Didaktik der Physik

AG Didaktik der Physik - Herzlich Willkommen

Die AG Didaktik der Physik entwickelt verständliche Erklärungen zu physikalischen Inhalten und Phänomenen der Schule, der Hochschule und für die allgemein interessierte Öffentlichkeit. Ziel dabei ist es, möglichst viele Menschen für die Physik zu begeistern. Im Sinne "Forschung und Entwicklung" betreiben wir zunächst fachdidaktische Grundlagenforschung, um beispielsweise typische Lernschwierigkeiten zu einem bestimmten Inhaltsgebiet zu identifizieren. Dafür nutzen wir Methoden der empirischen Bildungsforschung und moderne Technologien wie Eye Tracking, um auch Lernprozesse untersuchen zu können. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen entwickeln wir Lehrmaterialien und überprüfen deren Wirksamkeit in empirischen Studien. Das Selbstverständnis der Physikdidaktik als evidenzbasierte Wissenschaft führen wir auch in der Lehre und Lehrkräftebildung weiter. Neben den fachdidaktischen Grundlagen vermitteln wir Kompetenzen, die den modernen Entwicklungen des Physikunterrichts gerecht werden.

Aktuelles

Virtuelle GDCP Jahrestagung 2021
Vom 13. Bis 16. September 2021 fand die virtuelle Physikdidaktik-Tagung der Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik statt. Thematisch stand die Tagung unter dem Thema „Unsicherheit als Element von naturwissenschaftsbezogenen Bildungsprozessen“ (mehr Informationen). Die Physikdidaktik Göttingen war mit folgenden Beiträgen vertreten:

  • Eye-Tracking in der physikdidaktischen Forschung: Eine systematische Übersichtsarbeit (Präsentationsfolien)
  • Multiple Repräsentationen und Zeichenaktivitäten als Zugänge zu Vektorfeldkonzepten - eine Eye-Tracking-Studie (Präsentationsfolien)
  • Interessenstudie – Energie in biologischen und technischen Kontexten (Präsentationsfolien)
  • Technologiebezogene Professionalisierung in einer Astrophysik-Übung (Posterbeitrag )
  • Feynman-Diagramme als multiple Repräsentationen (Posterbeitrag , siehe auch)

Vielen Dank an alle Teilnehmenden für die anregenden Gespräche und Diskussionen!

Neue Erkenntnisse durch Eye-Tracking Studien in der Physikdidaktik
Die Blickverfolgung mittels Eye-Tracking bietet eine Möglichkeit, die visuelle Aufmerksamkeit von Lernenden beim Lösen physikalischer Probleme zu studieren. Neben weiterführenden Untersuchungen zum Verständnis von Diagrammen im Physik-, Psychologie- und Finanzkontext [1] berichten Veröffentlichungen der vergangenen Monate vor allem über wertvolle Erkenntnisse bezüglich der Merkmale der präsentierten Probleme mit diesem Verfahren. So konnte mit einem recht umfangreichen Datensatz zum Test of Understanding Graphs in Kinematics (TUG-K) gezeigt werden, dass sich die postulierten Anforderungen der Graphen-Aufgaben auch durch die Blickbewegungen beim Lösen der Aufgaben widerspiegeln [2]. Dafür wurden die Blicksprünge zwischen den einzelnen Elementen der Fragen (Itemstamm und Antwortoptionen) extrahiert und einer Clusteranalyse unterzogen. Die gefundenen Gruppen bilden exakt die vorgegebenen Aufgabengruppen ab, die eine Zuordnung von Graph zu Graph, Text zu Graph und umgekehrt erfordern. Eine Studie von Ibrahim und Ding zeigte in ähnlicher Weise, dass sich mittels Blickdatenanalyse die Aufgabenanforderungen von sogenannten Synthesis-Aufgaben unterscheiden lassen [3]. Synthesis-Aufgaben sind Probleme, die zur Lösung mehrere Denkschritte und Konzepte erfordern und damit im Gegensatz zu Single-Concept Aufgaben (wie z.B. im TUG-K) stehen. Es konnte gezeigt werden, dass sequentielle Synthesis-Aufgaben (physikalische Ereignisse laufen nacheinander ab) andere Blickmuster hervorrufen als simultane (Ereignisse können nicht zeitlich zerlegt werden) – ebenso wie bei der TUG-K-Studie sind diese Ergebnisse robust gegenüber der Fähigkeit, die Aufgaben zu lösen. Methodisch bedeuten diese Erkenntnisse einen Meilenstein, denn sie zeigen, dass Eye-Tracking die Möglichkeit bietet, Aufgabenmerkmale auch fernab der klassischen Metrik (Aufgabe korrekt/inkorrekt) auf prozeduraler Ebene zu studieren. Die Arbeit von Ibrahim und Ding wurde gemeinsam mit einer weiteren Eye-Tracking Studie von Wu und Liu [4] in einem Feature in Physics hervorgehoben [5]. Diese Arbeit stellt einen Zusammenhang zwischen dem zuvor erhobenen Graphenverständnis der Lernenden und der Argumentation mit multiplen Repräsentationen her. Die AutorInnen fanden heraus, dass die Prädisposition einen wesentlichen Einfluss auf die visuelle Verarbeitung der angebotenen multiplen Repräsentationen hat: Lernende mit schwachem Graphenverständnis betrachteten überwiegend den Aufgabentext und die Tabellendaten, während die hochperformante Gruppe versuchte, Informationen aus allen vier angebotenen Darstellungen (also auch aus dem Graphen und der Gleichung) zu integrieren. Gemeinsam mit den obigen Ergebnissen wird deutlich, dass die Augenbewegungen sowohl von Personen- als auch von Aufgabenmerkmalen beeinflusst werden. Ein Personenmerkmal, dem in der Physik für das Problemlösen mit visuell anspruchsvollen Aufgaben eine besondere Rolle zukommt, ist das räumliche Vorstellungsvermögen (spatial ability). In der jüngsten Studie aus unserer Gruppe mit Beteiligung der TU Kaiserslautern wurde der Einfluss dieser Variable auf das Problemlösen im Kontext von Vektorfeldern studiert [6]. Dazu lernten über 140 Studierende, wie die Divergenz von Vektorfeldern visuell interpretiert werden kann, wobei eine Teilgruppe mit visuellen Hilfen unterstützt wurde. Beim anschließenden Problemlösen zeigte sich, dass die Gruppe mit Hilfen der Gruppe ohne Hilfen stark überlegen war; sie zeigten systematischere Augenbewegungen über den Feldern und erreichten höhere Testscores. Gleichsam gab es einen großen Einfluss der räumlichen Fähigkeiten auf das Problemlösen, wobei vor allem Studierende mit mittleren und hohen räumlichen Fähigkeiten von der Unterstützung durch die Hilfen profitierten. Die Erkenntnisse informieren die Entwicklung weiterer Lernmaterialien, die Einsatz in der Lehre finden.
VF:TUG-K

Praxisnetzwerk: Multiple representations as cognitive tools in STEM teaching and learning
Das Lernen und Lehren mit multiplen Repräsentationen ist ein zentrales sowie gemeinsames Interessengebiet der MINT-Didaktiken. Um den interdisziplinären Austausch zu fördern, steht daher das diesjährige Praxisnetzwerk Fachdidaktiken am Freitag, den 11.06.2021, unter dem Motto "Multiple representations as cognitive tools in STEM teaching and learning". Ab 13:00 Uhr präsentieren prominente WissenschaftlerInnen aktuelle Forschungsansätze sowie Ergebnisse verschiedener Studien zu diesem Thema. Das Praxisnetzwerk beginnt mit einem Vortrag von Prof. Dr. Nicole Graulich (Chemiedidaktik, Universität Gießen) zu Lehr-Lern-Prozessen bei der Ableitung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aus multiplen Repräsentationen. Im Anschluss wird Prof. Dr. Raimund Girwidz (Physikdidaktik, LMU München) die Funktionen von Visualisierungen im Physikunterricht thematisieren. Als dritte Vortragende wird Prof. Dr. Shaaron Ainsworth (Learning Sciences, University of Nottingham) auf die spezielle Bedeutung des Zeichnens multipler Repräsentationen in Lehr-Lern-Situationen eingehen. In einer abschließenden Roundtable-Diskussion sind die TeilnehmerInnen herzlich eingeladen, Fragen an die Vortragenden zu formulieren. Die Anmeldung zum Webinar erfolgt unter folgendem Link.
Logo PraxisnetzwerkFoto Praxisnetzwerk

Spielerisch Vektorfelder kennen lernen
Unbestritten sind Spiele eine wichtige Lernform in der menschlichen Entwicklung, insbesondere im Kindesalter. Die ersten Arbeiten zum spielerischen Lernen von Physik mithilfe „seriöser Spiele“ gab es bereits 1986. Aber was kennzeichnet ein „seriöses Spiel“ und warum ist es sinnvoll, einen spielerischen Zugang zur Physik zu wählen? In unserem neusten Artikel Coordinating vector field equations and diagrams with a serious game in introductory physics werden diese Fragen anhand eines „seriösen Spiels“ zu Vektorfeldern diskutiert. Den zugehörigen Video-Abstract finden Sie hier. Das Spiel steht im Google Play Store und im Apple App Store zum kostenlosen Download zur Verfügung.
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Forschung zur Online-Lehre Physik in Pandemiezeiten
Eine aktuelle Publikation stellt Forschungsdaten zur Online-Lehre Physik aus dem COVID-19 Sommersemester vor (siehe hier). Der Inhalt der Publikation wird auch in diesem APS Interview mit dem Physics Magazine diskutiert. Daneben wird in einem von der EU-geförderten Projekt an der Entwicklung von Praktikums-Experimenten in Pandemiezeiten gearbeitet (Pressemitteilung >>Projektseite).
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DPG Physikdidaktik Tagung 2021
Vom 22.-24. März 2021 findet die virtuelle Physikdidaktik-Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft statt ( siehe hier). Die Physikdidaktik Göttingen ist bei folgenden Beiträgen vertreten:

  • Visuelle Aufmerksamkeit beim Lösen des TUG-K (Diagramm-Test) [DD 3.1]
  • Visuelle Aufmerksamkeit beim lokalen Denken in der Elektrik [DD 3.3]
  • Visuelle Strategien bei der Erstellung von Repräsentationen und anschließendem Experimentieren [DD 3.4]
  • Simulationsbasiertes Lernen im Astrophysik-Tutorium für Lehramtsstudierende am Beispiel Schwarzkörper und Sternspektren [DD 14.5]
  • Multiple Repräsentationen als fachdidaktischer Zugang zum Satz von Gauß [DD 14.8]
  • Untersuchung der Wahrnehmung von Feynman-Diagrammen mittels Eye Tracking [DD 32.11]
  • Neue Beispiele zum Experimentieren mit Smartphones als mobile Mini-Labore [DD 32.15]

Eine Online-Teilnehmer-Registrierung ist bis spätestens 16.03.2021 möglich

Webinar zu Eye Tracking in Education Research am 23.02.2021 und MNU-Bundeskongress vom 04.-06.03.2021
Wir freuen uns darauf, in den kommenden Wochen auf zwei virtuellen Veranstaltungen über unsere Arbeiten und Erfahrungen zu Eye Tracking in der (naturwissenschafts-) didaktischen Forschung zu berichten:

  • Webinar: Using Eye Tracking in Education Research - Beitrag von P. Klein und L. Hahn: "Eye Tracking in Physics Education Research: How do students look at complex representations?" (Nähere Informationen finden Sie hier)

  • MNU-Bundeskongress - Vortrag von P. Klein "Eye Tracking in der Naturwissenschaftsdidaktik - Was wir aus Blickbewegungen über Lernen lernen können" (Nähere Informationen finden Sie hier)


WebinarMNU

Frohe Weihnachten!!!
weihnachtsbild 2020
Die Arbeitsgruppe Didaktik der Physik blickt auf ein turbulentes Jahr 2020 zurück, das schul- und hochschuldidaktisch ganz schön herausfordernd war. Wir möchten uns für die intensive Zusammenarbeit bei unseren KollegInnen, den assoziierten Lehrkräften und unseren Studierenden ganz herzlich bedanken. Wir freuen uns auf ein spannendes neues Jahr mit bereichernden Projekten und produktivem Austausch über die Didaktisierung der Physik in Schule und Hochschule.

Wir wünschen ein frohes Weihnachtsfest verbunden mit bester und anhaltender Gesundheit.



Promotionsstudierende Larissa Hahn und Merten N. Dahlkemper
Wir heißen Frau Hahn und Herrn Dahlkemper in unserer Gruppe herzlich Willkommen. Beide beschäftigen sich in Ihrer Promotion mit Lehr-Lernprozessen in der Physik unter Nutzung von Eye Tracking als Erkentnnismethode. Herr Dahlkemper promoviert mit einem Gentner Stipendium am CERN in Genf im Kontext des außerschulischen Lernorts S'Cool Lab (Themenbereich Teilchenphysik) und Frau Hahn verortet sich thematisch an in der mathematischen Physik an Schnittstelle zwischen Schule und Hochschule.

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05.10.2020 Start des Vorkurses für Erstsemester-Studierende Physik (Mathematische Rechenmethoden für Physiker)
Wir begrüßen alle Studierende, die sich für ein Physikstudium an der U Göttingen entschlossen haben! Die Fakultäten für Physik und Mathematik bieten Propädeutika im Hybrid-Format an, um Ihnen den Studieneinstieg zu erleichtern. Nähere Informationen finden Sie hier

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Virtuelle Tagungen: GDCP-Tagung vom 14.-17.09.2020 und GFD-Tagung vom 23.09.-25.09.
conf
Auch in diesem Jahr werden unsere Forschungsergebnisse auf der GDCP-Tagung präsentiert:

  • P. Klein: Evaluation der Online-Lehre Physik während COVID19 (Vortrag)

  • J. Lewing: Interessenstudie zu Energie in biologischen und technischen Kontexten (Poster)

  • L. Hahn: Blickbewegungen beim Koordinieren multipler Repräsentationen in der mathematischen Physik (Vortrag)



Auf der GFD-Tagung findet ein Symposium zu Eye Tracking unter der Rubrik "Digitale Transformation von Forschungsmethoden und Erkenntnisinteressen" mit vier Vorträgen statt, darunter auch ein Beitrag von L. Hahn und P. Klein
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Wir freuen uns auf den regen Austausch unter diesmal ganz besonderen Bedingungen!

Neue Professur für Physik und ihre Didaktik an der Fakultät für Physik

(01.04.2020) Zum 01. April hat Dr. Pascal Klein die Professur für Physik und ihre Didaktik übernommen. Klein studierte Mathematik und Physik für das gymnasiale Lehramt an der Technischen Universität Kaiserslautern, wo er anschließend auch zu einem Thema der Kompetenzförderung von Physik-Studierenden in der Studieneingangsphase mittels digitalen Medien promovierte. Von 2017 bis März 2020 war er wissenschaftlicher Leiter des immersive quantified learning labs, einem außerschulischen Lernort des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz in Kaiserslautern. In seiner Forschung widmet er sich den Herausforderung beim Übergang zwischen Schule und Hochschule und untersucht dabei Möglichkeiten, die hochgradige Mathematisierung von physikalischen Konzepten anschlaulich zu vermitteln. Wir begrüßen ihn herzlich in unserer Gruppe!

Praxisnetzwerk Naturwissenschaft 2020: Sprachbildung im MINT-Unterricht

(08.01.2020) Eingeladen sind Prof. Dr. Pascal Klein (Didaktik der Physik, Technische Universität Keiserslautern) und Dr. Maike Abshagen (Institut für Qualitätsentwicklung an Schulen Schleswig-Holstein). Die vorbereitende Sitzung findet am 13.01.2020 statt. Die Vorträge werden am Donnerstag, den 16.01. gehalten. Näheres finden Sie in der Veranstaltung im Stud.IP.

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