PHYSIKUNTERRICHT MIT TECHNOLOGIEEINSATZ LERNAUFGABEN UND LERNPROZESSE

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1 PHYSIKUNTERRICHT MIT TECHNOLOGIEEINSATZ LERNAUFGABEN UND LERNPROZESSE Dr. Hildegard Urban Woldron Universität Wien, AECC Physik & PH Niederösterreich

2 Übersicht Von der Datenerfassung zum mathematischen Modell Beispiele aus der Mechanik Lernaufgaben und Lernprozesse Beispiele aus der Elektrizitätslehre

3 Einsatz des Computers im Physikunterricht Messdaten in Echtzeit erfassen Messdaten aufbereiten und darstellen Theoretische Modelle visualisieren Mathematische Modelle dynamischer Systeme konstruieren Systemverhalten in Simulationen erkunden Systemverhalten vorhersagen und mit Realdaten abgleichen Informationen beschaffen (und bewerten) Wissen kommunizieren, präsentieren

4 Herausforderungen für die fachdidaktische Forschung Adressierung konkreter Bildungs- und Erziehungsziele Untersuchung der didaktischen Funktionen Einordnung in den Erkenntnisgang der S/S Auslösung und Unterstützung von Schülertätigkeiten Argumentation des Mehrwertes Entwicklung forschungsbasierter Aufgabenstellungen Rolle der Lehrperson beim Computereinsatz Aus- und Fortbildung von Lehrkräften

5 Welche Technologie steht zur Verfügung?

6 Das Federpendel

7 Von den Realdaten zum mathematischen Modell yt A sin 2 f t = Bedeutung der Parameter?

8 Weiterführende Fragestellungen max d min d Wo ist der Pendelkörper, wenn seine Geschwindigkeit Null ist? Zeit Weg Diagramm Zeit Geschwindigkeits Diagramm Wo ist der Pendelkörper, wenn seine Geschwindigkeit maximal ist? Welche Ähnlichkeiten bestehen zwischen den beiden Graphen? In welcher Weise unterscheiden sich die beiden Graphen?

9 Weitere Untersuchungen Phasendiagramm Beschleunigung als Funktion der Auslenkung

10 Simulationen erlauben explorierende Zugänge Wie kann man das Applet verwenden? Der Masse m einen Wert zuweisen Der Federkonstante k einen Wert zuweisen Die Amplitude der Federschwingung wählen

11 Übergang vom Ausprobieren zum Lernen Entscheidungen der Lehrperson Welche Kompetenzen sollen die Lernenden entwickeln? Wie müssen sie beim Lernen angeleitet werden?

12 Vom Verwenden zum Erstellen von Modellen

13 Grenzen physikalischer Modelle... Modellbildung Wie groß ist die Beschleunigung? Masse 200 g Reibungskoeffizient 0,3 Neigungswinkel 4º? Wie verändert sich die Geschwindigkeit des Wagens? Forschungsstand Fachdidaktische Aufgabe Messdaten Modell Beispiele - Mechanik Lernaufgaben/ Lernprozesse Beispiele - Elektrizitätslehre

14 Vom Experimentieren zum Modellbilden

15 P.O.E.T.R.Y Konzept

16 Welcher Graph beschreibt die Bewegung des Balls am besten? Predict Observe Explain

17 Automatische Messdatenerfassung spart Zeit Skizziere das Zeit Weg Diagramm das Zeit Geschwindigkeits- Diagramm Überprüfe deine Graphen mit deinen Messungen! Stimmen deine Vorhersagen mit den Messdaten überein?

18 Beispiele aus einem Elektrizitätslehre-Test für Schüler/innen Betrachte den Stromkreis auf der rechten Seite. Was kannst du über den Strom an verschiedenen Stellen im Stromkreis aussagen? Der Strom ist bei A am größten. Der Strom ist bei B am größten. Der Strom ist bei C am größten. Der Strom ist bei D am größten. Der Strom ist überall gleich groß. Welche Ergebnisse erwarten Sie? 25,2 % meinen, dass der Strom bei A oder B am größten ist; 17,7% meinen, dass der Strom bei C oder D am größten ist. Was haben die Schüler/innen nicht verstanden?

19 Digitale Lernobjekte Crocodile Physics / Yenka Circuit Construction Kit

20 Wo liegt der Mehrwert digitaler Lernobjekte? Motivation? Interesse? Aufbau von Verständnis? Wie hell leuchten die Lämpchen? Ändert sich die Helligkeit des Lämpchens A, wenn die beiden Lämpchen B und C hinzu geschaltet werden? Ändert sich die Helligkeit der Lämpchen A, B und C wenn drei weitere Lämpchen D, E und F parallel zu A bzw. B und C geschaltet werden? Weiterführende Fragen Wie ändert sich die Helligkeit des Lämpchens E, wenn A heraus geschraubt wird? Wie ändern sich die Helligkeiten der Lämpchen B und D, wenn E heraus geschraubt wird?

21 Was wäre, wenn? Leuchten die Lämpchen A und B gleich hell? Wie ändert sich die Helligkeit der beiden Lämpchen, wenn der Schalter geschlossen wird? Welche Erklärung hast du dafür? Wie wirkt sich das Kurzschließen des Lämpchens B a) auf die Helligkeit des Lämpchens A aus? b) auf den elektrischen Strom durch die Batterie aus? c) auf die Größe des gesamten Widerstandes im Stromkreis aus?

22 EU Projekt COMBLAB Acquisition of science competencies through ICT real time experiments Create and implement research based worksheets for students to work with real time experiments in Chemistry, Physics and Biology classes Create research based teacher training materials to enhance students science competency using ICT real based experiments Support initial and continuous training of teachers and teacher-trainers

23 Danke für die Aufmerksamkeit!