Zentrale Prozesse der Physik

Mit dieser Stichpunktliste bereiten wir uns auf einen Artikel vor (Spannagel, Schimpf und Zendler); wer möchte, darf gerne ergänzen/ändern/Ideen einbringen/...!

Lüscher, Edgar: Aspekte zur Didaktik der Physik

Lüscher benennt in seinem Artikel von 1989 drei zentrale Bereiche der Fachdidaktik: Aufarbeitung der wissenschaftlich erforschten Gesetzmässigkeiten, die Suche nach der bestmöglichen Darstellung und die Darstellung der Gedanken der Disziplin für Laien.
In den Natuwissenschaften sieht er die Beobachtung von Naturvorgängen und das Experiment als wichtig an.
Als Abfolge nennt er Fragestellung an die Natur, Hypothese, messtechnische Planungsphase, Experiment, provisorisches Modell, experimentelle Daten.
Experiment udn Modellcharakter sind in der Physik wichtig.
Alle naturwissenschaftlichen Aussagen müssen nach Lüscher reproduzierbar und universell sein.

Lind, Gunter et al: Beispiellernen und Problemlösen

Die Autoren erheben anhand von einer Stichprobe wie Schüler mit unterschiedlichem Vorwissen (Experten vs. Novizen) das eigenständige Problemlösen und das Lernen anhand von Beispielaufgaben einsetzten.
Beim Lernen mit einem ausgearbeiteten Beispiel ist der Lernprozess organisiert / strukturiert
Beim Lernen durch Problemlösen müssen die Lerner die Sequenz von notwendigen kognitiven Operationen selbst entwickeln.
Als Folge ist beim Lernen durch Problemlösen der "extraneous load" grösser als beim Beispiellernen.

Mc Gregor,D. und Gunter, B.: Invigorating pedagogic change

In insgesamt 91 Schulen wurde über den Zeitraum von zwei Jahren ein Trainigsprogramm für Lehrer durchgeführt. Ziel war die Fähigkeit zum selbstständigen wissenschaftlichen Denken der Schüler zu fördern.
Die Lehrpersonen wurden begleitet und geschult, mit dem Ziel ein besseres Verständniss in die Lernprozesse von Schülern zu entwickeln.
Grundlage war das Cognitive Acceleration through Science Education Project (CASE).
Dieser sog Cognitive Acceleration (CA) Ansatz ("Kognitive Beschleunigung?") basiert stark auf den Ideen Piagets (kognitive Dissonanz) und Vygotsky (Zone der nächsten Entwicklung).
Ebenfalls aus der Theorie Vygotsky stammt der Terminus "mediation" der sich mit Vermittlung nur teilweise übersetzen lässt. Die Idee ist, dass sich erst in der sozialen Interaktion -vermittelt durch Zeichen und Symbole- Lernen als Prozess zwischen einem Experten und Novizen vollzieht (sog. sozialer Konstruktivismus).
Um den Lehrern Einsicht in die Art und Weise sozialen Lernens zu vermitteln, beschäftigten sie sich in gemischten Kleingruppen (3 Personen) mit authentischen (physikalischen) Situationen, die einen kognitiven Konflikt provozieren. Dazu bekamen sie geeignete Fragen, welche die Diskussion anregten (insbesondere Fragen zur Vorhersage: Was wird passieren? Warum? usw.). Ebenso wurden ihnen anschließend Fragen zur Metakognition gestellt, um ihnen bewusst zu machen, wie sie gedacht haben, was effektiv an der Art und Weise zu lernen war, und wie sich dies unterscheidet von der Art zu Lernen, die sie von ihren Schülern verlangen.
Der Artikel bringt für mich mehrere Sachen zusammen: Vygotsky, Neuronenmetapher und LdL, Externalisierung von Gedanken im Cognitive Apprenticeship Model. --Cspannagel 08:34, 17. Dez. 2008 (CET)

Scharmann, L.: Developmental Influences of Science Process Skill Instruction

Im Rahmen einer Studie wurde der Einfluss von einem Kurs "science process skill instruction" im Rahmen der Lehrerausbildung untersucht.
Vier items wurden als zentral in der Ausbildung von Lehrern definiert und untersucht:
Test of logical Thinking (TOLT) von Tobin und Capie (1980)
Science Content Knowledge aus der Metropolitan Achievment Series-Science Subscale 11 von (1978)
Locus of Contol nach der Internal-External Locus of Contol Sclae (Rotter 1966)
Understanding of the Nature of Science nach der Nature of Science Scale (Kimball 1967)
Als Ziel werden der Wechsel, das Wachstum oder die Entwicklung von vier "Prozessen" bei den Probanten nach einer entsprechenden Schulung untersucht:
locus of controll orientation
logical thinking ability
science content knowledge
understanding of the nature of science
Interessant sind die vier items und die vier eher kongnitiven Prozesse in dem m.E. relativ alten Artikel (1989)

Trendel et al: Lernprozessorientierte Lehrerfortbildung in Physik

Bedeutungszunahme von physikalischen Kenntnissen u.a. durch PISA und Begriffe wie Naturwissenschaftliche Grundbildung und Scientific Literacy
Ingesamt unbefriedigende Forschungslage zur Unterichtsqualität und Lernprozessen, u.a. durch fast unüberschaubare Anzahl von beforschten Einflussvariablen auf Unterricht.
In der Forschung fehlt es an Theorien, mit der sich die Vielzahl der empirischen Befunde einordnen lassen.
Theorie der Basismodelle (Oser und Baeriswyl) unterscheidet zwischen allen objektiv beobachtbaren Gestaltungselementen von Unterricht (sog. Sichtstruktur) und der nur durch subjektive Interpretation zugänglichen kognitiven Verarbeitungsprozessen (sog. Tiefenstruktur).
Oser und Baeriswyl nennen ingsamt 12 sog. Basismodelle des Lehrnes und Lernens (bspw. Problemlösen). Für jedes dieser Basismodelle gibt es eine Folge von notwendigen Schritten, die vollständig und in der richtigen Reihenfolge durchlaufen werden müssen (bspw. Problemgenerierung, Problempräzisierung, Lösungsvorschläge, Prüfen der Lösungsvorschläge, Vernetzung und Transfer auf andere Problemklassen).
Drei dieser Basismodelle(Lernen durch Eigenerfahrung, Konzeptbildung und Problemlösen) werden im Rahmen einer lernprozessorientierten Lehrerfortbildung benutzt, da diese drei Modelle einen großen Teil des Physikunterrichtes abbilden und ein durch die Basismodelle sturkturierter Unterricht sich positiv auf die Denk- und Arbeitsweisen auswirkt.
Im Rahmen der Studie wurde untersucht, ob sich Lernprozesse im Physikunterricht auf Grundlage der Basismodelle differenziert darstellen und analysieren lassen, welche Handlungsschritte im Unterricht vorkommen und ob Lehrpersonen nach einer Fortbildung Unterricht auf Grundlage der Basismodellen
Der Unterricht der Lehrpersonen wurde vor und nach der Fortbildung per Video aufgezeichnet und die Tiefenstruktur (z.B. Problemlösen) mit Hilfe der Auswertungssoftware Videograph in Intervallen von 60 Sekunden kodiert.
Als Ergeniss wird festgehalten, dass sich Pysikunterricht weitgehend mit der Theorie der Basismodelle analysieren udn beschreiben lässt.

Mikelskis-Seifert, Sike und Fischler, Helmut: Die Bedeutung des Denkens in Modellen bei der Entwicklung von Teilchenvorstellungen

Schüler haben häufig bis zum Ende der Sekundarstufe I "falsche" Vorstellungen (engl. misconcepions) von der Teilchenstruktur der Materie.
Ursächlich sind u.a. die Übetragung von -makroskopischen- Eigenschaften, die in der Umwelt beobachtbar sind auf die nicht beobachtbaren Eigenschaften der Mikrowelt.
Unterschiedliche Unterichtsvorschläge wie z.B. das Children Learning in Science Project (CLIS 1987), das "kognitive Konflikte" zwischen den bobachtbaren Phänomenen und den Vorstellungen der Schüler erzeugt, oder der Gang von einem einfachen zu einem komplexen Teilchenmodell sind im Bezug auf den Lernerfolg und die Lernergebniss schwer zu beurteilen.
Schüler sehen Modelle häufig als beweisbare Tatsachen und nicht als hyothetische Konstrukte.
Moderne Physik ist durch das Wechselspiel zwischen Experimentiertätigkeit und Theroiebildung gekennzeichnet,Kann jedoch immer nur einen bestimmten Aspekt der Realität charakterisieren.
Erkenntnisstheoretisch ist die reale Welt nicht erkennbar, dies steht aber im Widerspruch zum Erkenntnissoptimismus der Schüler und erschwert den Zugang zur Beschäftigung mit Physik.
Als konzeptionelle Konsequenz ist ein Untericht über Modelle die Vorraussetzung für das Verstehen der Teilchenstruktur.
Erwerb eines metakonzeptuellen Bewusstseins zur Unterscheidung zwischen Erfahrungswelt und Modellwelt als Unterichtsziel.
Ausdifferenzierung der Erfahrungswelt in die Ebenen der konkreten Experimente, der fiktiven Experimente und die Ebene der Alltagserfahrungen.
Ausdifferenzierung der Modellwelt in bildhafte Modelldarstellungen und verbalen Modellaussagen, sowie in die Ebenen der simulativen Modelle und der mathematischen Modelle.
Das o.g. Ebenensystem dient als Orientierungsrahmen des Unterrichts über Modelle mit dem Ziel, das Schüler eigenständige Ideen zur Modelierung der Mikrowelt entwickeln.

Weltner: Förderung der Fähigkeit zu "Autonomem Lernen" in der Physikdidaktik

Gleichsetzung von autonomen und selbstgeregeltem Lernen (1989)
Zunahme von Lernsituationen ausserhalb der Schule, des Studiums und Bedeutungszunahme von autonomen Lernen in allen Lebenslagen.
"Lernen lehren" als Aufgabe der Schule die bisher (1989) nicht im Fachunterricht erfolgt.
Zunahme des Fernsehkonsums-Rückgang des aktiven Lesens, kein Üben und Automatisieren des Decodierungsvorganges.
Die Fähigkeit autonom zu lernen besteht u.a. in der Fähigkeit unterschiedliche Lerntechniken sachgerecht zu verwenden.
Verbindung von selbstgeregelten Lernphasen mit Büchern und durch den Autor entwickeln Lehrprogrammen für den programierten Untericht

Artikel ist für uns von geringer Relevanz, da teilweise veraltet.

Mikelskis, Helmut,F.:Didaktik der Physik

Es gibt kein einheitliches Wissenschaftspradigma der Physik
Die Begründung einer eigenständigen Didaktik,die sich nicht als Anhängsel der Erziehungswissenschaft oder der Psychologie versteht ist notwendig.
Die Siuation der "Heimatlosigkeit" der Physikdidaktik ist international schwierig.
Historisch ist Pysikdidaktik ab 1915 (Friedrich Poske: Didaktik des physikalischen Unterichts) entstanden. Neben Martin Wagenschein (1962) ist noch Kurt Hapas (1969) für die damalige DDR relevant.
Pysik ist vergleichbar mit Mathematik und Chemie stark systematisiert und historisch traditionsreich.
Mikelskis formuliert unter Rückgriff auf einen eigenen Artikel von 1982 (Didaktiken der Physik:Synopse und Kritik) acht Gesichtspunkte zur Beurteilung von physikdidaktischen Ansätzen von 1915 -1979.
Dazu zählen u.a. eher allgemiene Formulierungen, wie z.b. Physikdidaktik setzt sich mit technischen entwicklungen auseinander, oder Physikdidaktik bearbeitet das Verhältnis des Menschen zur Natur.

Der Artikel ist für uns maximal wegen dem historischen Überblick und den allgemeinen Prinzipien relevant.

Wenning: Assessing inquiry skills as a component of scientific literacy

Es existiert bis dato noch keine Möglichkeit, i. S.v. von einem Test, um die sechs im National Science Education Standard definierten Dimensionen von scientific literacy zu messen
Eine der Dimensionen von scientific literacy ist science as inquiry, die jedoch als Definition nur schwer zu operationalisieren ist.
Der Autor stellt eine Liste von grundsätzlichen skills (Fähigkeiten oder Fertigkeiten?) vor, die scientific inquiry operationalisierbar machen.
Diese Stadien (z.B. Identify a problem to be investigated, oder analyze data for trends and relationsships) kombiniert der Autor mit den levels of inquiry (z.B. discovery learning, oder free inquiry labs).
In Abhängigkeit von der Klassenstufe kann so die Lehrperson die Kontrolle über den Lehr-Lernprozess minimieren und die Lerner können selbstbestimmter lernen
Der Autor hat auf der o.g. Grundlage einen Scientific Inquiry Literacy Test (ScInqliT) entwickelt, un bei Lehramtsstudenten die Fähigkeiten der Scientific Inquiry zu messen.

Lederman: Suchting on the Nature of Scientific Thought

Basis für die Bildung von Curricula: Scientific thought and the nature of science; direkter Bezug auf Artikel von Suchting
Beispielliste: observing, inferring, classifying, predicting, hypothesizing, collecting and organizing data, representing data, concluding usw.
Die Liste der Prozesse hat sich über die Jahre wenig geändert; überhaupt steht die Frage im Raum, ob es DIE eine Liste überhaupt gibt. Liste ist kontext- und zeitabhängig und muss immer wieder überprüft werden; eine "ewig währende Liste" relevanter process skills kann es nicht geben. Prozesse wie "observing" werden in unterschiedlichen naturwissenschaftlichen Disziplinen unterschiedlich verstanden (Achtung! Hier geht es um "science", nicht um "physics"). Gemeinsam mit den scientific processes ändert sich auch die nature of science über die Zeit.
Curricula sollten diese Variabilität von Science berücksichtigen und aufgreifen. Problem dabei ist allerdings, dass Menschen Probleme mit relativistischem Denken haben.
Science ist kulturell und sozial eingebettet; dies ist konsistent mit Suchtings Behauptung, dass es keine universelle Definition von scientific thought gibt.

Baumgartner & Zabin: A case-study of project based instruction...

Scientific literacy ermöglicht es, dass Menschen scientific knowledge and processes anwenden.
"Ideale" Methode zum Erwerb von Scientific literacy: research projects im Unterricht; project-based learning (PBL); weiterer Vorteil: authentischer Kontext ermöglicht besseren Transfer
Science darf nicht als "Fakten" losgelöst vom Prozess der Entdeckung unterrichtet werden; sondern: inquiry learning!
"Teaching emphasis is on process" (S. 110); Zitat S. 110: "Our model requires a departure from traditional professional development for teachers in that it emphasises scientific practice more than content. Traditionalle, secondary science teachers have been required to focus on the content than the practice of the discipline that they teach."

Fischer et al.: Naturwissenschaftsdidaktische Lehr-Lernforschung

Fokus hier eher auf Lernprozessen, nicht naturwissenschaftlichem Denken
Hinweis auf die Basismodelle von Oser (evtl. weiterverfolgen)
Scientific Literacy: Zitat S. 189: "Der Unterricht soll naturwissenschaftliche Arbeitsweisen (scientific reasoning) sowohl als Organisationsprinzip als auch als Unterrichtsziel enthalten, da Dis kurs und Theoriebildung als wesentliche Bestandteile dieser Arbeitsweisen angesehen werden können."
Relevantes Kapitel: Experimente im Unterricht, S. 194ff.
S. 195: naturwissenschaftliches Arbeiten

Für unseren Kontext nicht relevante Artikel

Großmann
Rhöneck, Christoph v.

ToDo

Reyer, T.: Oberflächenmerkmale und Tiefenstruktur im Untericht. Hier werden u.a. Lehrziele und kognitive Aktivitäten (z.B. Finden, Beschreiben, Interpretieren, Entscheiden.....) untersucht

Nicht in der PH Bib, nur Fernleihe

Lederman ist wichtig; wir brauchen evtl. weitere, aktuelle Artikel von ihm.
Wir müssen noch besorgen:
- Barab, S.A. & Luehmann, A.L. (2003). Building sustainable science curriculum: Acknowledging and accomodating local adaptation. Science Education, 87(4), 454-467.

Nicht in der PH Bib und nicht online erhältlich - subito?

- Bybee, R. (2002). Learning science and the science of learning. Arlington, VA: National Science Teachers Association.

Nicht im SWB über Fernleieh erhältlich, Jahrbuch in englischer Sprache mit 158 Seiten, evtl. Anschaffungsvorschlag für Ph Bib?

- McComas, W. (2004). Keys to teaching the nature of science. The Science Teacher, 71(9), 24-27.
- Moss, D.M., Abrams, E.D., & Robb, J. (2001). Examining student conceptions of the nature of science. International Journal of Science Education, 23(8), 771-90.
Nicht in der PH Bib und nicht onlien erhältlich, subito?
- Suchting, W.A. (1995). The Nature of Scientific Thought. Science & Education, 4(1), 1-22.

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