Physikalische Kompetenz entwickeln – Stand der Forschung ... · Gliederung 1 2 3 Wie physikalische Kompetenz entwickeln? Ein Überblick über Forschungsstand Was sind Deﬁzite

Physikalische Kompetenz entwickeln – Stand der Forschung und Desiderata

Knut Neumann

Gliederung

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Wie physikalische Kompetenz entwickeln?Ein Überblick über Forschungsstand

Was sind Defizite und Desiderata?Eine kritische Reflexion

Was ist und warum Kompetenz?Eine kurze Einführung

•  Ein wohl strukturiertes

Fachwissen zusammen mit der

•  Fähigkeit dieses Fachwissen

anzuwenden, um typische

Phänomene erklären oder

Probleme lösen zu können und der

•  Motivation dieses auch zu tun

Was ist Kompetenz?

(Weinert, 2001; vgl. Bransford, Brown & Cocking, 2000)

Warum Kompetenz: Fachwissen?

(National Center for Education Statistics [NCES], 2000)

Warum Kompetenz: Anwendung?

(Stebler, Reusser & Ramseier, 1997; siehe auch Labudde & Stebler, 1999)

Abb

ildun

g: L

eifi-

Phys

ik

Warum Kompetenz: Motivation?

2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

3,7

3,9

7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,50 11,00

Mit

telw

erte

Int

eres

se

Jahrgangsstufe

Biologie Physik

Mathematik Englisch

(Daniels, 2008; siehe auch Gardner, 1985, 1987; Hoffmann, Häussler & Lehrke, 1998; Löwe, 1987)

Gliederung

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Wie Kompetenz entwickeln?

(KMK 2005; vgl. Bransford, Brown & Cocking, 2000)


(KMK 2005; vgl. National Research Council [NRC], 2012)

Physikalische Kompetenz

Nature of Science.. Energie System ..




(vgl. Duschl, Schweingruber & Shouse, 2007; Duncan & Hmelo-Silver, 2009; Cocoran, Mosher & Rogat, 2009; ; s.a. Krajcik et al. 2012)

Was heißt es, Energie zu verstehen?

(Duit, 1986, 2007; Duit & Neumann, 2014; vgl. Chen et al., 2014)

UmwandlungTransport

ErhaltungEntwertung

Erhaltung bei Veränderung von

Erscheinungsformen und -orten bei Abnahme des

Nutzwertes durch Entwertung

Formen

Was verstehen Schüler unter Energie?

Wir brauchen Energie für Aktivität

Wir als Gesellschaft

brauchen Energie

Maschinen brauchen

Energie um zu funktionieren

Wir brauchen Energie um zu

leben

(z.B. Solomon, 1983; vgl. auch Watts, 1983 oder Trumper, 1990)

Wie entwickeln Schüler Verständnis?

FormenUmwandlung

TransportEntwertung

Erhaltung

(Neumann, Viering, Boone & Fischer, 2013; vgl. auch Liu & McKeough, 2005; Lee & Liu, 2010)

Häu

figke

itsd

icht

e

Was sind typische Schwierigkeiten..?

Schwierigkeiten mit der Umwandlung

von Energie(z.B. Dahncke, 1973)

Schwierigkeiten mit dem Prinzip Energieerhaltung(z.B. Driver & Warrington,

1985; Boyes & Stanisstreet, 1990)

Schwierigkeiten mit der Entwertung

von Energie(z.B. Black & Solomon, 1983)

Schwierigkeiten mit der Konzeptualisierung

von Energie(z.B. Watts, 1983; Lewis, 1994)

(für einen Überblick siehe Chen et al., 2014)

Wie Energie einführen?

(Michel & I. Neumann, 2013)

Wie Energie einführen?

0

5

10

15

20

25

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35

40

10 15 20 25 30 35 40 45

Ener

giev

erst

ändn

is

NOS Verständnis

Pre Post I Post IILinear (Pre) Linear (Post I ) Linear (Post II)

(Michel & I. Neumann, eingereicht)

Wie Energieumwandlungen repräsentieren?

(Scherr et al, 2012)

(Hadinek, Weßnigk & Neumann, 2015)

0

5

10

15

20

25

30

Prätest Posttest

Würfelmodell

Flussdiagramm

0

1

2

3

4

5

Prä Post F U TEn Er

Ener

giev

erst

ändn

is

Mit

tler

er Z

uwac

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nerg

ieve

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s

Wie Energieentwertung aufzeigen?

(Kröger, 2013)

Wie Energieerhaltung etablieren?

(Kröger, 2013)

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Weitere Defizite und Desiderata?



?




? ? ?



(vgl. NRC, 2014)

Nature of Science.. Energie System ..ModellierenX

?



(vgl. Vedder-Weiss & Fortus, 2012; Fortus & Vedder-Weiss, 2014)

•  Zentral für den Aufbau physikalischer Kompetenz ist

ein / sind Entwicklungsmodell/e

•  Diese Modelle müssen auf die Kompetenzentwicklung

rund um zentrale Konzepte und Fähigkeiten fokussieren

•  Lerneinheiten müssen an diesen Modellen orientiert

und hinsichtlich ihrer Bedeutung für einen kumulativen

Aufbau physikalischer Kompetenz erprobt werden

•  Die Dissemination der Lerneinheiten muss durch

entsprechende Lehreraus- und fortbildung begleitet

werden.

Zusammenfassung und Ausblick

VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

<[email protected]>

Energie als zentrales Konzept

Elekrische Energie Strahlungs-

energie

Bewegungs-energie

Thermische Energie

Energie

Wellenlänge

Geschwindigkeit Masse

Temperatur

Wärme

Spannung Strom

Polarisation

Entwicklung des Energieverständnisses

5

12

Formen

Umwandlung

Entwertung

Erhaltung

(Neumann & Nagy, 2013; cf. Lee & Liu, 2010)



(vgl. Duschl, Schweingruber & Shouse, 2007; Duncan & Hmelo-Silver, 2009; Cocoran, Mosher & Rogat, 2009; ; s.a. Krajcik et al. 2012)

Nature of Science.. Energie System ..ModellierenX

?


7

8

9

+

Elektrizitätslehre WärmelehreMechanik Optik


Elektrische Energie7 Thermische

EnergieBewegungs-

energie Lichtenergie

8

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+



EnergieBewegungs-


8

9

+

Umwandlung



EnergieBewegungs


8

9

+

Umwandlung



EnergieBewegungs-


8

9

+

Umwandlung



EnergieBewegungs-


Elektrische Energie8 E~TLagenenergie Lichtenergie

9

+



EnergieBewegungs-



9

+

Umwandlung



EnergieBewegungs-



9

+

Dissipation



EnergieBewegungs-



E=P⋅t E~TE=½⋅m⋅v2 und E=m⋅g⋅h Lichtenergie9

+



EnergieBewegungs-




+

Dissipation



EnergieBewegungs-




+

Erhaltung



EnergieBewegungs-




+ E=P⋅t Innere EnergieE=½⋅m⋅v2 und E=m⋅g⋅h Strahlungsenergie

Energy instruction (units I-IV) Energy instruction (units I-IV)

Generic NOS instruction

NOS, E

NOS, E, NEST

Group A Group B

E

Energy instruction (units V-VII)

CV, NEST

NOS, E, NEST

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