12. Schweizerischer Tag für Physik und Unterricht. Clemens Wagner ETH Zürich, KS Romanshorn 2012

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1 12. Schweizerischer Tag für Physik und Unterricht Clemens Wagner ETH Zürich, KS Romanshorn 2012

2 Image der Physik im Unterricht Eine Ansammlung von Formeln Lösungsstrategie Was ist gegeben Formel aus Formelbuch auswählen Nach der Unbekannten auflösen Zahlen einsetzen Welche Formel muss ich hier benutzen? Ich konnte die Aufgabe nicht lösen, da ich die richtige Formel nicht gefunden habe.

3 Aufbau des Unterrichts Phänomene, Physikalische Vorgänge Herleitung der Formel Aufgaben Rechnen

4 Aufbau des Unterrichts Phänomen, Physikalische Vorgänge Herleitung der Formel Aufgaben Rechnen Verständnis Formatives Assessment

5 Verstehst Du schon oder rechnest Du noch?

6 Inhalt Modell Formatives Assessment Beispiele für die Umsetzung

7 Was ist formatives Assessment? Formatives Assessment Summatives Assessment Kurze Tests, Quiz (ohne Noten) Feedback für die SuS über den aktuellen Wissensstand Feedback für die Lehrperson Wird kontinuierlich durch geführt Prüfungen (Noten) (Haben SuS die Lernziele erreicht?) Wird am Ende einer Unterrichtseinheit durchgeführt Assessment for learning Assessment of learning

8 Formative Assessment 1967/68 Michael Scriven, Benjamin Bloom 1998 Paul Black, Dylan Wiliam Metastudy 250 research articles Effektstärke von Dylan Wiliam Share learning goals Classroom activities that promote learning Feedback for students Self-assessment Students as instructional resources

9 Formatives Assessment Monitoring (Self- and Peer-Assessment) Formative Aktivitäten Formativer Gebrauch der Prüfung Unterricht... Diagnostic Tool

10 Formatives Assessment Monitoring (Self- and Peer-Assessment) Formative Aktivitäten Formativer Gebrauch der Prüfung Unterricht... Diagnostic Tool

11 Formative Aktivitäten Kognitiv aktivierende Lerneinheiten Clicker Fragen -> Eric Mazur Predict-Observe-Explain Experimente Hands-on Experimente

12 Clicker Fragen Grün gefärbtes Wasser Spiritus Ball schwimmt Ball sinkt Leert man den Spiritus vorsichtig in das Gefäss mit Wasser (keine Durchmischung), dann ist die neue Gleichgewichtslage des Balls a. nach unten verschoben. b. nach oben verschoben. c. auf gleichem Niveau.

13 Clicker Frage - Ablauf Frage stellen Diskussion SuS Abstimmen SuS Anzeige Resultat Abstimmung ohne Lösung Diskussion SuS Abstimmen SuS Anzeige Resultat mit Erklärung

14 Clicker Fragen Konzepte: Schweredruck, Auftrieb p 0 p h Wasser

15 Clicker Fragen Konzepte: Schweredruck, Auftrieb Spiritus Wasser p 0 p Wasser h

16 Predict-Observe-Explain Experiment Eine Fadenspule rollt auf einem horizontalen Tisch und nähert sich einem Stab mit rechteckigem Querschnitt. Sobald die Spule den Tisch verlässt rollt sie auf dem Stab mit ihrem zentralen Zylinder. Was passiert beim Übergang mit der Translations- und der Rotationsgeschwindigkeit? The Physics Teacher, Vol. 48, December 2010

17 Ablauf Predict Experiment vorstellen Diskussion SuS Vorhersage des Ausgangs Observe Experiment vorführen Explain Diskussion SuS War eigene Erklärung richtig? Fehlüberlegung analysieren

18 POE Experiment Konzepte: Rollbedingung, Gleitreibung Rw Rw > rw R r v R v r F R rw F R : Reibkraft -> verringert Translationsgeschwindigkeit beschleunigt Rotation Bis Rollbedingung erfüllt ist v'= rw'

19 Hands on Experimente Alltagsgegenstände werden benutzt um physikalische Phänomene zu beobachten und zu erklären. Wir betrachten ein Bild durch den zylindrischen Anteil der Flasche. Was passiert mit dem Bild, wenn wir die Flasche um 90 drehen?

20 Hands-on Experiment Flasche wird um 90 gedreht

21 Ablauf SuS lesen Versuchsdurchführung SuS führen den Versuch durch SuS Diskussion suchen mit Hilfe von Unterlagen Erklärung Produkt: Kurzvortrag Erklärung schriftlich abfassen

22 Ziel SuS sollen involviert werden interessante Versuche Entscheidung fällen (Clicker) Diskussion führen (Konzepte in eigene Worte fassen) SuS sollen Konzepte erkennen Anhand von Konzepten Erklärung finden SuS sollen Konzepte anwenden SuS sollen gefordert werden

23 Ziel Über Konzepte den Formeln eine Bedeutung geben Beobachtung Experiment Unterricht Unterricht Beobachtung, Experiment Konzept Formel Formel

24 Formatives Assessment Monitoring (Self- and Peer-Assessment) Formative Aktivitäten... Diagnostic Tool

25 Wie erfolgreich sind formative Aktivitäten Entwicklung eines diagnostischen Tools Detailliertes Feedback (Schüler) Welche Konzepte habe ich verstanden? Welche Misskonzepte habe ich noch? Welche Konzepte fehlen? Detailliertes Feedback (Lehrer) Wie gut sind meine Erklärungen? Wie gut sind meine Fragen, Experimente? Welche Themen muss ich in den Reflexions-Lektionen anbieten?

26 Diagnostisches Tool Kinematik Konzepte (C1) Geschwindigkeit als Rate (C2) Ortsänderung als Geschwindigkeits-Zeit Fläche x( t 2 ) - x( t 1 ) = v( t) Geschwindigkeit als Vektor (C3) Vorwärts rückwärts (C4) Vektorielle Addition der Geschwindigkeiten ò t 2 t 1 dt

27 Diagnostisches Tool Geschwindigkeit Konzept Misskonzepte Geschwindigkeit ist keine Rate v = x t Geschwindigkeit als Rate Geschwindigkeit = Ort v» x Geschwindigkeit = Ortsdifferenz v» Dx Geschwindigkeit = Dt Dx

28 Abstraktionsebenen 0 s s t Stroboskopische Aufnahme Diagramme Tabellen

29 Beispielaufgabe Diagnostisches Tool Kinematik Zwei Lokomotiven bewegen sich auf einer waagrechten Schiene nach rechts. Die Stroboskopaufnahme zeigt die Positionen der beiden Lokomotiven zu den Zeitpunkten 1 bis 7 nach jeweils gleichen Zeitintervallen.

30 Misskonzepte Haben die beiden Lokomotiven irgendwann die gleiche Momentangeschwindigkeit? a. Nein. b. Ja, zum Zeitpunkt 3. c. Ja, zum Zeitpunkt 6. d. Ja, zu den Zeitpunkten 3 und 6. e. Ja, irgendwann zwischen den Zeitpunkten 4 und 5. Missing concept Misconceptions v» x Concept

31 Misskonzepte Welches der nachfolgenden Geschwindigkeits-Zeit Diagramme repräsentiert die Bewegung des Objekts während des gleichen Zeitintervalls am besten? Richtung Ort = Geschw. Ort = Geschw.

32 Misskonzepte Ein Leichtathlet startet einen Sprintlauf. Während der ersten 16.0 s wird seine Position auf der Sprintstrecke in Abständen von 2.0 s festgehalten. Die Messwerte sind in der nachfolgenden Tabelle eingetragen. Zeit [s] Position [m] Welcher der nachfolgenden Graphen repräsentiert die Geschwindigkeit des Leichtathleten am besten? v» a Missing concept v = s

33 Feedback für die Schüler 65% korrekt gelöst (31 Aufgaben) Konzepte Misskonzepte C6 C7 100% C1 80% 60% 40% 20% 0% C2 C3 S5 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% S5 C5 C4 10% 0% M1A M1B M1C M1D M2 M3 M4A M4B M5A M5B M6 M7A M7B Missing C1: Geschwindigkeit als Rate C2: Ortsänderung als Fläche C3: Geschwindigkeit als Vektor C4: Überlagerung von Geschwindigkeiten C5: Beschleunigung als Rate C6: Geschwindigkeitsänderung als Fläche C7: Beschleunigung als Vektor

34 Feedback für die SuS (gleiche Klasse) 65% korrekt gelöst (31 Aufgaben) Konzepte Konzepte Konzepte C7 100% C1 80% 60% 40% 20% 0% C2 100% C1 80% C7 60% 40% 20% S5 0% C2 100% C1 80% C7 60% 40% 20% S6 0% C2 S8 C6 C3 C6 C3 C6 C3 C5 C4 C5 C4 C5 C4 C1: Geschwindigkeit als Rate C2: Ortsänderung als Fläche C3: Geschwindigkeit als Vektor C4: Überlagerung von Geschwindigkeiten C5: Beschleunigung als Rate C6: Geschwindigkeitsänderung als Fläche C7: Beschleunigung als Vektor

35 Feedback für die Lehrperson Ergebnis der Klasse Konzepte Misskonzepte C6 C7 100% C1 80% 60% 40% 20% 0% C2 C3 Mt 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Mt C5 C4 10% 0% M1A M1B M1C M1D M2 M3 M4A M4B M5A M5B M6 M7A M7B Missing C1: Geschwindigkeit als Rate C2: Ortsänderung als Fläche C3: Geschwindigkeit als Vektor C4: Überlagerung von Geschwindigkeiten C5: Beschleunigung als Rate C6: Geschwindigkeitsänderung als Fläche C7: Beschleunigung als Vektor

36 Feedback für die Fachschaft Konzepte Misskonzepte C6 C7 C5 100% C1 80% 60% 40% 20% 0% C4 C2 C3 Ma Mb Mt Ms 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% M1A M1B M1C M1D M2 M3 M4A M4B M5A M5B M6 M7A M7B Missing Ma Mb Mt Ms C1: Geschwindigkeit als Rate C2: Ortsänderung als Fläche C3: Geschwindigkeit als Vektor C4: Überlagerung von Geschwindigkeiten C5: Beschleunigung als Rate C6: Geschwindigkeitsänderung als Fläche C7: Beschleunigung als Vektor

37 Reflective Lesson Feedback Lehrer Vorbereitung Latent class analysis Diagnostic tool Reflective Lesson Feedback SuS Mängel feststellen

38 Formatives Assessment Monitoring (Self- and Peer-Assessment) Formative Aktivitäten Unterricht... Diagnostic Tool

39 Monitoring SuS sollten wissen, was von ihnen verlangt wird (Lernziele). SuS sollten wissen, wo sie mit ihrem Wissen stehen (Formative Aktivitäten). Reflexion (Differenz) SuS sollten lernen, die eigene Leistungsfähigkeit einzuschätzen. Handhabung soll einfach sein

40 Lernziele Lernziele L1 L2 L3 SuS können die Geschwindigkeit als Rate aus dem s,t-diagramm bestimmen

41 Verknüpfung: Aktivitäten - Lernziele Aufgabe, die Lernziel beinhaltet wurde falsch gelöst Aufgabe, die Lernziel beinhaltet wurde richtig gelöst Total L1 L2 L3 Übung 1: Aufgabe 1a: L1 Aufgabe 1b: L3 Aufgabe 2: L2, L3

42 Übungen Eigene Lösung exzellent Gute Prüfung Erkennen der Differenz tief hoch Schwierigkeitsgrad Falsch (nicht) gelöst

43 Zusammenfassung Formatives Assessment Formative Aktivitäten Monitoring tool Diagnostic Tool Formative use of summative assessment Soziale Ebene Diskussion Selbstreflexion Selbsteinschätzung Peer assessment Prüfungsangst Didaktik Pädagogik Motivation Involvement Differenz: Was wird verlangt was kann ich Feedback Physik Konzepte Konzepte

44 Projekt Formatives Assessment Formative Aktivitäten Den Lehrkräften über Educeth zur Verfügung stellen Entwicklung des diagnostischen Tools SuS Auswertung per Lehrpersonen Auswertung der Klasse Einteilung in Cluster mit Durchschnittsprofilen (zur Vorbereitung der reflective lessons). Entwicklung des Monitoring Tools Unterstützung der Selbsteinschätzung Effizient Einfache Handhabung

45 Acknowledgement Prof. Andreas Vaterlaus Andreas Lichtenberger Diagnostic test: Kinetik Diagramme