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| Titel: | Konzeption und Evaluation eines Kinematik/Dynamik-Lehrgangs zur Veränderung von Schülervorstellungen mit Hilfe dynamisch ikonischer Repräsentationen und graphischer Modellbildung |
|---|---|
| Von: |
von Thomas Wilhelm
|
| Person: |
Wilhelm, Thomas
Verfasser aut |
| Hauptverfasser: | |
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Logos Verl.
2005
|
| Schriftenreihe: | Studien zum Physik- und Chemielernen
46 |
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| Beschreibung: | Zsfassung in engl. Sprache |
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Autor: Wilhelm, Thomas
Jahr: 2005
iii
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG 1
1.1 Inhalt der Arbeit 1
1.2 Zielsetzung der Arbeit 2
2 SCHULERVORSTELLUNGEN ZUR KINEMATIK UND DYNAMIK 5
2.1 Generelle Aspekte zu Schulervorstellungen 5
2.1.1 Der Begriff „SchGlervorstellungen 5
2.1.2 Ursachcn von Schulervorstellungen 6
2.1.3 Eigenschaftcn von Schulervorstellungen 8
2.1.4 Kompartmentalisierung von Schulervorstellungen 9
2.1.5 Lernerthcorien in der Entwicklungphysikalischcr Kompctenz 10
2.1.6 Zielsetzung des Physikunterrichts bcziiglich Schulervorstellungen 12
2.2 Schulervorstellungen zur Mechanik 13
2.2.1 Zu den Begriffen „Ort und „Wegiangc 13
2.2.2 Zum Begriff „Geschwindigkeit 13
2.2.3 Zum Begriff „Beschleunigung 14
2.2.4 Zum Begriff „Kraft 17
2.2.4.1 Der Clusterbegriff „Kraft 17
2.2.4.2 Schulervorstellungen vom Begriff ..Kraft 18
2.2.4.3 Einordnung von Schulervorstellungen in die Niveaustufen von llericks 21
2.2.5 Schulervorstellungen liber Physik 23
2.2.6 Schulervorstellungen liber das Lerncn 24
2.3 Relevante Lehrervorstellungen 26
2.3.1 Lehrervorstellungen iiber das Lerncn 26
2.3.2 Lehrereinschatzung des Mechanikunterrichts 27
3 IKONISCHE REPRASENTATIONEN 31
3.1 Bilder und Multicodierung im Physikunterricht 31
3.1.1 Bildhafle Darstellungcn ; ;*31
3.1.2 Multicodierung 35
3.2 Dynamisch ikonische Reprasentationen 37
3.2.1 Vortcile dynamisch ikonischcr Darstellungcn 38
3.2.2 Verschicdene Abstraktionsniveaus in der Darstellung 41
3.2.2.1 Der Verlauf einer Grofie 4/
3.2.2.2 Vergleich verschiedener Grofien ^
3.2.3 Forschungscrgcbnisse 45
3.3 Das Softwaresystem PAKMA/VisEdit 47
lnhaltsverzeichnis
iv ——
4 INTERVENTIONSSTUDIE ZUR GRAPHISCHEN MODELLBILDUNG
MIT VISEDIT 51
4.1 Grundlegendes iiber Modellbildungssysteme 51
4.1.1 Die Eingabe bei unterschiedlichen Modellbildungssystemen 51
4.1.2 Besondere Mdglichkeiten bei einer Modellbildung mit PAKMA/VisEdit 55
4.2 Didaktische Begriindung fur den Einsatz von Modellbildungssystemen 57
4.2.1 Betonung der physikalischen Struktur 57
4.2.2 Zur didaktischen Funktion authentischer Probleme und Aufgaben 59
4.3 Forschungsergebnisse zu Modellbildung in der Literatur 62
4.4 Ziele und Beschreibung des Unterrichts 64
4.4.1 Zielsctzung 64
4.4.2 Die Modellbildung im Unterricht 65
4.4.3 Die thematisierten Problemstellungcn 66
4.5 Unterrichtserfahrungen 70
4.5.1 Beobachtungen im Unterricht 70
4.5.2 Bewertung der Schiiler 71
4.5.3 Veranderungen in Concept Maps 74
4.5.3.1 Allgemeines zu Concept Mapping 74
4.5.3.2 Vorgehen zur Gestaltung der Maps 75
4.5.3.3 Auswertung der Maps 76
5 ENTW1CKLUNG EINES KONZEPTES ZUM KINEMATIK- UND
DYNAMIKUNTERUICHT 85
5.1 Ziele des Konzeptes 85
5.2 Vorarbeiten in Wiirzburg 87
5.3 Zur Didaktik und Methodik des Unterrichts 88
5.3.1 Der BegriiT„Geschwindigkeit 88
5.3.2 Der Begriff ,3eschleunigung 91
5.3.3 Vcrschicdene Realisierungsmoglichkeiten zur Kinematik 98
5.3.3.1 Messung mit Maus oder Graphiktableau 98
5.3.3.2 Videounatyse zweidimensionaler Bewegungen.... 99
5.3.3.3 Messung mit einem GPS-Empfanger 100
5.3. J. 4 Die Spurenplatte 10)
5.3.3.5 Das Spiel ..Autorennen 104
5.3.4 Die Behandlung des zweiten newtonschen Gesctzes 105
5.3.4.1 Grundlegende Vorbemerkungen 105
5.3.4.2 Erarbeitung des zweiten newtonschen Gesetzes 109
5.3.4.3 Anwendungen des zweiten newtonschen Gesetzes 115
5.3.4.4 Grabstruktur des Dynamikunterrichts 120
5.3.5 Die Behandlung des dritten newtonschen Gesetzes 121
Inhaltsverzeichnis v
5.3.6 Verschicdene Messmoglichkeiten zur Dynamik 125
5.4 Unterrichtsstrategien 126
5.4.1 Aspekte kontinuierlichen Lernens im Gesamtkonzept 127
5.4.2 Aspekte diskontinuierlichen Lernens im Gesamtkonzept 128
5.4.3 Thematisieren von Schiilervorstellungen 130
5.4.4 Dynamisch ikonische Reprdsentationen fur Vorhersagen nutzen 132
5.5 Unterrichtsmaterialien fiir Lehrer 135
6 EVALUATION DES UNTERRICHTSKONZEPTES 139
6.1 Zielsetzung und Ablauf 139
6.2 Lehrerstudien 140
6.2.1 Zusammcnsctzung der Lehrergruppe 140
6.2.2 Grunde der Lehrer fur die Teilnahme 141
6.2.3 Tcstergebnisse zu didaktisch-methodischen Prioritaten 142
6.2.3.1 Didaktisch-methodische Prioritaten bayerischer Physiklehrer 142
6.2.3.2 Didaktisch-methodische Prioritaten der teilnehmenden Lehrer. 146
6.3 Schulpraktische Erfahrungen der Lehrer 147
6.3.1 Erfahrungen im Kinematik-Unterricht 147
6.3. 1. / Aspekte zur Akzeptanz der Inhalte und zum vorgeschlagenen Stundenumfang 147
6.3.1.2 Von den Lehrern eingebrachte Ideen 148
6.3.1.3 Probleme mit dem Unterrichtskonzept 150
6.3.1.4 Gesamteinschatzung der Lehrer 151
6.3.2 Erfahrungen im Dynamik-Unterricht 152
6.3.2.1 Aspekte zur Akzeptanz der Inhalte und zur bendtigten Unterrichtszeit 152
6.3.2.2 Lehrereinschatzungen der angebotenen Materialien 154
6.3.2.3 Gesamteinschatzung 156
6.3.3 Erfahrungen mit der Modcllbildung 157
6.3.3.1 Modcllbildung im Unterricht 157
6.3.3.2 Modcllbildung in Prufungsaufgaben 159
6.4 Schiilerstudien zur Kinematik 160
6.4.1 Aufgaben zur zweidimensionalen Kinematik 161
6.4.1.1 Ergebnisse traditioneller Klassen 161
6.4.1.2 Ergebnisse der Treatmentgruppe im Vergleich 163
6.4.2 Graphen zur cindimensionalen Kinematik 165
6.4.2.1 Der Test „Fragenzu Kraft und Bewegung 165
6.4.2.2 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen zur Geschwindigkeit 169
6.4.2.3 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen zur Beschleunigung 172
6.4.2.4 Ergebnisse der Treatmentgruppe im Vergleich 175
6.4.3 Beschleunigung bcim scnkrechten Munzwurf. 181
6.4.3.1 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen 181
6.4.3.2 Ergebnisse der Treatmentgruppe im Vergleich 186
vi
Inhaltsverzeichnis
6.5 Schulerstudien zur Dynamik
6.5.1 Dcr FCI-Test 188
6.5.1.1 Diskussionen urn den Test
6.5.1.2 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen 191
6.5.1.3 Ergebnisse der Treatmentgruppe im Vergleich 19?
6.5.2 Aufgabcn zur eindimensionalen Dynamik 202
6.5.2.1 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen bei Textaufgaben zur Kraft 202
6.5.2.2 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen bei Graphenaufgaben zur Kraft 205
6.5.2.3 Ergebnisse der Treatmentgruppe im Vergleich 207
6.5.3 Concept Maps aus Treatmentklassen 211
6.6 Schulerstudien zu Vorstellungen iiber Physiklernen 216
6.6.1 Epistemologische Tests und der MPEX-Test 216
6.6.2 Ergebnisse traditioneller Vergleichsklassen 219
6.6.3 Ergebnisse in Treatmentklassen 225
6.6.4 Zusammenhang zwischen MPEX-Ergebnis und Physikverstandnis 226
7 WEITERER EINSATZ VON TEILEN DES GESAMTKONZEPTES 229
7.1 Verwendung im BMBF-Projekt „Vernetztes Studium Chemie 229
7.2 Einsatz in einer Vorlesung ffir Lehramtsstudenten (Hauptschule) 230
7.2.1 Beschreibung der Veranstaltung 230
7.2.2 Erfahrungen und Testergebnisse 231
7.3 Umsetzung im MultiMechanics Project 234
7.3.1 Projektbeschreibung 234
7.3.2 Schulpraktische Erfahrungen der Lehrer 236
7.3.3 Testergebnisse 237
7.3.3.1 Beschleunigungspfeile 237
7.3.3.2 Graphen zur eindimensionalen Kinematik 235
7.3.3.3 Test ..Beschleunigung beim Miinzwurf 239
7.3.3.4 Aufgaben zur eindimensionalen Dynamik 240
7.3.3.5 Ergebnisse beim FCI-Test 24/
7.3.3.6 Fragebogen zur Modellbildung 243
7.3.3.7 Concept Maps 244
7.3.3.8 Testergebnisse zu Vorstellungen iiber Physiklernen 247
7.3.3.9 Zusammenfassungder Testergebnisse 248
8 ZUSAMMENFASSUNG [ 251
8.1 Testergebnisse iiber Schttlervorstellungen in konventionell unterrichteten Klassen..251
8.2 ldeen des entwickelten Unterrichtskonzcptes 254
8.3 Ergebnisse der Interventionsstudie zur Modellbildung 255
8.4 Erfahrungen der Lehrer mit dem Gesamtunterrichtskonzept 256
lnhaltsverzcichnis vii
8.5 Gmpirischer Vergleich der Treatmentgruppe mit Vcrgleichsgruppen 257
8.6 Resiimee 259
9 ABSTRACT 261
9.1 Test results on students conceptions in conventionally taught classes 261
9.2 Ideas of the developed teaching concept 264
9.3 Results of the intervention study on modelling 265
9.4 Teachers experiences with the overall teaching concept 265
9.5 Empirical comparison of the treatment group with the control groups 266
9.6 Summary 268
10LITERATURVERZEICHNIS 271
1 lANlfANG IX
11.ITechnische Realisierungen verschicdener Messverfahren ix
11.1.1 Die zwcidimensionalen Mausmcssung ix
U.I. 1.1 Mausmessung iiber den Windows-Maustreiber ix
11.1.1.2 Graphiktableau iiber den Windowstreiber xi
11.1.1.3 Maus als serielles Messgerdt xii
11.1.2 Mcssung mit der Spurenplatte xii
11.1.3 Die eindimensionale Mausmessung in der Dynamik xiii
11.1.3.1 Mans als Bewegungssensor fiir eine eindimensionale Bewegung xiii
11.1.3.2 Maus als Bewegungssensor furzwei eindimensionale Bewegung xiv
11.2Zur beiliegenden CD xv
11.2.1 Die Lehrer-CD xv
11.2.2 Die verwendeten Tests xvi
LEBENSLAUF XVII
DANKSAGUNG XIX
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