Grundsätzliches zur unterrichtsorientierten Physikdidaktik Univ.-Prof. Dr. Martin Hopf. Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik

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1 Grundsätzliches zur unterrichtsorientierten Physikdidaktik Univ.-Prof. Dr. Martin Hopf Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik

2 Agenda Vorbemerkungen Thesen zur Physikdidaktik Beispiele aus der Arbeit Zusammenfassung 2

3 Nutzenbasierte Grundlagenforschung Erkenntnis Bohr Pasteur Edison Nutzen Fischer et al., 2005

4 Nutzenbasierte Grundlagenforschung Erkenntnis Bohr Pasteur Unterichtsorientierte Physikdidaktik Edison Nutzen Fischer et al., 2005

5 Physik lernen?! Physikunterricht an den Schulen ist verblüffend ineffektiv, Selbst relativ einfache Fragen werden von deutschen (und österreichischen) Schülerinnen und Schülern kaum richtig beantwortet (z.b. bei PISA), Auch Studierende haben z.t. erhebliche Schwierigkeiten mit einfachen physikalischen Zusammenhängen (vgl. Vortrag Ivanjek). 5

6 Warum? Physik ist schwer, Alltagsvorstellungen der Lernenden sind allgegenwärtig und kaum zu verändern, Einfache Lösungen ( Experimente, Gruppenarbeit, Computer, usw.) scheinen nicht zu funktionieren, Viele Probleme ergeben sich schon auf Detailebene. 6

7 Ein Beispiel: (IPN-Videostudie) 7

8 Problematischer Einstieg: Es werden Schülervorstellungen aktiviert ( Kraft als Eigenschaft eines Körpers bzw. Kraft und Aktivität )

9 Problematischer Einstieg: Es werden Schülervorstellungen aktiviert ( Kraft als Eigenschaft eines Körpers bzw. Kraft und Aktivität ) Empirisch als sehr schwierig lernbar bestätigt (z.b. Wodzinski, 1996) Man beachte: 1 20

10 Problematischer Einstieg: Es werden Schülervorstellungen aktiviert ( Kraft als Eigenschaft eines Körpers bzw. Kraft und Aktivität ) Empirisch als sehr schwierig lernbar bestätigt (z.b. Wodzinski, 1996) Man beachte: 1 20 Auf der Erde nicht wirklich relevant. Wenn es in dieser Stunde um Trägheit gehen soll, eigentlich wenig wichtig.

11 Problematischer Einstieg: Es werden Schülervorstellungen aktiviert ( Kraft als Eigenschaft eines Körpers bzw. Kraft und Aktivität ) Empirisch als sehr schwierig lernbar bestätigt (z.b. Wodzinski, 1996) Man beachte: 1 20 Auf der Erde nicht wirklich relevant. Wenn es in dieser Stunde um Trägheit gehen soll, eigentlich wenig wichtig. Problematischer Merksatz: Trennung von Ruhe und Bewegung; er will Suggeriert Trägheitsgegenkraft Man beachte: 4 10

12 Zwischenresümee Physiklernen ist schwierig, Grundannahme der Physikdidaktik: Es ist möglich, daran etwas zu verbessern, Das funktioniert aber (m.e. nur und ausschließlich) über empirische qualitative und quantitative Studien, Für Verbesserungen muss man u.u. wesentlich mehr ins Detail gehen, als erhofft, D.h. der Zeithorizont für Resultate ist länger als gewünscht. Eine Orientierung an den Bedürfnissen der (Schul-)praxis ist notwendig.

13 Unsere Forschungsagenda: Erforschung der Schülervorstellungen Adaptierung für Schulen Akzeptanzbefragungen Vergleichsstudien 13

14 Unsere Forschungsagenda: Erforschung der Schülervorstellungen Adaptierung für Schulen Akzeptanzbefragungen Vergleichsstudien Jeder Schritt ist eine Qualifikationsarbeit! 14

15 Erforschung von Schülervorstellungen Nicht sichtbare Strahlung Unsere Lebenswelt ist stark geprägt von Strahlung (Mikrowelle, Handy, WLAN, etc.) Oft intensive Diskussionen in der Öffentlichkeit ( WLAN in der Schule verbieten ) Es ist wenig bekannt, was sich Lernende unter Strahlung vorstellen. Es gibt neue technische Entwicklungen, die u.u. relevant für den Unterricht sind. Dissertationen Neumann 2013, Plotz i.v. 15

16 Vorstellungen zu Strahlung Strahlung ist künstlich, Licht ist verschieden zu Strahlung, Elektrische Geräte sind Strahlungsquellen, Strahlung ist Ursache für Umweltschäden, Strahlung ist gleich strahlende Partikel, Oft: Gefährlich vs. Ungefährlich 16

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18 Vorstellungen zur Infrarotkamera Schülerinnen und Schüler glauben, dass eine Infrarotkamera Strahlung aussendet und die Reflexe registriert; verwechseln Infrarot, Ultraviolett und ionisierende Strahlung (Radioaktivität, Röntgen) haben große Schwierigkeiten bei der Interpretation der Aufnahme einer Infrarotkamera

19 Erforschung von Schülervorstellungen Produkt Mit welchen Lernschwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern muss man auf alle Fälle rechnen? Optimal: Entwicklung von Messinstrumenten

20 Taching Akzeptanzbefragungen Experiments Ausgangsfrage: Wie untersucht man, ob Material funktioniert? Einzel-Lehr-Interviews mit entwickelten Material Nachfrage zum Verständnis und zur Akzeptanz Überarbeitung des Materials Wiederholung der Befragungen Usw. 20

21 Elektromagnetische Felder Ausgangspunkt: Elektromagnetische Wellen Danach werden statische Felder wesentlich leichter verstanden Dissertation Aschauer i.v. 21

22 Elementarteilchen Quarks mit 12-Jähringen Verwendung typographischer Illustrationen Keine Verständnisprobleme bei Akzeptanzbefragungen ab 3. Überarbeitung Dissertation Wiener i.v. 22

23 Quantenwelt großer Moleküle Entwicklung eines virtuellen Labors zur Molekülinterferometrie Akzeptanzbefragungen mit Studierenden Optimierung anhand der Befragungsergebnisse Tomandl et al, Scientific Reports (2015) Dissertation Tomandl i.v. 23

24 Taching Akzeptanzbefragungen Experiments Produkt Eine (zumindest mit einzelnen Lernenden) funktionierende Lernumgebung. ( Machbarkeitsstudie ) 24

25 Adaptierung für Schulen Adaptierung für die Schule Feldtest Evaluation der Ergebnisse Ggfs. Überarbeitung des Materials 25

26 Geometrische Optik Weiterentwicklung älterer Ideen Entwicklung und Erprobung eines forschungsbasierten Schulbuchtextes Habilitation Haagen-Schützenhöfer i.v. 26

27 Adaptierung für Schulen Produkt Eine in Schulklassen funktionierende Lernumgebung. ( Machbarkeitsstudie Teil 2 ) 27

28 Vergleichsstudien Großes Kontroll-Experimentalgruppendesign zur Überprüfung der Wirksamkeit, in der Schulpraxis, aber unter bestmöglicher Berücksichtigung von Forschungsstandards, Generalisierbare Aussagen. 28

29 Vergleichsstudien Produkt Eine funktionierende Lernumgebung. Beispiel: Mechanik-Projekt (vgl. Vortrag Wilhelm) 29

30 Resümee Physikdidaktik kann erfolgreich zur Verbesserung des Lehrens und Lernens der Physik beitragen. Allerdings gibt es keine schnellen Lösungen. Eine mögliche (nicht schnelle) Lösung:» Fokussierung auf Lernprozesse» Schrittweise Optimierung Um solche Programme umzusetzen, sind Forschungsgruppen notwendig. 30

31 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Martin Hopf aeecp.univie.ac.at 31