Förderung von Verstehensprozessen unter Einsatz von Modellen Böhm

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1 Studien zum Physik- und Chemielernen 126 Förderung von Verstehensprozessen unter Einsatz von Modellen von Ulrike Böhm 1. Auflage Förderung von Verstehensprozessen unter Einsatz von Modellen Böhm schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: Naturwissenschaften, Mathematik (Unterricht & Didaktik) Logos 2012 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

2 INHALTSVERZEICHNIS I Prolog 17 II Theoretischer Teil 21 1 Einführung und Problemstellung 23 2 Bestimmung des Modellbegriffs Allgemeine Bestimmung des Modellbegriffs Modellbegriff von Stachowiak Formen der Modellbildung zur Beschreibung der Realität Wichtige Forschungsansatze aus verschiedenen Wissenschaftsbereichen zur Festlegung des verwendeten Modellbegriffs Eigenschaften mentaler Modelle nach Norman Vorstellungen über die Entstehung einer wissenschaftlichen Theorie nach Greca und Moreira Beschreibung des Erkenntnis- und Lehrprozesses nach Kircher Naturwissenschaftlicher Modellbegriff nach Hagele Zusammenfassende Diskussion der diskutierten Ansätze und ihrer Modelle 43 3 Bibliografische Informationen digitalisiert durch

3 2.3.1 Wissenschaftliches versus didaktisiertes Modell Rolle der mathematischen Modellbildung Didaktisches Modell über den Prozess der physikalischen Modellbildung beim Schüler 49 3 Psychologische Ansätze zum Wissenserwerb Aneignung von Wissen nach Piaget Zentrale Begriffe: Schema, Assimilation, Akkomodation, Äquilibration Stadien der Denkentwicklung Implikationen für den Unterricht Wissenserwerb als kulturabhängige Größe nach Vygotskij Vygotskijs Grundannahmen Pädagogisch relevante Implikationen Wissenserwerb als Conceptual Change Definition des Begriffs Weak und Strang Conceptual Change nach Carey Ist die Entwicklung naturwissenschaftlicher Theorien mit der Entwicklung eigener Konzepte vergleichbar? Didaktische Implikationen der Forschung des Conceptual Change 68 4 Empirische Befunde über Vorstellungen zu Sehvorgang, Reflexion, Streuung und Spiegelbild Sieben Gründe für das Entstehen von Alltagsvorstellungen Schülervorstellungen zum Sehvorgang Untersuchungen von Jung, Wiesner und Blumör Untersuchungen von Jung Untersuchungen von Guesne 81 4 Inhalisvef2eichnis

4 4.2.4 Untersuchung von Andersson und Kärrqvist Untersuchungen von Gropengießer Untersuchungen von Herdt Schülervorstellungen zum Spiegelbild Untersuchungen von Jung, Wiesner und Blumör Untersuchungen von Jung Untersuchungen von Herdt Untersuchungen von Galili, Bendall und Goldberg Untersuchungen von Goldberg und McDermott Taschenspiegelitem Spiegeltransformation Lehrervorstellungen über Schülervorstellungen Schlussfolgerungen aus den Studien über Alltagsvorstellungen für das eigene Konzept Was für ein Bild ist das Spiegelbild? - Sehvorstellungen von der Antike bis heute Antike Lichttheorien Atomisten Die platonische Theorie der Gesichtswahrnehmung Aristotelische Theorie der Vermittlung eines durchsichtigen Mediums Die Stoiker und Galen Theorien einer unvermittelten psychischen Fernwirkung Die Mathematiker-Theorie der Sehstrahlen Ein Vertreter der arabischen Kultur - Alhazens Sehtheorie Bedeutung des Spiegelbildes für die Entwicklung der Perspektive in der Renaissance 118 5

5 5.4 Theorie des Netzhautbildes von Kepler Probleme beim heutigen Bildverständnis Familienstrukturen der Bilder You can hang a picture, you can't hang an image" Zusammenfassende Diskussion und Schlussfolgerungen Historische Konzepte als Bestandteil heutiger Schülervorstellungen Übersicht über die verwendeten Konzepte in der geschichtlichen Entwicklung Schülerfreundlichkeit der vorgestellten Modellierungen - Didaktisierte Modelle für optische und nichtoptische Aspekte Fazit der Analyse der historischen Betrachtungen Das Spiegelbild im Verfahren der Didaktischen Rekonstruktion Didaktische Rekonstruktion - eine Begriffsbestimmung Fachliche Klärung Die drei Modellperspektiven Gedanken über mathematische Modellierungen in der Optik Bedeutung der Art der Darstellung des Spiegelbildes für das Verständnis Ausgewählte Darstellungen zum Spiegelbild aus Fach- und Lehrbüchern und dem Internet Analyse der Schülerperspektiven Zusammenfassung der Schülervorstellungen von Licht und Sehvorgang Zusammenfassung der Schülervorstellungen vom Spiegelbild Mathematisches Vorwissen Physikalisches Vorwissen Didaktische Strukturierung - Zusammenfassende Diskussion und Schlussfolgerungen ïnhartsverzeictinfs

6 6.4.1 Probleme fortwährender Vereinfachung der Modellierungen von Inhalten Gründe für die Stabilität der Vorstellungen zum Spiegelbild Konzept der Schulung zur Entwicklung des Schülerverständnisses zum Spiegelbild unter Verwendung verschiedener Modellperspektiven Grundlegende Struktur der Schulung Methodische Umsetzung der Schulung Aktivierung des Vorwissens Erklärung der Lerneinheit Erklärung des Spiegelbildes Gibt es das Spiegelbild ohne uns? Was hat das Spiegelbild mit Achsenspiegelung zu tun? Betrachtung des Spiegelbildes aus drei Perspektiven Ablauf der Schulung 166 III Empirischer Teil Methodische Überlegungen zur Erfassung der Schülervorstellungen zum Spiegelbild Beschreibung der Testaufgaben Aufgabe Aufgabe Aufgabe Aufgabe Aufgabe Auswertung der Aufgaben 1 und Kategorisierung der Antworten 178 tnhaftsverzekjims 7

7 8.2.2 Vergabe von Leistungspunkten Auswertung der Aufgaben 3 und Auswertung der Aufgabe Kategorisierung der Aufgabe Bestimmung der Übereinstimmung zwischen den Ratern Vergabe von Leistungspunkten Bestimmung der verwendeten Modellperspektiven Zusammenfassung der Bewertungen Studie 1: Explorative Analyse des Schülerverständnisses zum Spiegelbild und Evaluation des Einflusses einer Hilfestellung auf die Aufgabenlösung Fragestellungen Methode Versuchspersonen Material und Design Versuchsdurchführung und Datenerhebung Statistische Analysen und Auswertungen Ergebnisse Erzielte Leistungen bei Grund- und Transferwissen Untersuchung von Wahrnehmung und von mathematisch-physikalischen Aspekten des Spiegelbildes Analyse der verwendeten Modellperspektiven in der Transferaufgabe Einfluss der Hilfestellung auf die Leistung Untersuchung der Bedeutung der Hilfestellung auf das Modellierungsverhalten Zusammenhang zwischen Modellperspektiven und Leistung Interpretation der Ergebnisse Inhaltsverzeichnis

8 10 Studie 2: Auswirkungen der Schulung auf den Lernerfolg und das Modellierungsverhalten der Lernenden Fragestellungen Methode Versuchspersonen Material und Design Versuchsdurchführung und Datenerhebung Statistische Analysen und Auswertungen Ergebnisse Vergleich des Wissensstandes der Schulungs- und Kontrollgruppe anhand der Leistung Untersuchung von Wahrnehmung und von mathematisch-physikalischen Aspekten des Spiegelbildes Analyse der verwendeten Modellperspektiven in der Transferaufgabe Interpretation der Ergebnisse Konzept zur Verwendung unterschiedlicher Modellperspektiven im Unter rieht Grundlegende Integrationsidee Aufbau der Arbeitsblätter Methodische Umsetzung im Unterricht Studie 3: Auswirkungen der Verwendung der Modellperspektiven im Unterricht auf Leistung und Modellierungsverhalten Fragestellungen Methode Versuchspersonen Material und Design 254

9 Versuchsdurchführung und Datenerhebung Statistische Analysen und Auswertungen Ergebnisse Erzielte Leistungen bei Grund- und Transferwissen Untersuchung von Wahrnehmung und von mathematisch- physikalischen Aspekten des Spiegelbildes Analyse der verwendeten Modellperspektiven in der Transferaufgabe Einfluss der Hilfestellung auf die Leistung Untersuchung der Bedeutung der Hilfestellung für das Modellierungsverhalten Zusammenhang zwischen Modellperspektiven und Leistung Vergleich der Ergebnisse der Studien 1 und Vergleich der Ergebnisse der Studien 2 und Interpretation der Ergebnisse Abschließende Diskussion und Implikationen Diskussion des entwickelten Erhebungsverfahrens Bedeutung des mathematischen Vorwissens für die Verständnisentwicklung Veränderung des Schülerverständnisses durch die Einführung von Modellperspektiven Implikationen für Forschung und Praxis 285 A Anlagen 301 A.1 Test zur Erhebung des Schülerverständnisses 301 A.2 Datenbankmasken zur Kategorisierung der Schülerantworten 306 A.3 Ablaufplan der Schulung Inhaltsverzeichnis

10 A.4 Verwendete abhängige und unabhängige Variablen in den drei Untersuchungen 312 A.5 Studie 1 : Untersuchung zwischen den Klassen K1 bis K5 auf Unterschiede313 A.6 Arbeitsblätter zur Erarbeitung des Spiegelbildes unter Verwendung der drei Modellperspektiven 314 A.7 Studie 3: Untersuchung auf Unterschiede zwischen den Klassen AB1 bis AB4 318 A.8 Vergleich der verwendeten Modellierungskombinationen in den Studien 1 und fnhattsverzetchros 11