Lernen von Konzepten in der Physik. Clemens Wagner Emme:en 2013

Transkript

1 Lernen von Konzepten in der Physik Clemens Wagner Emme:en 23

2 Conceptual Change Knowledge as theory perspecbve Knowledge as elements perspecbve Struktur von Konzepten Piaget, Kuhn und Posner, Vosniadou Quasi- unabhängige Elemente (Phenomenological PrimiBves) disessa

3 Physik Lernen Knowledge as theory perspecbve Conceptual change. Unzufriedenheit mit dem exisberenden Konzept 2. Neues Konzept ist verständlich 3. Neues Konzept ist plausibel 4. Neues Konzept ist transferierbar auf andere Probleme

4 Physik Lernen Knowledge as elements perspecbve Conceptual change Unstrukturierte Sammlung von phenomenological primibves (relabv isoliert, selbsterklärend) Komplexe Wissensstruktur (isolierte, selbsterklärende Elemente werden eingebaut)

5 Conceptual change Vase oder Gesicht? Konzept Gesicht Vase t Wie sieht dieser Übergang aus?

6 Konzept Lernen Physikalisches Konzept Konzept Fehlkonzept

7 Jahreszeiten Fehlkonzept Erde Erde Sonne Sonne Sommer Winter

8 Jahreszeiten Konzept Unterricht Winter Achse Äquator Sommer Einfallswinkel

9 Jahreszeiten Test Instruktor Antwort des Studenten Winter Weshalb gibt es verschiedene Jahreszeiten auf der Erde? Axis Equator Sommer

10 Feststellungen Konzepte werden o^ von Fehlkonzepten begleitet Konzepte und Fehlkonzepte können zusammen au^reten Das Lernen von Konzepten verlangt ein Verlernen der Fehlkonzepte

11 Modell des Konzept Lernens Eigenscha^en des Modells Anwendungen des Modells Verbesserung des Unterrichts

12 Gleichungen des Modells Konzept Fehl- konzept Änderung Konzept = Konzept Lernen Wechsel- wirkung - Konzept Verlernen Wechsel- wirkung Änderung Fehlkonzept = - Fehlkonzept Verlernen Wechsel- wirkung + Fehlkonzept Lernen

13 Gleichungen des Modells c und m sind latente Variablen Behindert das Konzept Lernen Unterstützt das Verlernen des Konzepts Lernrate dc dt dm dt = α c( c) ( m) γ c m = β m( m)c + µ ( m) Unterstützt das Verlernen des Fehlkonzepts

14 Modell des Konzept Lernens Eigenscha^en des Modells Anwendungen des Modells Verbesserung des Unterrichts

15 StaBonäre Punkte Fehlkonzept Fixpunkt (stabil).8 Instabiler Fixpunkt Misconception Concept Konzept Fixpunkt (stabil)

16 Basin of A:racBon Fehlkonzept Fixpunkt Start Final misconception Initial concept Start Konzept Fixpunkt.5 Initial misconception High inibal misconcepbons prevent from learning concepts

17 Der Fehlkonzept - Konzept Übergang α: Lernrate α klein α gross α klein Final misconception Initial concept.5 Initial misconception Final misconception Initial concept.5 Initial misconception Final misconception Initial concept.5 Initial misconception Konzept Unterricht Konzept Nahe beim Fehlkonzept Fixpunkt Fehlkonzept Konzept Fixpunkt Zeit

18 Modell des Konzept Lernens Eigenscha^en des Modells Anwendungen des Modells Verbesserung des Unterrichts

19 Experiment Konzept Lernen RepräsentaBve Gruppen von Studierenden Gleiche Konzeplrage 32 students week 27 students week 2 3 students week 3 Vorlesung mit ca. 3 Studierenden A.F. Heckler and E.C. Sayre (2) Am. J. Phys. 78, 768

20 4 verschiedene Zeitverläufe des Konzept Lernens Flache Kurven Step up Kurven 7% 5% AufsBeg und Fall Interferenz % 5% A.F. Heckler and E.C. Sayre (2) Am. J. Phys. 78, 768

21 Messprozess Konzept Nichtwissen & Fehlkonzepte (- c) MulBple- Choice Frage Konzeptwissen Konzeptwissen c Zeit Fehlkonzepte & Nichtwissen

22 Messprozess Konzept Nichtwissen Konzept (- c) MulBple- Choice Frage Fehlkonzept Konzeptwissen c Zeit Nichtwissen Fehlkonzepte (- m) Konzeptwissen c(- m) Fehlkonzept m(- c) Nichtwissen (- c)(- m) Fehlkonzept m Zeit

23 c m Messprozess c m c ro = Concept read out ξ c ro = c( ξm) c m.5 Misconception.5 Concept c m c ro = ζ! # " c ro m ro $! & = # % # " c( ξm) +ζ( m)( c) ( ) +ζ( m)( c) m ( ξ)c $ & & % c ro =

24 Konzept Lernen Concept (Velocity acceleration) time [day] Konzept Fixpunkt Flache Profile Concept (Force motion) time [day] Fehlkonzept Fixpunkt Concept (Electric field) Concept (Electric field) time [day] time [day] Step- up Profil AnsBeg und Fall

25 Interferenz Konzept el. PotenBal Fehlkonzept Vektor Konzept el. Feld Fehlkonzept PotenBal electric field

26 Interferenz Elektrisches Feld, Vektor Elektrisches PotenBal, Skalar Konzept Konzept 2 Fehlkonzept + + Fehlkonzept 2 Zusätzliche Wechselwirkung zwischen Konzept- Fehlkonzept Paaren

27 Interferenz c T / m T Konzept: el. PotenBal Fehlkonzept: Vektor El. Pot time [days] c T / m T Konzept: el. Feld Fehlkonzept: Skalar E- field B- field time [days]

28 Modell des Konzept Lernens Eigenscha^en des Modells Anwendungen des Modells Verbesserung des Unterrichts

29 Verbesserung des Unterrichts Man muss sich der Konzepte und der Fehlkonzepte bewusst werden Abfall des Wissens nach der Lernphase soll vermieden werden Fehlkonzept akbv angehen Lernprofile von Konzepten

30 Vermeidung des Abfalls.8 Messung c T / m T Concept/ Misconception time [days] Latente Variablen Bereits nach Tagen ist das Wissen wieder verloren time [days]

31 Fehlkonzepte verlehren Fehlkonzept verlehren c T / m T time [days] c T / m T time [days] Lehren des Konzepts Lehren von Konzepten geht einher mit dem Verlehren von Fehlkonzepten Fehlkonzept Konzept Übergang

32 Was bedeutet Fehlkonzepte verlehren? Ersetzen eines offenen Schalters durch einen unendlichen Widerstand Den Schalter schliessen bedeutet einen unend- lichen Widerstand durch einen Kurzschluss zu ersetzen

33 Zusammenfassung Modell des Konzept Lernens Konzept und Fehlkonzept haben eigene Dynamik Dynamik von Fehlkonzepten ist sehr träge Modell reproduziert die 4 generischen Profile des Konzept Lernens (Heckler at al. 2) Flache Profile, Step- up Profil, AufsBeg und Fall und Interferenzprofile Verbesserung des Unterrichts Verlehren von Fehlkonzepten

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit