• Forschung

    Fehlerkultur im Unterricht

    Eine Fehlerkultur bezeichnet nach Schüttelkopf die Art und Weise, wie Menschen einer Gemeinschaft mit Fehlern umgehen. Dies umfasst eine Übereinkunft darüber, was als Fehler identifiziert wird, welche Instrumentarien für den Umgang mit ihnen vorhanden sind und welche Kompetenzen es von den Individuen der Gemeinschaft erfordert, diese Instrumente umzusetzen. Also: Fehler zu erkennen, zu bewerten und mit ihnen umzugehen.

    Speziell im Physikunterricht treffen die Lernenden auf eine Fachdisziplin, die üblicherweise deutlich klarer abgrenzt zwischen zutreffenden und nicht zutreffenden Aussagen als dies beispielsweise in gesellschaftswissenschaftlichen Fächern der Fall ist. Gleichzeitig ist aus der fachdidaktischen Forschung zu Schülervorstellungen bekannt, dass die intuitiven und alltagsbezogenen vorunterrichtlichen Konzepte von Lernenden häufig den naturwissenschaftlichen Beschreibungen entgegenstehen.

    Der Forschungsschwerpunkt beleuchtet daher drei Perspektiven bezüglich der Fehlerkultur im Physikunterricht: Die im Physikunterricht realisierte Fehlerkultur als Aushandlungsprozess zwischen Lernenden, Lehrkräften und der Fachdisziplin Physik.  Ein spezielles Augenmerk liegt dabei auch auf dem Umgang mit quantitativen Messungen und Messunsicherheiten.

    Umgang mit Heterogenität

    Das ist mein Weg, welches ist dein Weg? DEN Weg gibt es nicht.“ Friedrich Nietzche

    Jeder Lernende hat seine individuellen Interessen und Fähigkeiten. Der Umgang mit heterogenen Lernbedürfnissen gestaltet sich als eine der größten Herausforderungen für (angehende) Lehrkräfte.

    MitarbeiterInnen des Instituts für Didaktik der Physik entwickeln Materialien und Fortbildungsformate für die Lehre an Schulen und Universität. Dabei werden verschiedene Facetten der Heterogenität betrachtet:

    • Gemeinsamer Unterricht und Inklusion
    • Diagnose Individuelle Förderung
    • Sprachsensibler Fachunterricht

    Real:Digital 

    Reale Experimente als traditionelles Medium im Physikunterricht ermöglichen Lernenden unmittelbare Erfahrungen mit physikalischen Inhalten und Methoden. Digitale Medien als innovative Elemente des Physikunterrichts gewinnen im Prozess der fortschreitenden Digitalisierung zunehmend an Bedeutung. Das Forschungsprojekt „Real:Digital - die Integration zweier Welten“ untersucht die integrative Nutzung dieser Medien sowie deren Konzeption auf Grundlage multipler Repräsentationen.

    • Welche Einstellungen besitzen Lernende und Lehrende gegenüber Experimenten und digitalen Medien?
    • Welche Gelingensbedingungen gelten für die sinnstiftende Nutzung von Experimenten und digitalen Medien im Physikunterricht? 

    Diese und weitere Fragen werden im Projekt „Real:Digital“ diskutiert. Zudem wird die Entwicklung spezifischer Unterrichts- und Lehrkonzepte angestrebt, die es Lernenden ermöglichen von den jeweiligen Vorzügen realer Experimente und digitaler Medien zu profitieren.

    Neue Technologien

    Neue Technologien beeinflussen die Lebens- und Berufswelt nachhaltig. Daher müssen unsere Schülerinnen und Schüler hierfür im Physikunterricht bestmöglich vorbereitet werden. Das Institut für Didaktik der Physik entwickelt und beforscht zu diesem Zweck Lehrkonzepte und -materialien in den Bereichen digitales Lernen, computergestütztes Experimentieren mit Microcontrollern sowie Einsatz von 3D-Druck und 3D-Scan im Unterricht. Lehrkräfte können diese Technologien sinnvoll und kostengünstig in ihren Unterricht einbringen, um einen modernen, ansprechenden und kompetenzorientierten Physikunterricht zu realisieren. Zu unseren Entwicklungen gehören z.B. haptischen Modelle zur Atom- und Quantenphysik sowie vielfältiges Low-Cost-Experimentiermaterial wie Luftkissenscheiben für Kinematik-Experimente oder Experimentiermaterial zur optischen Interferenz aus dem 3D-Drucker für den schulischen und universitären Einsatz. Im Bereich computergestütztes Experimentieren mit Microcontrollern entwickeln und erforschen wir Konzepte, Materialien und Experimente für den Einsatz von Arduino in der Schule als günstige und transparente Art, Messwerte verschiedenster Sensoren erfassen und weiterverarbeiten.

    Modelle und Visualisierungen

    Im Physikunterricht werden Modelle verwendet, um den Lernenden einen besseren Zugang zu wissenschaftlichen Konzepten zu bieten. Visualisierungen dieser Modelle ergeben sich aus einem komplexen Zusammenspiel aus Reduktion und Fokussierung auf wesentliche Elemente. Modelle und deren Visualisierungen bilden auf allen Komplexitätsstufen einen wesentlichen Grundpfeiler beim Lehren und Lernen von Physik.

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    Publikationen

    • Enzingmüller C, Broß C, Laumann D, Parchmann I, Schmidt G. (). Magnetfelder am Herzen messen. MNU-Journal, 74(02), 149-153.
    • Enzingmüller C, Laumann D, Broß C (Hrsg.). (). Magnetoelektrische Sensoren für die Medizin - Unterrichtsmaterialien für die Sekundarstufe Ii.
    • Fischer J A, Steinbach T, Kubsch M, Laumann D, Wessnigk S, Neumann K, Kerres M. (). Die Rettung der Phänomene! Durch Leitfragen sinnstiftendes Lernen initiieren und strukturieren. MNU-Journal, 74, 18-22.
    • Haverkamp Nils, Havemann Judith, Holz Christoph, Ubben Malte, Schlummer Paul, Pusch Alexander. (). A new implementation of Kundt’s tube: 3D-printed low-cost set-up using ultrasonic speakers. Physics Education, 56, 9. doi: https://dx.doi.org/10.1088/1361-6552/abd0d7.
    • Haverkamp Nils, Pusch Alexander. (). Hören mit dem Arduino. Ein "elektronisches Ohr" zur Messung von Laufzeitunterschieden und Lautstärke akustischer Signale. MNU Journal, 74(02), 146-149.
    • Heusler Stefan, Schlummer Paul, Ubben Malte. (). The Topological Origin of Quantum Randomness. Symmetry, 13(4). doi: 10.3390/sym13040581.
    • Heusler Stefan, Ubben Malte. (). Quantentechnologien im Lehrplan. Welche Rolle sollten aktuelle Anwendungen der Quantenphysik in der Schule spielen? Physik Journal, 20, 86-89.
    • Laumann Daniel, Kramp Bianca, Pusch Alexander, Ubben Malte, Heusler Stefan, Heinicke Susanne. (). Eigene Smartphones im MINT-Unterricht – Gelingensbedingungen. In GDCP 2020. Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?, Online , S. 757-760.
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    • Pusch Alexander. (). Videoanalyse von Kinematik-Experimenten. Hinweise zur Aufnahme von Videos sowie Vorschläge für Experimente aus dem Physikunterricht, Sport und Alltag. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 181, 14-16.
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    • Haverkamp Nils, Pusch Alexander. (). 3D-Dateien selber konstruieren. Prinzipien und Vorgehensweise am Beispiel einer Magnetfeldsonde. Plus Lucis, 4, 10-13.
    • Haverkamp Nils, Pusch Alexander. (). Einmal Erdmagnetfeld zum Mitnehmen. Ein Low-Cost-Schülerexperiment. Mathematisch naturwissenschaftlicher Unterricht (MNU), 73, 26-30.
    • Heinen Rosalie, di Berardo Cora-Su, Heinicke Susanne. (). Sketchnotes im Chemieunterricht. Naturwissenschaften im Unterricht Chemie, 176, 37.
    • Heinicke S, Holz C, Kürten R, Wess R. (). Professionalisierung von Studierenden des Lehramts durch Komplexitätsreduktion in Lehr-Lern-Laboren. In Kürten R, Greefrath G, Hammann M (Hrsg.), Komplexitätsreduktion in Lehr-Lern-Laboren. Innovative Lehrformate in der Lehrerbildung zum Umgang mit Heterogenität und Inklusion (S. 227-255). Münster: Waxmann.
    • Heinicke Susanne, Holz Christoph. (). Messfehler 2.0. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 177/178, 33.
    • Heinicke Susanne, Holz Christoph. (). Wann wird man aus Fehlern klug? Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 177/178, 4.
    • Heinicke Susanne, Schlummer Paul. (). Failing Forward. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 177/178, 10.
    • Heinicke Susanne, Schlummer Paul. (). Unsere Geschichte der Physik und ihrer Fehlerkultur. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 177/178, 19.
    • Heusler Stefan, Heinicke Susanne, Laumann Daniel. (). Lernmaterialien mit digitalen Enhancements erstellen. In Becker Sebastian, Meßinger-Koppelt, Jenny, Thyssen Christoph (Hrsg.), Digitale Basiskompetenzen - Orientierungshilfe und Praxisbeispiele für die universitäre Lehramtsausbildung in den Naturwissenschaften (S. 115).
    • Heusler Stefan, Heinicke Susanne, Pusch Alexander, Kramp Bianca, Giering Birgit, Laumann Daniel. (). Messwerterfassung am (eigenen?) Smartphone. Ein Beispiel für eine digital angereicherte Lernumgebung zum Thema Elektromobilität. Naturwissenschaft im Unterricht Physik, 179, 18-22.
    • Heusler Stefan, Laumann Daniel. (). Smartphone, Tablet und Notebook: Was eignet sich wofür? Naturwissenschaften im Unterricht Physik: Digitale Bildung, 30(179), 12-13.
    • Heusler Stefan, Ubben Malte. (). A Knot Theoretic Extension of the Bloch Sphere Representation for Qubits in Hilbert Space and Its Application to Contextuality and Many-Worlds Theories. Symmetry, 12, 1135.
    • Holz Christoph, Heinicke Susanne. (). Tipps für Lehrkräfte zum Umgang mit unsicheren Daten. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 177/178, 39.
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    • Holz Christoph, Pusch Alexander, Wilhelm Thomas, Kuhn Jochen. (). Smarte Physik. Stromstärken mit dem Handy messen. Physik in unserer Zeit, 2020(02), 96-97. doi: https://doi.org/10.1002/piuz.202070212.
    • Jungjohann Jana, Fühner Larissa, Pusch Alexander. (). Hochschuldidaktische Seminarkonzeption für eine inklusionsvorbereitende Lehramtsausbildung in den Naturwissenschaften. Das Hochschulwesen (HSW), 2020, 40-44.
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    • Pusch Alexander, Holz Christoph, Heusler Stefan. (). 3D-Druck im Physikunterricht. Von den Grundlagen zu vielfältigen Anwendungsfeldern. Plus Lucis, 4, 4-9.
    • Schlummer Paul, Lauströer Jonas, Schulz-Schaeffer, Abazi Adrian, Schuck Carsten, Pernice Wolfram H.P., Heusler Stefan, Laumann Daniel. (). MiReQu – Mixed Reality Lernumgebungen zur Förderung fachlicher Kompetenzentwicklung in den Quantentechnologien. In DPG-Frühjahrstagung 2020, Würzburg.
    • Welberg Julia, Holz Christoph, Heinicke Susanne. (). Umgang mit unsicheren Daten. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 177/178, 44.
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    • Heinicke Susanne & Pusch Alexander. (). Einfache Maschinen im Alltag. Klassifizierung, Beispiele und ein Kartenspiel für den Unterricht. Naturwissenschaft im Unterricht Physik, 169, 18-23.
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    • Holz Christoph, Heinicke Susanne. (). Messunsicherheit – ein ungeliebter Gast im Physikunterricht? In GDCP 2018, Kiel , S. 89-92.
    • Holz Christoph, Heinicke Susanne. (). Einflüsse des Aufbaus auf Messungen in Stromkreisen - Den Einfluss von Bauteilen bei einfachen Schaltungen experimentell untersuchen und in einer interaktiven Infografik erkunden. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 171/172.
    • Holz Christoph, Ubben Malte & Pusch Alexander. (). Wie tief kann’s noch sinken? Experimentelle Bestimmung des absoluten Nullpunktes mit einem digitalen Temperatur- und Drucksensor. Naturwissenschaft im Unterricht Physik, 171/172.
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    • Laumann D, Wichtrup P, Friege G. (). Zwei Schlüssel zur Physik - Reale Experimente und digitale Medien als Schlüssel zu physikalischen Inhalten. Naturwissenschaften im Unterricht Physik: Schlüsselexperimente - real und digital, 29(171/172), 4-9.
    • Laumann Daniel. (). Wärmelehre - Ausgewählte Geräte, Materialien und Medien für den Unterricht. Naturwissenschaften im Unterricht Physik: Schlüsselexperimente - real und digital, 29(171/172), 44-46.
    • Laumann Daniel. (). Akustik - Ausgewählte Geräte, Materialien und Medien für den Unterricht. Naturwissenschaften im Unterricht Physik: Schlüsselexperimente - real und digital, 29(171/172), 40-43.
    • Pusch Alexander. (). Arduino im Physikunterricht. Physikjournal, 18(5), 26-29.
    • Pusch Alexander. (). Schnell wie der Schall. Experimente zur digitalen Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Medien. Naturwissenschaft im Unterricht Physik, 171/172.
    • Schlummer Paul, Pusch Alexander. (). Low Cost Kinematik-Experimente - Mit Luftkissenscheiben aus dem 3D-Drucker. In Nordmeier, V., Grötzebauch, H. (Hrsg.): PhyDid B, Didaktik der Physik, Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung in Aachen 2019. Berlin. , S. 357-364. Berlin.
    • Schulz Andreas & Pusch Alexander. (). Gründe die zum Misslingen von Inklusivem Unterricht führen können. In Schulze-Heuling Lydia (Hrsg.), Inklusive Lehr-Lernprozesse gestalten (S. 41-49). Flensburg: Flensburg University Press.
    • Steinmann T, Fischer J, Laumann D, Pfänder P, Kleine-Boymann I, Kerres M, Neumann K, Weßnigt S. (). energie. TRANSFER - Fokus Lehrkräfte - Implementation digitaler Unterrichtseinheiten. In Habig S (Hrsg.): Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen , S. 1014-1018.
    • Stender Anita, Pusch Alexander, Krabbe Christina, Walkowiak Malte. (). Inklusion in der Lehramtsaus- und fortbildung. In Schulze-Heuling Lydia (Hrsg.), Inklusive Lehr-Lernprozesse gestalten (S. 95-111). Flensburg: Flensburg University Press.
    • Thoms L.J., Finger A, Laumann D, Vogelsang C. Mayer P, Thyssen C. (). Fachbezogen Förderung des Einsatzes digitaler Medien. In Habig S (Hrsg.): Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen , S. 186-189.
    • Ubben Malte, Heusler Stefan. (). Gestalt and Functionality as independent dimensions of mental models in science. Research in Science Education, 49, 1-15. doi: https://doi.org/10.1007/s11165-019-09892-y, 2019.
    • Vogelsang C, Finger A, Laumann D, Thyssen C. (). Vorerfahrungen, Einstellungen und motivationale Orientierungen als mögliche Einflussfaktoren auf den Einsatz digitaler Werkzeuge im naturwissenschaftlichen Unterricht. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 25, 115-119.
    • Vogelsang C, Laumann D, Thyssen C, Finger A. (). Den Einsatz digitaler Medien im naturwissenschaftlichen Unterricht lehren - Untersuchung der Lehrinitiative Didaktik:digital im Spannungsfled von standortübergreifender Wirkungsanalyse und standortsprezifischer Evaluation. In Heuchemer S, Spöth S, Szczyrba B (Hrsg.), Hochschuldidaktik erforscht Qualität - Profilbildung und Wertefragen in der Hochschulentwicklung III (S. 115-127).

    • Bäumer Henrik, Pusch Alexander. (). Roboter-Navigation - Arduino findet durch Labyrinth. Make:, 2018(1), 114-123.
    • Cordes Christine , di Berardo Cora-Su, Heinicke Susanne. (). Warum fällt der Lichtstrahl? Und was bricht er sich? Herausforderungen und Anregungen im Umgang mit (Fach-)Wortschatz im Physikunterricht. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 165/166, 64-71.
    • Heinicke S., Holz C. (). Ist jede Messung prinzipiell fehlerbehaftet? In Wilhelm T. (Hrsg.), Stolpersteine überwinden im Physikunterricht: Anregungen für fachgerechte Elementarisierungen (S. 154-157).
    • Heinicke S., Holz C. (). Mit Messfehlern umgehen und Messungen evaluieren. Neue Wege der Fehlerbetrachtung am Beispiel der e/m-Bestimmung. Naturwissenschaft im Unterricht Physik,, 29(168).
    • Heinicke Susanne, Cora-Su di Berardo. (). Hintergründe in Kürze Informationen zu den Themen Zuwanderung und Sprachförderung. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 165/166, 12-13.
    • Heusler Stefan, Ubben Malte. (). Modelling spin. European Journal of Physics, 39(6). doi: https://doi.org/10.1088/1361-6404/aae3ba.
    • Holz C. (). Stromstärke per Smartphone messen. In DPG Frühjahrstagung, Würzburg.
    • Holz C., Heinicke S. (). Alles Reibung oder was? Welchen Effekt oft genannte Einflüsse tatsächlich auf Messergebnisse haben. In DPG-Frühjahrstagung, Würzburg.
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    • Laumann Daniel, Ries Matthias, Schulz-Schaeffer Reinhard, Heusler Stefan. (). Interdisziplinäre Konzeptentwicklung interaktiver digitaler Lehr-Lernmedien durch Fachdidaktik und Design. In DPG Frühjahrstagung 2018, Würzburg.
    • Laumann Daniel, Wichtrup Philipp. (). Es schwingt und klingt - Interaktive Webanwendung zur Akustik. In Maxton-Küchenmeister, Meßinger-Koppelt J (Hrsg.), Naturwissenschaften digital: Toolbox für den Unterricht (S. 52-55). Joachim Herz Stiftung.
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    • Scholl Marc, Pusch Alexander. (). Low-Cost und High-End-Lärmampel. Naturwissenschaft im Unterricht Physik, 167, 16-19.
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    • Thyssen C, Finger A, Laumann D, Vogelsang C. (). Erfahrungen, Einstellungen und motivationale Orientierungen von angehenden Biologielehrkräften zum Einsatz digitaler Medien im Unterricht. In Hamman M, Lindner M (Hrsg.), Lehr- und Lernforschung in der Biologiedidaktik (S. 339-355).
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    • Vogelsang C, Laumann D, Thyssen C, Finger A. (). Der Einsatz digitaler Medien im Unterricht als Teil der Lehrerbildung - Analysen aus der Evaluation der Lehrinitiative Kolleg Didaktik:digital. In Maurer C (Hrsg.): Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht - normative und empirische Dimensionen. , S. 230-233.

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    • Niemeier Sybille, Oertel Jessica, Reimer Mario, Heusler Stefan, Denz Cornelia. (). Ganz nah ran – Didaktische Modelle zur Rasterkraft- und Magnetkraftmikroskopie. In DPG-Frühjahrstagung, Dresden.
    • Pusch Alexander. (). there is more than meets the eye. Naturphänomene im nahen Infrarotbereich mit Webcams sichtbar machen. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 28(159+160), 44-48.
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    • Ucke C, Schlichting H. (). Das Galilei-Thermometer Termometro Lento. Physik in unserer Zeit, 25(1), 44--45. doi: 10.1002/piuz.19940250114.

    • Schlichting H, Ucke C. (). Warum sprudelt der Sekt? Physik in unserer Zeit, 24(5), 231--232. doi: 10.1002/piuz.19930240512.
    • Ucke C, Schlichting H. (). Das Goethe-Barometer. Physik in unserer Zeit, 24(2), 91--92. doi: 10.1002/piuz.19930240210.
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    Projekte

    • PhyDI - Physiklernen im Fernunterricht ( - )
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    • Lehr-Lern-Labore, Lernwerkstätten und Learning-Center: Teilprojekt 2 in der Qualitätsoffensive Lehrerbildung an der WWU ( - )
      Drittmittel: Bundesministerium für Bildung und Forschung | Förderkennzeichen: 01JA1621