Von fremden Ländern und Menschen Physik erobern und übersetzen als Aufgabe der Fachdidaktik

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1 Von fremden Ländern und Menschen Physik erobern und übersetzen als Aufgabe der Fachdidaktik S U S A N N E H E I N I C K E, S T F E A N H E U S L E R 3. J U L I I N S T I T U T F Ü R D I D A K T I K D E R P H Y S I K U N I V E R S I T Ä T M Ü N S T E R

2 Von fremden Ländern und Menschen Physik erobern und übersetzen als Aufgabe der Fachdidaktik G E S C H I C H T E N D E R V E R F R E M D U N G Universität Kyoto, Japan (1995) Sri Lanka (1999)

3 Von fremden Ländern und Menschen Physik erobern und übersetzen als Aufgabe der Fachdidaktik

4 Physik übersetzen Lernende Physik

5 Physik übersetzen

6 Physik übersetzen

7 Physik übersetzen (1997) (1998) (1999)

8 Physik übersetzen J. Schwinger: Only when the theory is finally frozen in the textbooks can one speak of the physicist s conception. At any interesting moment of the development of the theory, there are discordant viewpoints of individual physicists.

9 Große Erzählungen zum Leben erwecken: Animation und Storytelling J. Schwinger: Only when the theory is finally frozen in the textbooks can one speak of the physicist s conception. At any interesting moment of the development of the theory, there are discordant viewpoints of individual physicists.

10 Große Erzählungen zum Leben erwecken: Animation und Storytelling

11 Große Erzählungen zum Leben erwecken: Animation und Storytelling Übersetzung bzw. Inszenierung der Buchvorlage als Animation

12 Erste Versuche zur neuen Kombination von Repräsentationsebenen Physik-Lehrbuch als Ausgangspunkt für ein Storyboard?

13 Erste Versuche zur neuen Kombination von Repräsentationsebenen

14 Physik übersetzen

15 Physik übersetzen

16 Langsames, aber stetiges Wachstum bei der Übersetzung von Physik in neue Sprachebenen

17 Langsames, aber stetiges Wachstum bei der Übersetzung von Physik in neue Lehrmedien Unschärferelation & andere Kurzfilme, Budget jeweils: Euro (1998) QED Budget: ~ Euro (2005) Quantendimensionen Budget: ~ Euro (2010)

18 Vergleich von Sprachebenen bei Musik und Physik

19 Imagene Logogene

20 Imagene Logogene

21 Logogene

22 Logogene

23 S. Weinberg: "...our mistake is not that we take our theories too seriously, but that we do not take them seriously enough. It is always hard to realize that these numbers and equations we play with at our desks have something to do with the real world..." Logogene Logogene

24 Logogene Imagene S. Weinberg: "...our mistake is not that we take our theories too seriously, but that we do not take them seriously enough. Wie mächtig ist eine Bildersprache der Physik? It is always hard to realize that these numbers and equations we play with at our desks have something to do with the real world..."

25 Beispiel Alltagsphysik Foto: Joachim Schlichting Theorie Experiment

26 Beispiel Alltagsphysik Jede Größe in der Theorie (z.b. Einfallswinkel, Brechungsindex) hat eine direkte Interpretation im Experiment. Theorie Experiment

27 Quantenphysik Eindeutiger Zusammenhang zwischen Parametern in Theorie und Experiment bricht zusammen. Theorie Experiment

28 Vier-Quadranten-Schema

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33 Wahrscheinlichkeitsverteilung

34 Wahrscheinlichkeitsverteilung

35 Wahrscheinlichkeitsverteilung

36 Mathematische Visualisierung Mathematische Visualisierung

37 Mathematische Visualisierung Mathematische Visualisierung DVD-ROM Einfache, mathematisch definierte Bildmotive kein Kontextbezug Minimale Interaktivität

38 Mathematische Visualisierung Mathematische Visualisierung DVD-ROM Einfache, mathematisch definierte Bildmotive kein Kontextbezug Minimale Interaktivität Künstlerische Inszenierung

39 Visualisieren und Inszenieren Mathematische Visualisierung Spielfilm Fernsehbeitrag Physik-Show DVD-ROM Exponate Einfache, mathematisch definierte Bildmotive kein Kontextbezug Minimale Interaktivität Künstlerische Inszenierung

40 Visualisieren und Inszenieren Mathematische Visualisierung Spielfilm (Kino) Fernsehbeitrag Physik-Show DVD-ROM Einfache, mathematisch definierte Bildmotive Ausstellung Musical kein Kontextbezug Minimale Interaktivität Lerntheoretisch optimiert Künstlerische Inszenierung

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42 U2: Atom- und Molekülphysik U3: Symmetrien & Elementarteilchen U1: Optik & Quantenoptik

43 Chladny sche Klangfiguren

44 Implementierungen Molekülorbitaltheorie Kugelflächenfunktionen Atommodelle Symmetrien & Elementarteilchen Chladny sche Klangfiguren Periodensystem Auswahlregeln

45 Übersetzungen: Vom Wagnis neuer Kooperationsformen zwischen Infotainment und Schulphysik Lehrbuch, z.b. zum freien Fall: Wissenschaftsfernsehen (zb WDR, Kopfball) Fundierte Erklärungen, aber keine beeindruckenden Visualisierungen Spektakuläre Inszenierung, aber wenig (Sende-)Zeit für fundierte Erklärungen

46 Kombination von fundierten Erklärungen, Animationen und spektakulärer Inszenierung für interaktives Lehrmedium Pilotprojekt: Gravitation Ebene 1: Spektakuläre Inszenierung Ebene 2: Animation Ebene 3: (Schul-)Experiment & Theorie

47 Evaluation beim Wissenschaftsfernsehen? Dirk Gion, Masterarbeit Action in TV-Science transmedial recycled, 2014

48 Evaluation der DVD Quantendimensionen? Teil 1 ( ): Schultests mit 300 Schülern & kontinuierliche Diskussionen mit Physiklehren und Fachkollegen. Teil 2 (aktuelle Produktion): Kontinuierliche Diskussionen mit Physiklehren und Fachkollegen, sowie qualitative Studien mit Schülern. Bild der Wissenschaft Amazon

49 Physik erobern I S T E I N G U T E S LEHRMEDIUM A U C H E I N G U T E S LERNMEDIUM?

50 Lernende Physik erobern Physik

51 Erobern: Physik aus Lernendensicht Lernsituation Sri Lanka: Die Lernenden begegnen dem (englischen) Fachinhalt aus der (mir) fremden Sprache und Kultur heraus. beschränkte Lernmittel: Lernen mit Alltagsmaterialien und -kontexten Perspektive: aus Kindersicht mit Alltagsmaterialien die Welt (natur-) wissenschaftlich erobern

52 Erobern : Physik aus Lernendensicht Zwei Perspektiven der Fachdidaktik: 1. Wie erkläre ich es? (Lehrperspektive) 2. Wie lerne ich es? (Lernperspektive) LEHR- LERN- Forschung

53 Physik erobern: Lerntheorien Lernen als Aufnahme von Wissen: Man kann Informationen weitergeben und aufnehmen. Es kommt auf die richtige Aufbereitung und Darstellung an. Wenn die Lernenden gut aufpassen, lernen sie auch. Lernen als Konstruktion von Wissen: Wissen muss von den Lernenden selbst konstruiert werden. Wissen kann nur auf vorhandenes Wissen aufbauen.

54 Physik erobern: Lerntheorien Ausubel (1968, Educational Psychology: A Cognitive View): Der wichtigste Einzelfaktor, der das Lernen beeinflusst, ist, was der Schüler schon weiß. Man berücksichtige dies und lehre entsprechend. Lernen als Konstruktion von Wissen: Wissen muss von den Lernenden selbst konstruiert werden. Wissen kann nur auf vorhandenes Wissen aufbauen.

55 Physik erobern: Lerntheorien Wortbedeutung Lernen : Wortgruppe: leisten Gotische Wurzel lais Lernen als Konstruktion von Wissen: Wissen muss von den Lernenden selbst konstruiert werden. Wissen kann nur auf vorhandenes Wissen aufbauen. einer Spur nachgehen ich weiß Indogermanische Wurzel lis gehen Das Lernen wird auch der frühen Wortherkunft nach als ein Prozess verstanden.

56 Lernprozesse

57 Verstehen der Lernenden Kernzerfall: Ausbreitung von Radioaktivität:

58 Verstehen der Lernenden Kernzerfall: Ausbreitung von Radioaktivität:

59 Angebote der Lehrenden Atommodelle in Schulbüchern Verstehen der Lernenden (Hybrid-)Vorstellungen bei Lernenden Historische Anordnung in Schulbüchern

60 Verstehen der Lernenden

61 Fragen der Fachdidaktischen Forschung Fragen an die fachdidaktische Forschung: Was lernen die Lernenden eigentlich? Wie lernen die Lernenden eigentlich? Zentrale Forschungsanliegen: Erkenntniszuwachs Realisierte Lernprozesse Vorwissen der Lernenden beim Experimentieren Pre-post-Test Leistungstests z.b. Beobachtungen Interviews Schülervorstellungen Lernendenpotential

62 Realisierter Lernprozess e auf Lernendenseite Fachdidaktischer Forschungsbedarf: Welche Lernprozesse laufen (beim Experimentieren) ab? Wie können wir diese (inneren) Prozesse beobachtbar machen? Welche Hinweise lassen sich analysieren, um den gedanklichen Prozess zu rekonstruieren?

63 Realisierter Lernprozess e auf Lernendenseite Fachdidaktischer Forschungsbedarf: Welche Lernprozesse laufen (beim Experimentieren) ab? Wie können wir diese (inneren) Prozesse beobachtbar machen? Welche Hinweise lassen sich analysieren, um den gedanklichen Prozess zu rekonstruieren? Welchen Einfluss hat das Experimentier- und Lernmaterial? Welchen Einfluss haben die sozialen Interaktionen in der Groß- und Kleingruppe? Welchen Einfluss haben Genderaspekte? Wie können wir diese Erkenntnisse nutzen, um die individuellen Lernprozesse bestmöglich zu unterstützen?

64 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Didaktische Rekonstruktion des Messfehlers - Umgang mit Messdaten

65 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Students can be enabled through laboratory experience to apply the routines of error calculation. Yet, they do not show a deeper understanding why and how they do what they do. Séré et al. (1993); Allie, Buffler & Lubben (2008), Heinicke (2012)

66 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Ursachen u.a.: Faustregeln Anwendung ohne tieferes Verstehen begriffliche und inhaltliche Verwirrung Verstehensschwierigkeiten mangelnde Verknüpfung Fachliche Klärung Umsetzung (Physikunterricht, Praktikum ) Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten Lernendenpotential Schul-, Fachbücher & Fachliteratur

67 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Umsetzung (Physikunterricht, Praktikum ) Ursachen u.a.: fachliche Unstimmigkeiten begriffliche Inkonsistenzen Black box mangelnde Verknüpfung Fachliche Klärung Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten Lernendenpotential Schul-, Fachbücher & Fachliteratur

68 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Umsetzung (Physikunterricht, Praktikum ) Ursachen u.a.: fachliche Unstimmigkeiten begriffliche Inkonsistenzen Black box mangelnde Verknüpfung Fachliche Klärung t in s Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten Lernendenpotential Schul-, Fachbücher & Fachliteratur

69 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Ursachen u.a.: historischer Ansatz (Laplace, Gauss) viel komplexer im 19.Jahrhundert zunehmend vereinfacht und routinisiert bestehende Verknüpfungen in der experimentellen Arbeit gehen verloren Umsetzung (Physikunterricht, Praktikum ) Fachliche Klärung Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten Lernendenpotential Schul-, Fachbücher & Fachliteratur

70 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Genetisch didaktische Rekonstruktion Umsetzung (Physikunterricht, Praktikum ) Historische Klärung Originalquellen, Laboraufzeichnungen Fachliche Klärung Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten Lernendenpotential Schul-, Fachbücher & Fachliteratur

71 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Genetisch didaktische Rekonstruktion Umsetzung (Physikunterricht, Praktikum ) Historische Klärung Originalquellen, Laboraufzeichnungen Fachliche Klärung Schul-, Fachbücher & Fachliteratur Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten Lernendenpotential

72 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Alternative Umsetzung:

73 probability Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Alternative Umsetzung:? values

74 Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten Alternative Umsetzung:

75 Physik erobern Forschung aus Sicht der Lernenden Meine Forschung: Fokus auf Perspektive der Lernenden Verbunden mit fachlicher (und fachhistorischer) Perspektive Multimethodische Herangehensweise Multiperspektivischer Ansatz

76 Physik erobern und übersetzen Lernende Physik

77 Das Institut für Didaktik der Physik Lehrinstitutionen Lernende Physik Gesellschaft

78 Physik und Gesellschaft Beispielprojekt Radioaktivität und Kernphysik

79 Physik und Gesellschaft: Beispiel Radioaktivität und Kernphysik Deutsche Schulbücher DDR-Schulbuch von 1971, S.39. BRD-Schulbuch von 1970, S.568. Dabei zeigte sich, welcher Verbrechen an der Menschheit der Kapitalismus fähig ist. Kaltblütig wurde der Abwurf der Atombombe auf die Bewohner der japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki befohlen Daraus wird verständlich, dass man sich nach der Entdeckung der Kernspaltung intensiv um eine technische Nutzbarmachung dieser großen Energiequelle bemühte

80 Physik und Gesellschaft: Beispiel Radioaktivität und Kernphysik Deutsche Schulbücher DDR-Schulbuch von 1989, S.143. BRD-Schulbuch von 1990/2007, S.513. (1) Werten Sie die Haltungen und Motive von Albert Einstein (2) Würdigen Sie die Wahrnehmung politischer Verantwortung als Wissenschaftler durch Frederic Joliot Curie. Berechnen Sie mithilfe des Massendefektes die Bindungsenergie

81 Physik und Gesellschaft: Beispiel Radioaktivität und Kernphysik Japanische Physik-Schulbücher VOR Fukushima-GAU und NACH Fukushima-GAU

82 VOR Fukushima-GAU NACH Fukushima-GAU

83 VOR Fukushima-GAU NACH Fukushima-GAU

84 Untersuchung japanischer Beim Betrieb eines AKWs sowie bei der Entsorgung radioaktiver Abfälle sind hohe Sicherheitsvorkehrungen notwendig. Schulbücher Beim Betrieb eines AKWs entsteht radioaktiver Abfall, der eine sehr lange Zeit strahlt, bei dessen Entsorgung eine Vielzahl von Problemen zu lösen sind. Möglichkeit einer Kernschmelze (GAU) wird nur in einem Buch erwähnt: ein GAU ist extrem unwahrscheinlich, für den Fall bleiben ungelöste Fragen Neuauflage desselben Buches: da alle Sicherheitsbemühungen übersteigende Unfälle geschehen, bleiben viele ungelöste Fragen VOR Fukushima-GAU NACH Fukushima-GAU

85 Physik und Lehrinstitutionen: Kooperationen Lehrinstitutionen Lernende Physik Gesellschaft

86 Physik und Lehrinstitutionen: Kooperationen Beispielprojekte: Neue Medien Lernchance Experimentieren Radioaktivität, Kerne & Teilchen

87 Projekte mit Schülern & Studenten zum Thema Neue Medien Jährliche Kinopräsentation von selbst entwickelten Lehrmedien von Schülern und Studenten aus Köln und Münster Hittdorf-Gymnasium, Benno Haus, IDP 3D-Drucker: Regelmäßige Arbeiten mit Schülern und Studenten (IDP, MExLab Physik, Institut für Kernphysik) 2016: Exponatentwicklung für neue LWL- Sonderausstellung, zusammen mit FH Design

88 Lernchance Experimentieren MExLab kooperierende Schulen (bisher: Pascal Gymnasium, Gymnasium Paulinum, Wartburg-Grundschule) weitere Schulen im Rahmen des Praxissemesters: Studierendenprojekte zum Forschenden Lernen andere Fachdidaktiken (Doktorandenkolloquium) angedacht: Fachtagung 2015 Themenheft Naturwissenschaft im Unterricht Physik Experimentieren im Dezember 2014

89 Radioaktivität, Kerne & Teilchen Gemeinsame Workshop-Konzeption Institut für Kernphysik Teilnehmende Schulen / Lehrkräfte

90 Stefan Heusler. Susanne Heinicke. Institut für Didaktik der Physik. WWU Münster Vielen Dank!

91 Danke an Prof. T. Kugo, Japan Prof. M. Schmidt, Heidelberg Prof. F. Haake, Essen Prof. J. Schlichting, Münster Michael Tewiele, Ratingen Familie Heusler, Heidelberg Familie Lorke, Münster Annette Lorke, Münster Falk Riess, Oldenburg Peter Heering, Flensburg Heidrun Heinke, Aachen Andy Buffler, Kapstadt Fred Lubben, York Dietmar Hoettecke, Hamburg Barbara Moschner, Oldenburg Thomas Brücher, Wuppertal Familie Klose, Wuppertal Familie Kiefer, Erkenschwick Ulf Truderung Thomas, Finn, Amy, Helen Heinicke, Münster +