Physikalische Kompetenz entwickeln Stand der Forschung und Desiderata. Knut Neumann

Transkript

1 Physikalische Kompetenz entwickeln Stand der Forschung und Desiderata Knut Neumann

2 Gliederung Was ist und warum Kompetenz? Eine kurze Einführung Wie physikalische Kompetenz entwickeln? Ein Überblick über Forschungsstand Was sind Defizite und Desiderata? Eine kritische Reflexion

3 Was ist Kompetenz? Ein wohl strukturiertes Fachwissen zusammen mit der Fähigkeit dieses Fachwissen anzuwenden, um typische Phänomene erklären oder Probleme lösen zu können und der Motivation dieses auch zu tun (Weinert, 2001; vgl. Bransford, Brown & Cocking, 2000)

4 Warum Kompetenz: Fachwissen? (National Center for Education Statistics [NCES], 2000)

5 Warum Kompetenz: Anwendung? Abbildung: Leifi-Physik (Stebler, Reusser & Ramseier, 1997; siehe auch Labudde & Stebler, 1999)

6 Warum Kompetenz: Motivation? 3,9 3,7 Biologie Mathematik Physik Englisch Mittelwerte Interesse 3,5 3,3 3,1 2,9 2,7 2,5 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,50 11,00 Jahrgangsstufe (Daniels, 2008; siehe auch Gardner, 1985, 1987; Hoffmann, Häussler & Lehrke, 1998; Löwe, 1987)

7 Gliederung Was ist und warum Kompetenz? Eine kurze Einführung Wie physikalische Kompetenz entwickeln? Ein Überblick über Forschungsstand Was sind Defizite und Desiderata? Eine kritische Reflexion

8 Wie Kompetenz entwickeln? (KMK 2005; vgl. Bransford, Brown & Cocking, 2000)

9 Wie Kompetenz entwickeln? Physikalische Kompetenz.. Nature of Science System.. (KMK 2005; vgl. National Research Council [NRC], 2012)

10 Wie Kompetenz entwickeln? Physikalische Kompetenz.. Nature of Science System.. (vgl. Duschl, Schweingruber & Shouse, 2007; Duncan & Hmelo-Silver, 2009; Cocoran, Mosher & Rogat, 2009; ; s.a. Krajcik et al. 2012)

11 Was heißt es, zu verstehen? Formen Transport Erhaltung bei Veränderung von Erscheinungsformen und -orten bei Abnahme des Nutzwertes durch Entwertung Umwandlung Entwertung Erhaltung (Duit, 1986, 2007; Duit & Neumann, 2014; vgl. Chen et al., 2014)

12 Was verstehen Schüler unter? Wir brauchen für Aktivität Maschinen brauchen um zu funktionieren Wir brauchen um zu leben Wir als Gesellschaft brauchen (z.b. Solomon, 1983; vgl. auch Watts, 1983 oder Trumper, 1990)

13 Wie entwickeln Schüler Verständnis? Häufigkeitsdichte Formen Umwandlung Transport Entwertung Erhaltung (Neumann, Viering, Boone & Fischer, 2013; vgl. auch Liu & McKeough, 2005; Lee & Liu, 2010)

14 Was sind typische Schwierigkeiten..? Schwierigkeiten mit der Umwandlung von (z.b. Dahncke, 1973) Schwierigkeiten mit der Entwertung von (z.b. Black & Solomon, 1983) Schwierigkeiten mit der Konzeptualisierung von (z.b. Watts, 1983; Lewis, 1994) Schwierigkeiten mit dem Prinzip erhaltung (z.b. Driver & Warrington, 1985; Boyes & Stanisstreet, 1990) (für einen Überblick siehe Chen et al., 2014)

15 Wie einführen? (Michel & I. Neumann, 2013)

16 Wie einführen? verständnis NOS Verständnis Pre Post I Post II Linear (Pre) Linear (Post I ) Linear (Post II) (Michel & I. Neumann, eingereicht)

17 Wie umwandlungen repräsentieren? (Scherr et al, 2012) verständnis Würfelmodell Flussdiagramm 0 Prätest Posttest F U En T Mittlerer Zuwachs verständnis Er (Hadinek, Weßnigk & Neumann, 2015)

18 Wie entwertung aufzeigen? (Kröger, 2013)

19 Wie erhaltung etablieren? (Kröger, 2013)

20 Gliederung Was ist und warum Kompetenz? Eine kurze Einführung Wie physikalische Kompetenz entwickeln? Ein Überblick über Forschungsstand Was sind Defizite und Desiderata? Eine kritische Reflexion

21 Weitere Defizite und Desiderata? Physikalische Kompetenz.. Nature of Science System..?

22 Weitere Defizite und Desiderata? Physikalische Kompetenz.. Nature of Science System..???

23 Weitere Defizite und Desiderata? Nature of Science Physikalische Kompetenz.. X Modellieren System..? (vgl. NRC, 2014)

24 Weitere Defizite und Desiderata? Physikalische Kompetenz (vgl. Vedder-Weiss & Fortus, 2012; Fortus & Vedder-Weiss, 2014)

25 Zusammenfassung und Ausblick Zentral für den Aufbau physikalischer Kompetenz ist ein / sind Entwicklungsmodell/e Diese Modelle müssen auf die Kompetenzentwicklung rund um zentrale Konzepte und Fähigkeiten fokussieren Lerneinheiten müssen an diesen Modellen orientiert und hinsichtlich ihrer Bedeutung für einen kumulativen Aufbau physikalischer Kompetenz erprobt werden Die Dissemination der Lerneinheiten muss durch entsprechende Lehreraus- und fortbildung begleitet werden.

26 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

27

28 als zentrales Konzept Spannung Elekrische Strom Wellenlänge Wärme Polarisation Thermische Temperatur Strahlungsenergie Bewegungsenergie Geschwindigkeit Masse

29 Entwicklung des verständnisses 12 Erhaltung Entwertung Umwandlung Formen 5 (Neumann & Nagy, 2013; cf. Lee & Liu, 2010)

30 Weitere Defizite und Desiderata? Nature of Science Physikalische Kompetenz.. X Modellieren System..? (vgl. Duschl, Schweingruber & Shouse, 2007; Duncan & Hmelo-Silver, 2009; Cocoran, Mosher & Rogat, 2009; ; s.a. Krajcik et al. 2012)

31 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrizitätslehre Mechanik Wärmelehre Optik

32 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Bewegungsenergie Thermische

33 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Umwandlung Bewegungsenergie Thermische

34 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Bewegungs Umwandlung energie Thermische

35 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Bewegungsenergie Umwandlung Thermische

36 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Lagenenergie E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

37 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Umwandlung Lagenenergie E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

38 Wie Kompetenz entwickeln? Elektrische Lagenenergie Dissipation E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

39 Wie Kompetenz entwickeln? + 9 E=P t E=½ m v 2 und E=m g h E~T 8 Elektrische Lagenenergie E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

40 Wie Kompetenz entwickeln? + 9 E=P t E=½ m v 2 und Dissipation E=m g h E~T 8 Elektrische Lagenenergie E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

41 Wie Kompetenz entwickeln? + 9 E=P t E=½ m v 2 und Erhaltung E=m g h E~T 8 Elektrische Lagenenergie E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

42 Wie Kompetenz entwickeln? + E=½ m v E=P t 2 und Innere E=m g h Strahlungsenergie 9 E=P t E=½ m v 2 und E=m g h E~T 8 Elektrische Lagenenergie E~T 7 Elektrische Bewegungsenergie Thermische

43 Group A Group B CV, NEST Generic NOS instruction NOS, E Energy instruction (units I-IV) Energy instruction (units I-IV) NOS, E, NEST E Energy instruction (units V-VII) NOS, E, NEST