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Von fremden Ländern und Menschen– Physik erobern und übersetzen als Aufgabe
der Fachdidaktik
S U S A N N E H E I N I C K E , S T F E A N H E U S L E R
3 . J U L I 2 0 1 4
I N S T I T U T F Ü R D I D A K T I K D E R P H Y S I K
U N I V E R S I T Ä T M Ü N S T E R
G E S C H I C H T E N D E R V E R F R E M D U N G
Von fremden Ländern und Menschen– Physik erobern und übersetzen als Aufgabe
der Fachdidaktik
Universität Kyoto, Japan (1995)
Sri Lanka (1999)
Von fremden Ländern und Menschen– Physik erobern und übersetzen als Aufgabe
der Fachdidaktik
Physik Lernende
Physik übersetzen
Physik übersetzen
Physik übersetzen
Physik übersetzen
(1997) (1998) (1999)
J. Schwinger: “Only when the theory is finally frozen in the textbooks can one speak of the ‘physicist‘s conception‘. At any interesting moment of the development of the theory, there are discordant viewpoints of individual physicists. “
Physik übersetzen
Große Erzählungen zum Leben erwecken:
Animation und Storytelling
J. Schwinger: “Only when the theory is finally frozen in the textbooks can one speak of the ‘physicist‘s conception‘. At any interesting moment of the development of the theory, there are discordant viewpoints of individual physicists. “
Große Erzählungen zum Leben erwecken:
Animation und Storytelling
Große Erzählungen zum Leben erwecken:
Animation und Storytelling
Übersetzung bzw. Inszenierung der Buchvorlage als Animation
Erste Versuche zur neuen Kombination von
Repräsentationsebenen
Physik-Lehrbuch als Ausgangspunkt für ein Storyboard?
Erste Versuche zur neuen Kombination von
Repräsentationsebenen
Physik übersetzen
Physik übersetzen
Langsames, aber stetiges Wachstum bei der „Übersetzung“
von Physik in neue Sprachebenen
Langsames, aber stetiges Wachstum bei der „Übersetzung“
von Physik in neue Lehrmedien
„Unschärferelation & andere Kurzfilme“, Budget jeweils: 10-100 Euro (1998)
„QED“ Budget: ~20.000 Euro (2005)
„Quantendimensionen“ Budget: ~200.000 Euro (2010)
Vergleich von Sprachebenen bei Musik und Physik
Logogene Imagene
Logogene Imagene
Logogene
Logogene
Logogene Logogene
S. Weinberg: "...our mistake is not that we take our theories too seriously, but that we do not take them seriously enough. It is always hard to realize that these numbers and equations we play with at our desks have something to do with the real world..."
Logogene Imagene
S. Weinberg: "...our mistake is not that we take our theories too seriously, but that we do not take them seriously enough. It is always hard to realize that these numbers and equations we play with at our desks have something to do with the real world..."
Wie mächtig ist eine „Bildersprache“ der Physik?
Beispiel Alltagsphysik
Theorie Experiment
Foto: Joachim Schlichting
Beispiel Alltagsphysik
Theorie Experiment
Jede Größe in der Theorie
(z.B. Einfallswinkel, Brechungsindex)
hat eine direkte Interpretation im Experiment.
Quantenphysik
Theorie Experiment
Eindeutiger Zusammenhang
zwischen Parametern in Theorie
und Experiment bricht zusammen.
Vier-Quadranten-Schema
Wahrscheinlichkeitsverteilung
Wahrscheinlichkeitsverteilung
Wahrscheinlichkeitsverteilung
Mathematische Visualisierung
Mathematische
Visualisierung
Mathematische Visualisierung
Mathematische
Visualisierung
DVD-ROM
• Einfache, mathematisch
definierte Bildmotive
• kein Kontextbezug
• Minimale Interaktivität
Mathematische Visualisierung
Mathematische
Visualisierung
Künstlerische
Inszenierung
DVD-ROM
• Einfache, mathematisch
definierte Bildmotive
• kein Kontextbezug
• Minimale Interaktivität
Visualisieren und Inszenieren
Mathematische
Visualisierung
Künstlerische
Inszenierung
DVD-ROM
• Spielfilm
• Fernsehbeitrag
• Physik-Show
• Exponate
• Einfache, mathematisch
definierte Bildmotive
• kein Kontextbezug
• Minimale Interaktivität
Visualisieren und Inszenieren
Mathematische
Visualisierung
Künstlerische
Inszenierung
DVD-ROM
• Spielfilm (Kino)
• Fernsehbeitrag
• Physik-Show
• Ausstellung
• Musical
• Einfache, mathematisch
definierte Bildmotive
• kein Kontextbezug
• Minimale Interaktivität
• Lerntheoretisch optimiert
U2: Atom- und Molekülphysik
U3: Symmetrien & Elementarteilchen
U1: Optik & Quantenoptik
Chladny‘sche Klangfiguren
Implementierungen
Auswahlregeln
Molekülorbital- theorie
Atom- modelle
Perioden- system Chladny‘sche
Klangfiguren
Symmetrien & Elementarteilchen
Kugelflächenfunktionen
Lehrbuch, z.B. zum freien Fall: Wissenschaftsfernsehen (zB WDR, Kopfball)
Übersetzungen: Vom Wagnis neuer Kooperationsformen zwischen Infotainment und Schulphysik
Fundierte Erklärungen, aber keine beeindruckenden Visualisierungen
Spektakuläre Inszenierung, aber wenig (Sende-)Zeit für fundierte Erklärungen
Kombination von fundierten Erklärungen, Animationen und spektakulärer
Inszenierung für interaktives Lehrmedium
http://www.stefandenecke.de/leifi/
Ebene 1: Spektakuläre Inszenierung
Ebene 2: Animation
Ebene 3: (Schul-)Experiment & Theorie
Pilotprojekt: „Gravitation“
Evaluation beim Wissenschaftsfernsehen?
Dirk Gion, Masterarbeit „Action in TV-Science transmedial recycled“, 2014
Evaluation der DVD Quantendimensionen?
Bild der Wissenschaft Amazon
Teil 1 (2008-2010): Schultests mit 300 Schülern & kontinuierliche Diskussionen mit Physiklehren und Fachkollegen.
Teil 2 (aktuelle Produktion): Kontinuierliche Diskussionen mit Physiklehren und Fachkollegen, sowie qualitative Studien mit Schülern.
Physik erobern
I S T E I N G U T E S
LEHRMEDIUM
A U C H E I N G U T E S
LERNMEDIUM?
Physik Lernende Physik erobern
Erobern: Physik aus Lernendensicht
Lernsituation Sri Lanka:
Die Lernenden begegnen dem (englischen) Fachinhalt aus der (mir) fremden Sprache und Kultur heraus.
beschränkte Lernmittel: Lernen mit Alltagsmaterialien und -kontexten
• Perspektive: aus Kindersicht mit Alltagsmaterialien die Welt (natur-) wissenschaftlich erobern
Erobern : Physik aus Lernendensicht
LEHR-
LERN- Forschung
Zwei Perspektiven der Fachdidaktik:
1. Wie erkläre ich es? (Lehrperspektive)
2. Wie lerne ich es? (Lernperspektive)
Physik erobern: Lerntheorien
Lernen als Aufnahme von Wissen: Man kann Informationen weitergeben und
aufnehmen.
Es kommt auf die richtige Aufbereitung und Darstellung an.
Wenn die Lernenden gut aufpassen, lernen sie auch.
Lernen als Konstruktion von Wissen: Wissen muss von den Lernenden
selbst konstruiert werden.
Wissen kann nur auf vorhandenes Wissen aufbauen.
Physik erobern: Lerntheorien
Lernen als Konstruktion von Wissen: Wissen muss von den Lernenden
selbst konstruiert werden.
Wissen kann nur auf vorhandenes Wissen aufbauen.
Ausubel (1968, Educational Psychology: A Cognitive View):
„Der wichtigste Einzelfaktor, der das Lernen beeinflusst, ist, was der Schüler schon weiß.
Man berücksichtige dies und lehre entsprechend.“
Physik erobern: Lerntheorien
Lernen als Konstruktion von Wissen: Wissen muss von den Lernenden
selbst konstruiert werden.
Wissen kann nur auf vorhandenes Wissen aufbauen.
Wortbedeutung „Lernen“:
Wortgruppe: „leisten“ –„einer Spur nachgehen“
Gotische Wurzel „lais“ – „ich weiß“
Indogermanische Wurzel „lis“ – „gehen“
Das Lernen wird auch der frühen Wortherkunft nach als ein Prozess verstanden.
Lernprozesse
Kernzerfall:
Ausbreitung von Radioaktivität:
Verstehen der Lernenden
Kernzerfall:
Ausbreitung von Radioaktivität:
Verstehen der Lernenden
Angebote der Lehrenden
Verstehen der Lernenden
Atommodelle in Schulbüchern
Historische Anordnung in Schulbüchern
(Hybrid-)Vorstellungen bei Lernenden
Verstehen der Lernenden
Fragen an die fachdidaktische Forschung:
Was lernen die Lernenden eigentlich?
Wie lernen die Lernenden eigentlich?
Zentrale Forschungsanliegen:
Erkenntniszuwachs
Realisierte Lernprozesse
Vorwissen der Lernenden
Fragen der Fachdidaktischen Forschung
„Schülervorstellungen“ Lernendenpotential
Pre-post-Test Leistungstests
z.B. Beobachtungen Interviews beim Experimentieren
Realisierter Lernprozess auf Lernendenseite
e
Fachdidaktischer Forschungsbedarf:
• Welche Lernprozesse laufen (beim Experimentieren) ab?
• Wie können wir diese (inneren) Prozesse beobachtbar machen? Welche Hinweise lassen sich analysieren, um den gedanklichen Prozess zu rekonstruieren?
Realisierter Lernprozess auf Lernendenseite
e
Fachdidaktischer Forschungsbedarf:
• Welche Lernprozesse laufen (beim Experimentieren) ab?
• Wie können wir diese (inneren) Prozesse beobachtbar machen? Welche Hinweise lassen sich analysieren, um den gedanklichen Prozess zu rekonstruieren?
• Welchen Einfluss hat das Experimentier- und Lernmaterial?
• Welchen Einfluss haben die sozialen Interaktionen in der Groß- und Kleingruppe?
• Welchen Einfluss haben Genderaspekte?
• Wie können wir diese Erkenntnisse nutzen, um die individuellen Lernprozesse bestmöglich zu unterstützen?
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Didaktische Rekonstruktion des “Messfehlers”
- Umgang mit Messdaten
Students can be enabled through laboratory experience
to apply the routines of error calculation.
Yet, they do not show
a deeper understanding
why and how they do what they do.
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Séré et al. (1993); Allie, Buffler & Lubben (2008), Heinicke (2012)
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Umsetzung
Fachliche Klärung Lernendenpotential
(Physikunterricht, Praktikum…)
Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten
Schul-, Fachbücher & Fachliteratur
Ursachen u.a.: • Faustregeln • Anwendung ohne tieferes Verstehen • begriffliche und inhaltliche Verwirrung • Verstehensschwierigkeiten • mangelnde Verknüpfung
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Umsetzung
Fachliche Klärung Lernendenpotential
(Physikunterricht, Praktikum…)
Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten
Schul-, Fachbücher & Fachliteratur
Ursachen u.a.:
• fachliche Unstimmigkeiten
• begriffliche Inkonsistenzen • Black box • mangelnde Verknüpfung
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Umsetzung
Fachliche Klärung Lernendenpotential
(Physikunterricht, Praktikum…)
Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten
Schul-, Fachbücher & Fachliteratur
Ursachen u.a.:
• fachliche Unstimmigkeiten
• begriffliche Inkonsistenzen • Black box • mangelnde Verknüpfung
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
t in s
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Umsetzung
Fachliche Klärung Lernendenpotential
(Physikunterricht, Praktikum…)
Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten
Schul-, Fachbücher & Fachliteratur
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Ursachen u.a.: • historischer Ansatz (Laplace, Gauss) viel komplexer • im 19.Jahrhundert zunehmend vereinfacht und routinisiert • bestehende Verknüpfungen in der experimentellen Arbeit gehen verloren
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Umsetzung
Fachliche Klärung Lernendenpotential
(Physikunterricht, Praktikum…)
Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten
Schul-, Fachbücher & Fachliteratur
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Genetisch – didaktische Rekonstruktion
Historische Klärung Originalquellen, Laboraufzeichnungen
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Umsetzung
Fachliche Klärung Lernendenpotential
Historische Klärung Vorwissen, Verständnisse, Verstehensschwierigkeiten
Schul-, Fachbücher & Fachliteratur
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
(Physikunterricht, Praktikum…)
Originalquellen, Laboraufzeichnungen
Genetisch – didaktische Rekonstruktion
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Alternative Umsetzung:
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Alternative Umsetzung:
pro
ba
bil
ity
values
?
Beispiel Wahrscheinlichkeit, Evidenz und Messdaten
Forschungsprojekt: Aus Fehlern wird man klug
Alternative Umsetzung:
Physik erobern – Forschung aus Sicht der Lernenden
Meine Forschung:
Fokus auf Perspektive der Lernenden
Verbunden mit fachlicher (und fachhistorischer) Perspektive
Multimethodische Herangehensweise
Multiperspektivischer Ansatz
Physik erobern und übersetzen
Physik Lernende
Das Institut für Didaktik der Physik
Physik Lernende
Lehrinstitutionen
Gesellschaft
Physik und Gesellschaft
Beispielprojekt Radioaktivität
und Kernphysik
Physik und Gesellschaft:
Beispiel Radioaktivität und Kernphysik
Deutsche Schulbücher
DDR-Schulbuch von 1971, S.39.
BRD-Schulbuch von 1970, S.568.
… Dabei zeigte sich, welcher Verbrechen an der Menschheit der Kapitalismus fähig ist. Kaltblütig wurde der Abwurf der Atombombe auf die Bewohner der japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki befohlen …
… Daraus wird verständlich, dass man sich nach der Entdeckung der Kernspaltung intensiv um eine technische Nutzbarmachung dieser großen Energiequelle bemühte…
Physik und Gesellschaft:
Beispiel Radioaktivität und Kernphysik
Deutsche Schulbücher
DDR-Schulbuch von 1989, S.143.
BRD-Schulbuch von 1990/2007, S.513.
(1) Werten Sie die Haltungen und Motive von Albert Einstein …
(2) Würdigen Sie die Wahrnehmung poli-tischer Verantwortung als Wissen-schaftler durch Frederic Joliot Curie.
Berechnen Sie mithilfe des Massendefektes die Bindungsenergie …
Japanische Physik-Schulbücher VOR Fukushima-GAU
…und NACH Fukushima-GAU
Physik und Gesellschaft:
Beispiel Radioaktivität und Kernphysik
NACH Fukushima-GAU VOR Fukushima-GAU
NACH Fukushima-GAU VOR Fukushima-GAU
Untersuchung japanischer Schulbücher
NACH Fukushima-GAU VOR Fukushima-GAU
„Beim Betrieb eines AKWs sowie bei der Entsorgung radioaktiver Abfälle sind hohe Sicherheits-vorkehrungen notwendig.“
„Beim Betrieb eines AKWs entsteht radioaktiver Abfall, der eine sehr lange Zeit strahlt, bei dessen Entsorgung eine Vielzahl von Problemen zu lösen sind.“
Neuauflage desselben Buches: „…da alle Sicherheitsbemühungen übersteigende Unfälle geschehen, bleiben viele ungelöste Fragen…“
Möglichkeit einer Kernschmelze (GAU) wird nur in einem Buch erwähnt: „…ein GAU ist extrem unwahrscheinlich…, für den Fall bleiben ungelöste Fragen“
Physik und Lehrinstitutionen: Kooperationen
Physik Lernende
Lehrinstitutionen
Gesellschaft
Physik und Lehrinstitutionen: Kooperationen
Beispielprojekte:
Neue Medien
Lernchance Experimentieren
Radioaktivität, Kerne & Teilchen
Projekte mit Schülern & Studenten zum Thema Neue Medien
Hittdorf-Gymnasium, Benno Haus, IDP
Jährliche Kinopräsentation von selbst entwickelten Lehrmedien von Schülern und Studenten aus Köln und Münster
2016: Exponatentwicklung für neue LWL- Sonderausstellung, zusammen mit FH Design
3D-Drucker: Regelmäßige Arbeiten mit Schülern und Studenten (IDP, MExLab Physik, Institut für Kernphysik)
Lernchance Experimentieren
MExLab
kooperierende Schulen (bisher: Pascal Gymnasium, Gymnasium Paulinum, Wartburg-Grundschule)
weitere Schulen im Rahmen des Praxissemesters: Studierendenprojekte zum Forschenden Lernen
andere Fachdidaktiken (Doktorandenkolloquium)
angedacht: Fachtagung 2015
Themenheft Naturwissenschaft im Unterricht Physik „Experimentieren“ im Dezember 2014
Radioaktivität, Kerne & Teilchen
Gemeinsame Workshop-Konzeption
Teilnehmende Schulen / Lehrkräfte
Institut für Kernphysik
Vielen Dank!
Stefan Heusler . Susanne Heinicke . Institut für Didaktik der Physik . WWU Münster
Danke an…
Prof. T. Kugo, Japan Prof. M. Schmidt, Heidelberg Prof. F. Haake, Essen Prof. J. Schlichting, Münster Michael Tewiele, Ratingen
Familie Heusler, Heidelberg Familie Lorke, Münster Annette Lorke, Münster
Falk Riess, Oldenburg Peter Heering, Flensburg Heidrun Heinke, Aachen
Andy Buffler, Kapstadt Fred Lubben, York
Dietmar Hoettecke, Hamburg Barbara Moschner, Oldenburg
Thomas Brücher, Wuppertal Familie Klose, Wuppertal
Familie Kiefer, Erkenschwick Ulf Truderung
Thomas, Finn, Amy, Helen Heinicke, Münster
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