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Allgemeine Fachdidaktik Physik
Alltagskontexte
Formeln und Mathematisierung
Innere Reibung
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Allgemeine Fachdidaktik Physik
Alltagskontexte und neue Wege
Formeln und Mathematisierung in der Physik und den Naturwissenschaften
Innere Reibung an Einsen Alluminium Legierungen (FeAl) und Kunststoffen PPV
CO2BS – Coole Bäume und Sensoren
Wissenschaftliche Partner*innen
Universität Salzburg, Didaktik der Physik und Fachbereiche Mathematik, Geographie & Geologie, Pädagogische Hochschule Salzburg Stefan Zweig, Institut für Didaktik, Unterrichts- & Schulentwicklung,
Schulische Bildungseinrichtungen
Naturpark Volksschule Zederhaus, Praxisvolksschule der PH Salzburg, Volksschule Bergheim, Neue Mittelschule Bergheim, NMS Praxisschule der PH Salzburg, Volksschule Salzburg der Franziskanerinnen von Vöklabruck
Unternehmensparter*innen
SIGMATEK - Komplette Automatisierungssysteme, Sony DADC Europe Limited, ZAMG - Zentralanstalt für Meteorologie & Geodynamik
Durch ihre kühlende Wirkung und die Speicherung von CO2 beeinflussen Bäume positiv unser Klima. Im Projekt CO2BS verbindet der Baum als außerschulischer Lernort die Interessensbereiche Mensch, Natur und Technik. Dabei werden Schüler_innen selbständig forschend tätig und erhalten erste Einblicke in Natur und Technik. Beim gemeinsamen Experimentiertag erhalten sie im Projekt die Chance, selbst in die Rolle von Forscher_innen zu schlüpfen.
Anschließend finden drei aufeinander aufbauende Workshops zu den Lernmodulen statt:
Durch die inhaltliche Vielfalt der drei Lernmodule und die Herstellung eines lebensweltlichen Bezugs sollen die Interessen aller Schüler_innen angesprochen werden. Die Inhalte des Experimentiertags und der Modul-Workshops werden im Experimentierkoffer „Tool Kits für CO2l Kids“ und in unserer digitalen Methodenbox den Projektschulen und für Kooperationszuschuss-Schulen zur Verfügung gestellt.
Bei Betriebsexkursionen erhalten die Schüler:innen Einblicke in unsere Projektpartnerunternehmen. Zudem lernen sie bei einem gemeinsamen Karrieretag interessante Persönlichkeiten, Role Models und deren beruflichen Werdegang kennen, wodurch Schüler:innen zusätzlich für MINT-Berufe begeistert werden sollen.
Salzburger Bildungslabore
Kooperationsprojekt von Paris Lodron-Universität Salzburg und Pädagogischer Hochschule Stefan Zweig Salzburg
Die Salzburger Bildungslabore entwickeln, planen, erproben und dokumentieren auf der Basis aktueller Forschung nach internationalen Standards neuartige Lehr- und Lernprozesse für das österreichische Bildungswesen. Es möchte alle hier involvierten Gruppen in konkreten Projekten ins Gespräch und auf Augenhöhe zur Kooperation bringen: Schülerinnen und Schüler, Lehrerinnen und Lehrer, Studierende der Lehramtsfächer, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Bildungswissenschaften, Fachwissenschaften und Fachdidaktiken.
Die Salzburger Bildungslabore bündeln die wissenschaftliche und pädagogische Expertise am Standort Salzburg; es ist die einzige Institution ihrer Art in Österreich und will ein „Leuchtturmprojekt“ für neue Lehr- und Lernformen sein. Es soll einen „thirdspace“ eröffnen, in dem neue Begegnungs- und wechselseitige Lernprozesse der beteiligte wird als außerschulischer Lernort Gruppen stattfinden können.
Die Salzburger Bildungslabore setzen an der Lehramtsausbildung als einer Schlüsselstelle für Innovationen im Bildungssystem an. Von hier aus werden Angebote in verschiedenen Formaten mit und für Schulen entwickelt, wobei das Labor mit seiner Expertise auch auf Anfragen, Anregungen, Bedürfnisse und Angebote aus Schule und Hochschule reagiert. Die Formate der Labore reichen von punktuellen Veranstaltungen (z.B. Diskussionsveranstaltungen) bis zu semesterlangen Kooperationen. Gelungene Projekte sollen auch in die Lehrer*innenfortbildung Eingang finden.
Alle Bildungslabor-Initiativen haben gemeinsam, dass sie
Bildungslaborprojekte gliedern sich in die Bereiche Forschendes Lernen: experimentieren – erproben – diagnostizieren; Konzeptlernen: theoretisieren – debattieren – hinterfragen; und Kreatives Lernen: erzählen – gestalten – inszenieren. Sie setzen an Themen an, perspektivieren sie auf unterschiedliche Kontexte und Praxisfelder hin; sie gehen damit über die herkömmlichen Verortungen von ‚Gegenständen‘ in Schulfächern und Wissenschaftsdisziplinen hinaus. Sie begreifen die Schule nicht nur als Vermittlungsinstitution von ‚fertigem‘ und ‚gesichertem‘ Wissen, sondern als Plattform zur Aushandlung gesellschaftlicher und epistemischer Bedeutungen solchen Wissens. Angesichts der immer noch fortschreitenden Ausdifferenzierung von Geistes-, Kultur-, Gesellschafts- und Naturwissenschaften erweist sich die Schule als einer der wenigen verbliebenen Orte einer common culture des Wissens, die auch die Frage nach der Gesellschaftlichkeit der Wissenschaften stellt.
Die Salzburger Bildungslabore werden über eigene MitarbeiterInnen sowie über Räumlichkeiten im Neubau der PH Salzburg (Akademiestraße) verfügen, die Eröffnung erfolgt im Herbst 2020. Einzelne Pilotprojekte werden bereits im Studien- bzw. Schuljahr 2019/20 anlaufen.
ExBox – Digital
mit Timo Fleischer, Jörg Zumbach, Inis Deibl, Simone Meier, Verena Auer, (Uni Salzburg), Stephanie Moser (TUM)
Digitale Medien werden immer häufiger in die Unterrichtspraxis integriert und stellen eine Verknüpfung zwischen Schule und Lebenswelt dar. Das Potential für fachdidaktische Konzepte ist allerdings bei weitem nicht ausgeschöpft. Das Ziel des Projekts ist es, Unterrichtsmaterialien für den Chemie- und Physikunterricht zu entwerfen, welche individuell auf das schulische Leistungsniveau der Schüler:innen angepasst werden können. Anhand von adaptiven Lernhilfen in Form von Lernvideos und digitalen Experimentierboxen (EXBOX) sollen Schüler:innen beim Erwerb des chemischen und physikalischen Fachwissens sowie der Experimentierfähigkeit unterstützt werden. Die EXBOX bietet die Möglichkeit, dass Schüler:innen je nach Leistungsniveau auf Lernhilfen (adaptive Web-Based Trainings; Augmented Reality; Lernvideos mit Lernhilfen) zugreifen können. Schüler:innen können sich dadurch nach dem eigenen Lerntempo und Leistungsniveau mit dem Lerninhalt auseinandersetzen. Die Wirksamkeit der Materialien auf das Lernverhalten und die Leistung der Schüler:innen soll anhand empirischer Studien überprüft werden. Die Sicherstellung der gesetzten Ziele soll durch eine den Prozessverlauf begleitende Evaluation gewährleistet werden.
Interessensforschung
mit Timo Fleischer, Markus Herbst, Anna Gruber, Eva-Maia Fürtbauer, Markus Georg Hochwarter (Uni Salzburg)
Interesse ist ein wichtiger Prädiktor für die empfundene Bedeutung eines Schulfaches. Da sich in der Vergangenheit zeigte, dass Physik in der Schule als eines der unbeliebtesten Fächer galt, ist es wichtig Schülerinnen und Schüler zu ihren Interessen zu befragen, umso schon in der Lehramtsausbildung forschungsgeleitet interessante Inhalte vermitteln zu können.
Entwicklung von Alltagskontexten in der Chemie & Physik
mit Timo Fleischer, Simone Suppert (Uni Salzburg); Silvia Alexandra Havlena (PH Salzburg); Andreas Müller (University of Geneva); Rainer Müller (TU Braunschweig)
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 und Schüler lernen physikalische Er-kenntnisse auf Erfahrungen und Fragen aus ihrem Leben anzuwenden. Es scheint mög-lich, so gut wie alle physikalischen Themengebiete mittels Alltagskontexten zu er-schließen. Die Verknüpfung zwischen Alltagstauglichkeit, der Entwicklung eines na-turwissenschaftlichen Weltbildes und der kritischen Hinterfragung von Erlebtem ste-hen hierbei im Vordergrund.
Des Weiteren wird die Forderung Physik „alltagstauglicher“ zu gestalten vieler Orts immer größer. Da Schülerinnen und Schüler einerseits Physik nicht interessiert und zusätzlich als nicht alltagsrelevant ansehen, müssen neue Konzepte erarbeitet werden, um die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler in einen physikalischen Zusammen-hang einzubetten.
Es werden und wurden folgende Inhalte erstellt:
Schulbuchforschung
Peter Machart (PH Salzburg) Verena Auer (Uni Salzburg); diverse
Einen starken Einfluss auf die Gestaltung des Unterrichts haben Schulbücher. Physikschulbücher bieten hier eine Grundlage für jeden Physikunterricht. Obwohl sie primär für die Schülerinnen und Schüler gedacht sind, werden sie intensiv von Lehrerinnen und Leheren zur Unterrichtvorbereitung und –durchführung verwendet. Hierbei werden vor allem zwei inhaltliche Dimensionen betrachtet. Die Qualität von Abbildungen und das Genderverhältnis bei Bildern und Texten.
Lernzyklen im Naturwissenschaftsunterricht
(mit Franz Riffert, Uni Salzburg; Josef Kriegseisen, PH Salzburg; Gerda Hagenauer, Uni Salzburg)
Bei dem vorliegenden Projekt geht es um die wissenschaftliche Überprüfung der Effektivität und Effizienz des sogenannten Learning cycle (Lernzyklen) Unterrichtsansatzes in naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern (Physik& Chemie) bei SchülerInnen im Alter zwischen 12 und 14 Jahren.
Konkret soll überprüft werden, ob der Lernzyklenansatz
(1) zu einer Verbesserung der 'Science-Reasoning-Fähigkeit' (=wissenschaftliches problemlösen) von Schülerinnen beitragen kann, die als wesentliche Teilkompetenz der naturwissenschaftlichen Kompetenz verstanden wird. Hierzu werden die Science Reasoning Tasks von Shayer & Wylam (1980) eingesetzt.
(2) zu einem verbesserten Verständnis der Natur der Naturwissenschaften und der naturwissenschaftlichen Methoden beiträgt.
(3) zu einer Verbesserung von wünschenswerten emotional-motivationalen SchülerInnenmerkmalen, wie Selbstwirksamkeit, Interesse und Lernmotivation führt, welche ihrerseits wiederum einen positiven Einfluss auf das Unterrichtsverhalten und in der Folge auf die Leistung der Schülerinnen haben sollte (vgl. Helmke 2012). Zur Überprüfung dieser Fragestellungen werden Begleitfragebögen eingesetzt, welche überwiegend aus bewährten Messinstrumenten der empirischen Bildungsforschung bestehen. Diese Faktoren werden sowohl situativ, als auch im Sinne zeitüberdauernder Traits erhoben.
Um die Fragestellungen dieser Studie zu beantworten, wird quasi-experimentelles Design mit Prä-Post-Messung gewählt (Zeitraum: 2 Schuljahre 2014/2015 & 2015/2016). (Ein Randomized Control Trial ist aus ethischen und schulorganisatorischen Gründen nicht möglich.
An der Studie partizipieren sieben Lehrerinnen an NMS der Jahrgangsstufen 6 bis 8. aus sieben NMS (Neue Mittelsschule). Die Teilnahme der Schülerinnen und Lehrerinnen erfolgt freiwillig; die Durchführung der Studie ist mit dem Landesschulrat für Salzburg akkordiert und eine Genehmigung liegt vor.
Um die Treatmentvalidität abzusichern wurden im Vorfeld der Studie zwei Workshops zum Thema 'Learning Cycles' durchgeführt; darüberhinaus wird der Unterricht durch entsprechende Fortbildungsveranstaltungen vom Forscherteam begleitet. Außerdem wird die Treatmentvalidität formativ evaluiert indem während der Untersuchung laufend entsprechende Kurzfragebögen eingesetzt werden.
Verständnis und Anwendung von Formeln im Physikunterricht und –studium
(mit Rainer Müller, IFdN TU-BS)
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:
Entwicklung von Alltagskontexten in der Physik
(mit Rainer Müller, IFdN TU-BS)
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
(mit den Mitarbeitern des IFdN TU-BS)
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
(mit Inske Preißler, TU Clausthal)
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.
Untersuchung von Metallen und Polymeren mittels Mechanischer Spektroskopie
(mit Harmut Neuhäuser, IPKM; Hans-Rainer Sinning, IfW; Sigurd Schrader, IGW, TFH Wildau; Igor S. Golovin, Physical Metallurgy Department Moscow, Institute of Steel and Alloys, Moscow, Russia)
Die Untersuchung der Inneren Reibung (Vibrating-Reed) stellt eine einfache und interessante Möglichkeit dar, atomare Prozesse zu analysieren. Hierbei ist es möglich thermisch-aktivierte Prozesse von thermisch-nicht-aktivierten Prozessen zu unterscheiden. Aktivierungsenergien können bestimmt und Aussagen über Ermüdungserscheinungen getroffen werden.
Bis jetzt wurden viele Arten von Eisen-Aluminium Legierungen mit unterschiedlichsten Konzentrationen untersucht. Dünne Schichten aus PPV (ein Polymer, welches bei der OLED-Herstellung verwendet wird) wurden auf ihre mechanischen Eigenschaften und ihr Alterungsverhalten untersucht.
... Ich glaube nicht an die Freiheit des Willens. Schopenhauers Wort: ‚Der Mensch kann wohl tun, was er will, aber er kann nicht wollen, was er will‘, begleitet mich in allen Lebenslagen und versöhnt mich mit den Handlungen der Menschen, auch wenn sie mir recht schmerzlich sind. Diese Erkenntnis von der Unfreiheit des Willens schützt mich davor, mich selbst und die Mitmenschen als handelnde und urteilende Individuen allzu ernst zu nehmen und den guten Humor zu verlieren. ...
Albert Einstein (1932)