund. Bei Schülerforschungszentren sind neben dem Sachinteresse auch soziale Gründe ein wesentlicher Motivationsbestandteil.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Der Einfluss der didaktischen Lernumgebung auf das Erreichen geforderter Bildungsziele am Beispiel der W- und P-Seminare im Fach Physik

Der Einfluss der didaktischen Lernumgebung auf das Erreichen geforderter Bildungsziele am Beispiel der W- und P-Seminare im Fach Physik von Stolzenberger,  Christoph
Die Wirksamkeit verschiedenster physikalischer Lernumgebungen wird in der physikdidaktischen Lehr-Lern-Forschung bzw. allgemein der empirischen Unterrichtsforschung seit vielen Jahren kontrovers diskutiert. Ziel ist es, dabei jeweils Merkmale guten Unterrichts zu identifizieren. Die im Zuge der Reform der bayerischen Oberstufe neu eingeführten wissenschaftspropädeutischen Seminare (W-Seminare) und die Projektseminare zur Studien- und Berufsorientierung (P-Seminare) bieten durch ihre Organisationsform den Lehrkräften einen großen Handlungsspielraum zu deren Ausgestaltung. In den begleiteten Seminaren ergab sich hieraus die Möglichkeit, anspruchsvollen Projektunterricht zu realisieren, welcher -- nicht zuletzt durch die unterschiedlichen Möglichkeiten der Kooperation mit der Universität -- den Schülerinnen und Schülern vielfältige, den üblichen Schulhorizont übersteigende, Perspektiven aufzuzeigen imstande war. Kernfrage der vorliegenden Arbeit war es, mithilfe von linearen Regressionsanalysen zu untersuchen, welchen Einfluss verschiedene didaktische Merkmale der W- und P-Seminare auf die Wahrnehmung der Schülerinnen und Schüler bezüglich des Erreichens der für sie vom Kultusministerium festgelegten Unterrichtsziele haben. Dabei zeigt sich, dass beispielsweise die Berücksichtigung der Schülerinteressen am Seminar-Fach bzw. der Bezug der Lehrkraft zum Seminar-Thema einen signifikanten Einfluss ausüben und daher -- wenn möglich -- schon vor Beginn der Seminare berücksichtigt werden sollten.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Moderne bildgebende Verfahren der medizinischen Diagnostik – ein Weg zu interessanterem Physikunterricht

Moderne bildgebende Verfahren der medizinischen Diagnostik – ein Weg zu interessanterem Physikunterricht von Berger,  Roland
Aus einer Reihe von Untersuchungen zum Interesse an physikalischen Themen von Schülerinnen und Schülern der Mittelstufe ist bekannt, dass Physikunterricht dann interessanter wird, wenn die Inhalte in einen medizinischen Kontext eingebunden sind. Eine von mir durchgeführte Untersuchung bestätigte diesen Befund auch für die Oberstufe. Um diesem Ergebnis Rechnung zu tragen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Unterrichtseinheiten zu den Themen Röntgen-Computertomographie und Ultraschalldiagnostik für die Oberstufe entwickelt und eine Fülle von geeigneten Unterrichtsmaterialien aller Art bereitgestellt. Ein wesentliches Merkmal der Konzeption war es, die Prinzipien der medizinischen Diagnosesysteme mit Hilfe geeigneter, selbstentwickelter Funktionsmodelle zu demonstrieren und so den Unterricht wirkungsvoll zu unterstützen. Dazu wurde zunächst ein optisches Modell eines Computertomographen konzipiert und realisiert. Ein Laserstrahl durchdringt dabei eine Matrix von absorbierenden Glasbausteinen. Aus den jeweiligen Transmissionen berechnet ein Computer die Verteilung der Bausteine. Die Steuerung und Datenerfassung erfolgt vollautomatisch über ein schulübliches Computerinterface. Das Prinzip des Impuls-Echo-Verfahrens der Ultraschalldiagnostik kann mit einem Modell veranschaulicht werden, welches 10 m s kurze Ultraschallimpulse erzeugt und die Laufzeit als Maß für die Tiefe einer reflektierenden Schicht interpretiert. Mit dem Gerät lassen sich z.B. auch Echos von Knochen im eigenen Körper registrieren und auswerten. Mit einem geeignet angepassten Ultraschall-Entfernungsmesser aus einer Polaroid-Kamera lässt sich außerdem die computergestützte Gewinnung von Querschnittsbildern demonstrieren. Um die Wirksamkeit der Maßnahme im Unterricht beurteilen zu können, wurde in einer vergleichenden Untersuchung nachgewiesen, dass Unterricht zu den Themen Röntgenstrahlung und Wellen bei gleichen fachlichen Inhalten hinsichtlich der Interessantheit des Unterrichts den herkömmlichen Zugängen deutlich überlegen ist. Dieses Ergebnis konnte in einer Reihe von Interviews bestätigt werden. Der Unterricht wird aufgrund des lebensweltlichen Bezugs für die Schülerinnen und Schüler interessanter. Mit Hilfe geeigneter Leistungstests konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Leistungen der Schülerinnen und Schüler zumindest nicht schlechter ausfallen als bei traditionellem Unterricht. Der interessantere Unterricht wird also entgegen mancher Befürchtungen nicht durch einen Verlust an "physikalischem Tiefgang " erkauft. Daneben ergaben sich eine Fülle von Detailergebnissen, die im Rahmen der für die Didaktik der Naturwissenschaften wichtigen "Münchener Interessentheorie " von Krapp et al. gut zu interpretieren sind. Die Ergebnisse entsprechen insgesamt den Befunden aus einer größeren Untersuchung für die Mittelstufe, die das Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) in Kiel, an deren Evaluationskonzept sich meine empirische Untersuchung eng anlehnte, durchgeführt hat.
Aktualisiert: 2023-05-15
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