Physik betreiben und Physik lernen

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1 . Physik betreiben und Physik lernen Zwei Seiten derselben Medaille? Karsten Rincke Didaktik der Physik 14. Februar 2012

2 Thesen 1. Der Erwerbszusammenhang ist grundsätzlich anders charakterisiert als der Verwendungszusammenhang. Vor allem: Das Schulexperiment ist nicht das verkleinerte Abbild von Wissenschaft. 2. Es besteht eine große Unsicherheit darüber, zu welchen Zielen Experimente in der Schule wie beitragen können. 3. Weithin unklar ist, was eine Erklärung ausmacht, und wie man sie generiert.

3 Thesen 1. Der Erwerbszusammenhang ist grundsätzlich anders charakterisiert als der Verwendungszusammenhang. Vor allem: Das Schulexperiment ist nicht das verkleinerte Abbild von Wissenschaft. 2. Es besteht eine große Unsicherheit darüber, zu welchen Zielen Experimente in der Schule wie beitragen können. 3. Weithin unklar ist, was eine Erklärung ausmacht, und wie man sie generiert. 4. Es gibt viel zu tun.

4 Erwerbs- und Verwendungszusammenhänge Worauf haben Sie in den letzten vier Wochen hauptsächlich Ihre Zeit verwandt?

5 Erwerbs- und Verwendungszusammenhänge Funktionen des Experiments im Unterricht

6 Erwerbs- und Verwendungszusammenhänge Es war gesagt worden 1. Der Erwerbszusammenhang ist grundsätzlich anders charakterisiert als der Verwendungszusammenhang. Vor allem: Das Schulexperiment ist nicht das verkleinerte Abbild von Wissenschaft. Die Gegenüberstellung zeigt: Das Experiment übernimmt für das Lernen eine weitestgehend andere Rolle als für die Wissenschaft.

7 Erwerbs- und Verwendungszusammenhänge Es war gesagt worden 1. Der Erwerbszusammenhang ist grundsätzlich anders charakterisiert als der Verwendungszusammenhang. Vor allem: Das Schulexperiment ist nicht das verkleinerte Abbild von Wissenschaft. Die Gegenüberstellung zeigt: Das Experiment übernimmt für das Lernen eine weitestgehend andere Rolle als für die Wissenschaft. Auch innerhalb des Schulunterrichts müssen Lern- und Verwendungszusammenhänge getrennt betrachtet werden: Das Anwendungsbeispiel, eingekleidet in eine Problemlöseaufgabe, ist nicht unbedingt optimal für das Lernen systematischen Fachwissens! (vgl. Arbeiten von Wirth, Künsting, Leutner)

8 Ziele setzen Zentrale Frage Wie ist ein Experiment in Szene zu setzen, damit es eine bestimmte Funktion für das Lernen erhält? Vorschläge

9 Ziele setzen Zentrale Frage Wie ist ein Experiment in Szene zu setzen, damit es eine bestimmte Funktion für das Lernen erhält? Vorschläge Experimentelle Ergebnisse visualisieren

10 Ziele setzen Zentrale Frage Wie ist ein Experiment in Szene zu setzen, damit es eine bestimmte Funktion für das Lernen erhält? Vorschläge Experimentelle Ergebnisse visualisieren Handwerk des Experimentierens üben

11 Ziele setzen Zentrale Frage Wie ist ein Experiment in Szene zu setzen, damit es eine bestimmte Funktion für das Lernen erhält? Vorschläge Experimentelle Ergebnisse visualisieren Handwerk des Experimentierens üben Erfahrungen bereit stellen: Erkunden

12 Ziele setzen Zentrale Frage Wie ist ein Experiment in Szene zu setzen, damit es eine bestimmte Funktion für das Lernen erhält? Vorschläge Experimentelle Ergebnisse visualisieren Handwerk des Experimentierens üben Erfahrungen bereit stellen: Erkunden Vorstellungswelten bewusst machen und prüfen: Erklären

13 Ziele setzen Zentrale Frage Wie ist ein Experiment in Szene zu setzen, damit es eine bestimmte Funktion für das Lernen erhält? Vorschläge Experimentelle Ergebnisse visualisieren Handwerk des Experimentierens üben Erfahrungen bereit stellen: Erkunden Vorstellungswelten bewusst machen und prüfen: Erklären...

14 Ziele setzen Kleines Beispiel

15 Ziele setzen Kleines Beispiel Wir formulieren Beobachtungen, Eindrücke, Gedanken als Wenn-Dann-Aussage.

16 Ziele setzen Kleines Beispiel Wir formulieren Beobachtungen, Eindrücke, Gedanken als Wenn-Dann-Aussage.»Wenn man den Erlenmeyerkolben nach dem Sieden in das kühle Becken taucht, dann siedet das Wasser noch einmal.«

17 Ziele setzen Kleines Beispiel Wir formulieren Beobachtungen, Eindrücke, Gedanken als Wenn-Dann-Aussage.»Wenn man den Erlenmeyerkolben nach dem Sieden in das kühle Becken taucht, dann siedet das Wasser noch einmal.wenn man den Erlenmeyerkolben nach dem Sieden in das kühle Becken taucht, dann kondensiert der Dampf, sodass der Druck im Kolben sinkt.«

18 Ziele setzen Kleines Beispiel Wir formulieren Beobachtungen, Eindrücke, Gedanken als Wenn-Dann-Aussage. Die Vorgabe der Wenn-Dann-Form generiert Kandidaten für Hypothesen. allgemeingültige, falsifizierbare, empirisch prüfbare Wenn-Dann-Aussage Nicht: raten, meinen,...

19 Ziele setzen Kleines Beispiel Wir formulieren Beobachtungen, Eindrücke, Gedanken als Wenn-Dann-Aussage. Die Vorgabe der Wenn-Dann-Form generiert Kandidaten für Hypothesen. Hier gewählte Inszenierung: Erkunden

20 Ziele setzen Kleines Beispiel Wir formulieren Beobachtungen, Eindrücke, Gedanken als Wenn-Dann-Aussage. Die Vorgabe der Wenn-Dann-Form generiert Kandidaten für Hypothesen. Hier gewählte Inszenierung: Erkunden Der nächste Schritt kann sein: Eine der Hypothesen entscheiden.

21 Ziele setzen Noch ein Beispiel zur Präzisierung: Erkunden

22 Ziele setzen Noch ein Beispiel zur Präzisierung: Erkunden Skizzieren Sie Ihre Beobachtung auf einem Zettel.

23 Ziele setzen Noch ein Beispiel zur Präzisierung: Erkunden Skizzieren Sie Ihre Beobachtung auf einem Zettel. 1. Unentbehrlich: Der Konsens über das Beobachtete.

24 Ziele setzen Noch ein Beispiel zur Präzisierung: Erkunden Skizzieren Sie Ihre Beobachtung auf einem Zettel. 1. Unentbehrlich: Der Konsens über das Beobachtete. 2. Auch hier: Wenn-Dann-Aussagen.

25 Ziele setzen Noch ein Beispiel zur Präzisierung: Erkunden Skizzieren Sie Ihre Beobachtung auf einem Zettel. 1. Unentbehrlich: Der Konsens über das Beobachtete. 2. Auch hier: Wenn-Dann-Aussagen. 3. Aussagen, die keine Frage aufwerfen, gehören zur Beschreibung.

26 Ziele setzen Noch ein Beispiel zur Präzisierung: Erkunden Skizzieren Sie Ihre Beobachtung auf einem Zettel. 1. Unentbehrlich: Der Konsens über das Beobachtete. 2. Auch hier: Wenn-Dann-Aussagen. 3. Aussagen, die keine Frage aufwerfen, gehören zur Beschreibung. 4. Aussagen, die Hinzugedachtes enthalten, sind Ausgangspunkt des Hypothesentests.

27 Ziele setzen Erklären 1. Aussagen, die Hinzugedachtes enthalten, sind Ausgangspunkt des Hypothesentests. 2. Wird eine Hypothese bestätigt, dann ist das kein Beweis für die Gültigkeit des Hinzugedachten! 3. Wird eine Hypothese bestätigt, dann steigt aber das Vertrauen in die Verlässlichkeit des Hinzugedachten. 4. Wird eine Hypothese widerlegt, dann ist das der Nachweis für einen Fehler im Hinzugedachten.

28 Ziele setzen Erklären 1. Aussagen, die Hinzugedachtes enthalten, sind Ausgangspunkt des Hypothesentests. 2. Wird eine Hypothese bestätigt, dann ist das kein Beweis für die Gültigkeit des Hinzugedachten! 3. Wird eine Hypothese bestätigt, dann steigt aber das Vertrauen in die Verlässlichkeit des Hinzugedachten. 4. Wird eine Hypothese widerlegt, dann ist das der Nachweis für einen Fehler im Hinzugedachten. Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist.

29 Ziele setzen: Erklären Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist. Beispiel: Luftdruck-Gravitation

30 Ziele setzen: Erklären Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist. Beispiel: Luftdruck-Gravitation Die Theorie der Luftdruck-Gravitation begründet eine Hypothese über das Verhalten eines Hartschaumklotzes unter Wasser.

31 Ziele setzen: Erklären Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist. Beispiel: Luftdruck-Gravitation

32 Ziele setzen: Erklären Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist. Beispiel: Luftdruck-Gravitation Die Hypothese wird im Experiment bestätigt!

33 Ziele setzen: Erklären Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist. Beispiel: Luftdruck-Gravitation

34 Ziele setzen: Erklären Mathematik und Physik Mathematik: Man ist sich des Bewiesenen sicher. Physik: Man ist sich des Widerlegten sicher sicher, dass es falsch ist. Beispiel: Luftdruck-Gravitation Erst der Niedergang einer Theorie verschafft Klarheit über ihre Qualität!

35 Ziele setzen: Erkunden oder erklären? Erkunden Erklären 1. beobachten Wenn-Dann-Aussage auswählen und begründen (Hinzugedachtes!) 2. einen Konsens herstellen Versuch zur Prüfung planen 3. beobachten Versuch durchführen 4. Wenn-Dann-Aussagen formulieren Wenn-Dann-Aussage entscheiden 5. Wenn-Dann-Aussagen ordnen Rückschau: Ist das Vertrauen gestiegen?

36 Ziele setzen: Erkunden oder erklären? Erkunden Erklären 1. beobachten Wenn-Dann-Aussage auswählen und begründen (Hinzugedachtes!) 2. einen Konsens herstellen Versuch zur Prüfung planen 3. beobachten Versuch durchführen 4. Wenn-Dann-Aussagen formulieren Wenn-Dann-Aussage entscheiden 5. Wenn-Dann-Aussagen ordnen Rückschau: Ist das Vertrauen gestiegen? Die Rolle der Theorie Erkunden: weitgehend unwichtig Erklären: wichtig und an erster Stelle

37 Ziele setzen Es war gesagt worden 2. Es besteht eine große Unsicherheit darüber, zu welchen Zielen Experimente in der Schule wie beitragen können. Ziele in den Beispielen Erkunden: Erfahrungen ermöglichen, Erklären: Hinzugedachtes auf die Probe stellen

38 Ziele setzen Ziele in den Beispielen Erkunden: Erfahrungen ermöglichen, Erklären: Hinzugedachtes auf die Probe stellen

39 Ziele setzen Ziele in den Beispielen Erkunden: Erfahrungen ermöglichen, Erklären: Hinzugedachtes auf die Probe stellen Hofstein & Lunetta (2004): Das Experiment trägt wenig zum Lernen bei, weil u. a. die Ziele der Experimente den Schülern oft nicht klar seien bzw. Schüler glaubten, das Ziel bestehe in der Befolgung einer Anleitung/Reproduktion von Daten, ein naiver Glaube an ein Lernen von Wissenschaft direkt aus der Konfrontation mit Experimenten bestehe.

40 Erklären Es war gesagt worden 3. Weithin unklar ist, was eine Erklärung ausmacht, und wie man sie generiert.

41 Erklären Es war gesagt worden 3. Weithin unklar ist, was eine Erklärung ausmacht, und wie man sie generiert. Das Hinzugedachte

42 Erklären Es war gesagt worden 3. Weithin unklar ist, was eine Erklärung ausmacht, und wie man sie generiert. Die Erklärung

43 Erklären Die Erklärung Eine Erklärung braucht den Konsens über das, was beobachtet werden konnte,

44 Erklären Die Erklärung Eine Erklärung braucht den Konsens über das, was beobachtet werden konnte, sie setzt ein Einverständnis dafür voraus, dass das Hinzugedachte akzeptiert ist!

45 Erklären Die Erklärung Eine Erklärung braucht den Konsens über das, was beobachtet werden konnte, sie setzt ein Einverständnis dafür voraus, dass das Hinzugedachte akzeptiert ist! Erklärungen sind stets auf eine Theorie (Hinzugedachtes) bezogen. Was das je ist, muss expliziert werden!

46 Packen wir s an Es war gesagt worden 4. Es gibt viel zu tun.

47 Packen wir s an Es war gesagt worden 4. Es gibt viel zu tun. Gegenwärtige Forschungsaktivität in Regensburg Erkundender Vergleich zwischen den Inszenierungsformen Erkunden, Erklären (verschiedene fachliche Themen) Zentrale Frage: welche Zielsetzungen nehmen die Schüler/innen wahr? Wie nehmen sie die ggf. diese Zielsetzungen wahr?

48 Packen wir s an Es war gesagt worden 4. Es gibt viel zu tun. Gegenwärtige Forschungsaktivität in Regensburg Erkundender Vergleich zwischen den Inszenierungsformen Erkunden, Erklären (verschiedene fachliche Themen) Zentrale Frage: welche Zielsetzungen nehmen die Schüler/innen wahr? Wie nehmen sie die ggf. diese Zielsetzungen wahr? Dazu: Entwicklung und Validierung entsprechender Befragungsinstrumente, Entwicklung geeigneter Unterrichtsmaterialien, Schulung von Lehrkräften.

49 Packen wir s an Es war gesagt worden 4. Es gibt viel zu tun. Gegenwärtige Forschungsaktivität in Regensburg Erkundender Vergleich zwischen den Inszenierungsformen Erkunden, Erklären (verschiedene fachliche Themen) Zentrale Frage: welche Zielsetzungen nehmen die Schüler/innen wahr? Wie nehmen sie die ggf. diese Zielsetzungen wahr? Dazu: Entwicklung und Validierung entsprechender Befragungsinstrumente, Entwicklung geeigneter Unterrichtsmaterialien, Schulung von Lehrkräften. Was ist eine Erklärung aus Sicht der Schüler/innen (themenbahängig, altersabhängig)

50 Rückschau 1. Das Experiment im Dienste der Wissenschaft ist ein anderes als jenes im Dienste des Lernens. 2. Lernen ist auf ein Ziel hin gerichtet. Auch das Experiment braucht seine spezielle Zielsetzung. 3. Erklären hat ein hohes subjektives Moment und ist nicht einfach»richtig«oder»falsch«.