Studien- und Forschungsschwerpunkte
- Untersuchungen zur Begriffs- und Theoriebildung in der Physik
- Probleme des Lehrens und Lernens von Physik in außerphysikalischen Kontexten
- Erarbeitung neuerer Inhalte der modernen Physik für den Physikunterricht (Modellbildung und Elementarisierung)
- Astronomie in der Schule
- Didaktische Untersuchungen zum Sachunterricht
- Untersuchungen zur Begriffs- und Theoriebildung in der Physik
Die Differenz zwischen lebensweltlicher und naturwissenschaftlich-physikalischer Erfahrung erweist sich als eine der wesentlichen Schwierigkeiten des Lehrens und Lernens von Physik. Während die Physik nur Fragen beantwortet, die sich im Rahmen einer Theorie entwerfen lassen, wird die Lebenswelt weitgehend fraglos angenommen. Eine wesentliche Konsequenz aus diesem Befund besteht darin, auf übergeordnete Lernziele wie Mündigkeit und Kritikfähigkeit ausgerichtetes Physiklernen nicht durch Einebnung dieser Differenz erreichen zu wollen, sondern durch eine perspektivische Vermittlung zwischen den beiden Sehweisen. Unsere Forschungsaktivitäten richten sich an der Frage aus, wie dies konkret erreicht und an einschlägigen Beispielen demonstriert werden kann. - Probleme des Lehrens und Lernens von Physik in außerphysikalischen Kontexten
Wenn das Lernen von Physik im fachwissenschaftlichen Gehäuse gefangen bleibt, wird ein angemessenes Verständnis für die wissenschaftlich technische geprägte Welt in Frage gestellt. Daraus ergibt sich die Konsequenz, daß Physik mit Bezug zu Dingen und Problemen gelernt werden muß, mit denen die Lernenden im Alltag konfrontiert sind. Es werden die Möglichkeiten und Grenzen des verständnisvollen Physiklernens in außerphysikalischen Kontexten untersucht. Als eine wesentliche Voraussetzung dafür werden typische außerphysikalische Gegenstandsbereiche unter physikalischer Perspektive erschlossen. Beispiele:
* Physik der natürlichen und wissenschaftlich technischen Umwelt,
* Physik des Sports,
* Physik des Spielzeugs.
- Erarbeitung neuerer Inhalte der modernen Physik für den Physikunterricht (Modellbildung und Elementarisierung)
Die Schulphysik beschränkt sich weitgehend auf die klassische Physik. Die faszinierenden Aspekte der neueren Physik, wie sie sich in zahlreichen Anwendungen in der wissenschaftlich-technischen Welt niederschlagen, werden zur Zeit der Schule weitgehend vorenthalten. Aus Gründen der Motivation und eines angemessenen Verständnisses des Alltagslebens und der Umwelt muß diese Diskrepanz zwischen der verbreiteten Praxis im Physikunterricht und der Forschungsrealität beseitigt werden. Dazu müssen Forschungsergebnisse der modernen Physik durch geeignete Elementarisierungen und Modellierungen Unterrichtsgegenstände entwickelt werden. Wegen der grundsätzlichen Unterschiede zu den klassischen Inhalten und der ohnehin schon stofflichen Überlastung des Physikunterrichts sind dabei teilweise völlig neue Herangehensweisen zu entwickeln.
An unserem Institut werden schwerpunktmäßig Themen der nichtlinearen Physik im Rahmen thermodynamischer Konzepte entwickelt. Mit Hilfe der Begriffe Energie und Entropie wird ein Verständnis der dissipativen Strukturen und komplexen Systemen angebahnt, die ihrerseits geeignet erscheinen, wesentliche Aspekte der aktuellen Probleme der natürlichen und wissenschaftlich technischen Welt zu erschließen. Diesem Bemühen schließen sich die Entwicklung geeigneter Unterrichts- und Experimentiermaterialien an. Erste Ergebnisse einer Umsetzung für den Schulunterricht in Form von Lehrbüchern (Schülerbüchern) für die Schule liegen vor. - Astronomie in der Schule
Die Astronomie stellt ein Gebiet der Physik dar, in dem schon mit relativ einfachen Mitteln direkte Beobachtungen des sichtbaren Sternenhimmels durchgeführt werden können, die sowohl aus wissenschaftshistorischen als auch aus grundlegenden didaktischen Erwägungen heraus von großer Bedeutung für das Lehren und Lernen von Physik sein können. Zum einen geht von dem Erlebnis und dem Ernsthaftigkeitscharakter eigener Beobachtungen eine hohe Motivation aus. Zum anderen werfen die Astronomie und daran anschließend die Kosmologie eine Menge von physikalischen Fragestellungen allgemeiner Art ab, die in diesem Rahmen nicht auf Vorrat für fiktive spätere Anwendungen, sondern problemorientiert erlernt werden können. Mit Hilfe der neuen Medien (Computer, Internet) ist es darüber hinaus möglich, durch nationale oder internationale Kooperationen bei erdumspannenden Messungen (z.B. Bestimmung der Mondparallaxe), aber auch durch Wahrnehmung eines eigens für die Schulphysik aufgelegten Programms der ESO, Sternwarten mit eigenen Messungen beauftra-gen zu können, Einblick in die Methoden der modernen Forschung zu erlangen. Die durch diese hochaktuellen Möglichkeiten eröffneten Perspektiven des Physiklernens stehen noch ganz am Anfang und bedürfen intensiver didaktischen Forschung, um für den praktischen Einsatz tauglich gemacht zu werden. - Didaktische Untersuchungen zum Sachunterricht
Bekanntlich wird der Sachunterricht anders als später der Physikunterricht von den Lernenden als beliebtes Fach angesehen. Da der Sachunterricht in der Grundschule dem Physikunterricht in höheren Schulstufen vorausgeht, besteht ein großes Interesse an Lernprozeßstudien im Sachunterricht. Diese versprechen u.a. zur Aufklärung des Interesseverfalls der Lernenden insbesondere an Gegenständen des späteren Physikunterricht beizutragen. Entsprechende Forschungsvorhaben können allerdings nur in Kooperation mit anderen Kolleginnen und Kollegen im Bereich des Sachunterrichts in Gang gesetzt werden und befinden sich daher vorerst im Stadium der Planung.
