Physikdidaktische Forschung

Verständnis und Anwendung von Formeln im Physikunterricht und –studium

Die Darstellung und Rezeption von physikalischen Formeln in Studium und Schule ist bisher so gut wie völlig unerforscht, deshalb stellt es ein interessantes und fruchtbares Forschungsgebiet dar. Die folgenden Forschungsfragen sollen illustrieren, wie sich dem Gebiet genähert werden kann:

  • Gibt es einen Zusammenhang zwischen dem hohen Mathematisierungsgrad und dem Desinteresse an Physik?
  • Wie werden Formeln bei Studierenden, Schülerinnen und Schülern genutzt?
  • Helfen Formeln beim Verständnis von Physik oder sind sie nur Hilfsmittel zum Lösen von Aufgaben?
  • Welche Hilfen kann man beim Lernen von Formeln geben?
  • Gibt es einen Weg das selbstständige Konzipieren von Formeln zu erlernen?
  • Existieren bevorzugte Darstellungsweisen von Formeln?
  • Wann und wieso wirken Formeln abschreckend?
  • Wie häufig werden Formeln im Schulunterricht genutzt?
  • Wie hoch ist die Formeldichte in Schul- und Physikbüchern?
  • Was haben Lehrerinnen und Lehrer für ein Verhältnis zur Mathematisierung in der Physik?
  • Besteht die Möglichkeit die wichtige Kompetenz – Verständnis und Anwendung von Formeln – zu ergründen und das Lehren und Lernen zu verbessern?

Entwicklung von Alltagskontexten in der Physik

Alltagstauglichkeit von erlerntem Wissen und die Möglichkeit Wissen im Alltag anwenden zu können ist sehr wichtig, damit das Erlernte nicht als „träges Wissen“ abgespeichert wird. Deshalb sollten SchülerInnen lernen, physikalische Erkenntnisse auf Erfahrungen und Fragen aus ihrem Leben anzuwenden. Es scheint möglich, so gut wie alle physikalischen Themengebiete mittels Alltagskontexten zu erschließen. Die Verknüpfung zwischen Alltagstauglichkeit, der Entwicklung eines naturwissenschaftlichen Weltbildes und der kritischen Hinterfragung von Erlebtem stehen hierbei im Vordergrund. Des Weiteren wird die Forderung Physik „alltagstauglicher“ zu gestalten vieler Orts immer größer. Da SchülerInnen einerseits Physik nicht interessiert, andererseits als nicht alltagsrelevant ansehen, müssen neue Konzepte erarbeitet werden, um die Lebenswelt der SchülerInnen in einen physikalischen Zusammenhang einzubetten. Dies kann durch die Erarbeitung von alltagsgebundenen Physikinhalten, wie zum Beispiel Physik im Film, Physik im Computerspiel oder dem „Problem der Unsichtbarkeit“ geschehen. 

Verwendung von Experimenten im Sachunterricht

Über Fragebögen wird das Verständnis von Wissenschaft und Experiment bei SachunterrichtslehrerInnen analysiert. Die Verwendung von Experimenten im Unterricht wird ebenfalls anhand eines Fragebogens erforscht. 

Natur der Naturwissenschaften

Die einfache Darstellung der Natur der Naturwissenschaften gestaltet sich schwierig, da hier nicht nur eine Sichtweise vertreten wird, sondern, wie bei jeder Sicht auf die Welt, unterschiedliche Denkweisen berücksichtigt und erläutert werden müssen. Es erscheint wichtig, dass sich angehende (Naturwissenschafts-)Lehrer mit diesem Thema beschäftigen, damit ihnen einerseits der (meta)theoretische Inhalt der Physik deutlicher wird und sie andererseits auf Forderungen des Kerncurriculums reagieren können, nämlich: Die Natur der Naturwissenschaft im Unterricht zu vermitteln. Es wird versucht eine Übersicht zu schaffen, die sowohl verständlich ist, als auch die Komplexität des Themas Natur der Naturwissenschaft nicht untergräbt und zu stark reduziert. 

Mediale Moderne

Die Mediale Moderne als neues Zeitalter zeigt eine sehr starke Veränderung des Denkens, der Kunst und der Kultur auf. Deshalb scheint es ratsam, den Übergang von der Postmoderne in die Mediale Moderne, auch aus der Sicht der Naturwissenschaften, zu ergründen. 

Phänomenologische Zugänge zur Physik

Phänomenologie ist ein Oberbegriff für philosophische und naturwissenschaftliche Arbeitsweisen, die an der unmittelbaren Erfahrung des erkennenden Subjektes ansetzen. Das didaktische Potential solcher Ansätze ist offensichtlich: Naturwissenschaft entwickelt sich so aus dem individuellen Erleben des Lerners bzw. der Lernerin heraus und ist nicht ein künstliches System von lebensfernen Begriffen und Praktiken, dem man mit allen didaktischen Tricks dann mühsam und im Nachhinein wieder Lernerbezug einzuhauchen versucht. Die Entwicklung konkreter Inhalte, Experimente, Unterrichtssequenzen oder Lehrmittel auf dieser Linie ist gerade für den Bereich Optik durchaus weit entwickelt, steckt aber für andere Teilgebiete der Physik in den Kinderschuhen oder steht noch aus.

Publikationen:

  • Theilmann, F. (2008a). Der Gedanke im Kontext. Zur Charakteristik einer erscheinungsorientierten Physik. Der Mathematisch-Naturwissenschaftliche Unterricht (MNU), 61(4), 236-241.        
  • Theilmann, F. (2009). Der Blick ins Becken – perspektivische Effekte und Bildverzerrungen in einfachen Situationen mit optisch dichten Medien. Phydid 9 (1).       
  • Theilmann, F., Grebe-Ellis, J. & Rang, M. (2009). Lichtspuren im Wasser. Ein Experiment zum Verhältnis von Hebung und Brechung. PhyDid, 8 (3), 86 91.        
  • Grebe-Ellis, J. & Theilmann, F. (Hrsg.). (2006). Open Eyes 2005. Tagungsband. Logos Verlag, Berlin. 

 

Individuelle Evidenz in den Naturwissenschaften - Wie verstehen wir Natur?

Schulphysik (und auch akademische Physik) werden normalerweise als Spielart von (angewandter) Mathematik praktiziert und wahrgenommen. Eine genauere Betrachtung zeigt jedoch, dass damit ein wesentliches Moment naturwissenschaftlichen Denkens verpasst wird: Natur wird nicht durch Deduktion oder kategorische Urteile erschlossen, sondern durch die begriffliche Rationalisierung und modale Urteile. Solche Sachverhalte kommen innerhalb der modernen Naturwissenschaftsdidaktik nicht nur unter der Perspektive von Technologiekritik und erkenntnistheoretischen Fragen in den Blick, sondern auch unter der Perspektive der Nature of Science. Es gibt dabei auch empirische Hinweise darauf, dass in realen Lehr-Lernvorgängen auf die individuelle Ausgestaltung des Nachvollzugs naturwissenschaftlicher Inhalte Rücksicht zu nehmen ist: Naturwissenschaftliche Evidenz kann nicht ("syllogistisch") mit Logik erzwungen werden, sondern lebt in anderen Gedankenbewegungen, etwa der Beschreibung, dem Vergleichen, der Analogie -- und auf individuellen Lernwegen. Der geschilderte Sachverhalt wirft eine Vielzahl didaktischer Fragen auf, deren Bezug zum modernen Paradigma der Kompetenzorientierung offensichtlich ist und deren Beantwortung spannende Forschung verspricht: Wie lassen sich Lehr-Lern-Settings, wie lassen sich Curricula unter solchen Gesichtspunkten gestalten -- und was ändert sich dabei für die LernerInnen?               

Publikationen:       

  • Theilmann, F. (2011). Die Kunst der naturwissenschaftlichen Untersuchung. Chimica etc. artes naturae didacticae 2011, 57-72 bzw. http://www.chimica.de/pdf/Theilmann_2.pdf
  • Theilmann, F. Die Kunst der Untersuchung. Habilitationsschrift. Potsdam, 2011. Download unter http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2011/5614/
  • Theilmann, F. (2008b). Integrierendes Verstehen Über die mögliche, konstruktive Rolle von Intuition beim Physikverstehen. Chimica etc. artes naturaedidacticae, 101, 6 27.            
  • Theilmann, F. (2008c). Physikalisches Verstehen als fachbezogene Kompetenz. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften (ZfDN), 14, 99 124.        
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