Smartphones, Tablets und andere mobile Rechner sind unter Studierenden und Lehrkr?ften weit verbreitet. Ihre Ausstattung mit digitalen Sensoren erm?glicht es, sie als smartes Physiklabor zu nutzen, um Gesetzm??igkeiten und physikalische Effekte selber zu erfahren, zu ?entdecken“ und in Experimenten zu überprüfen. Auf dieser Seite erfahren sie mehr zum durchgeführten Projekt in der Physikdidaktik. Im Videointerview erl?utern PD Dr. Frank Stallmach und Andreas Kaps das Vorgehen und die Zielstellung.
Auf einen Blick
- Projektleitung: PD Dr. Frank Stallmach, Dr. Peter Rieger
- Fachrichtung: Didaktik der Physik
- F?rderung: Lehr-Lern-Projekt der LaborUniversit?t (StiL)
- F?rderzeitraum: 2018-20
- Projektumfang: Modulebene, Studiengangebene
- Schlagw?rter: Digitale Anwendungen, Selbststudium, Physikdidaktik, Smartphone als Messinstrument
Was ist das Smarte Physiklabor und wie wird es ins Lehramtsstudium integriert?
Im Rahmen zweier gef?rderten Lehrprojekts zum smarten Physiklabor wurden für die Studieng?nge Staatsexamen Lehramt Physik (Gymnasium, Oberschule und F?rderschule) die 3 Grundlagen- und Fachdidaktikmodule so weiterentwickelt, dass die Studierenden in die Lage versetzt werden, physikalische Experimente eigenst?ndig zu planen, durchzuführen, die gewonnenen Daten zu bewerten und zu analysieren sowie ihre Ergebnisse fachgerecht zu interpretieren, zu diskutieren und zu dokumentieren. Dabei nutzen Sie Smartphones und deren Sensoren und erproben bereits Lehr-Lern-Szenarien für zukünftige Schulklassen.
Smartphones und andere mobile Rechner verfügen zum Sichern ihrer Funktionalit?t und Benutzer-freundlichkeit über eine ausgereifte physikalische Messtechnik, die auf internen digitalen Sensoren beruht und die mit Hilfe von Apps genutzt werden kann. Wie fachdidaktische Ver?ffentlichungen?und aktuelle Tagungen?belegen, k?nnen solche Ger?te von Studierenden und Lernenden als mobiles, smartes Physiklabor genutzt werden, um Gesetzm??igkeiten und physikalische Effekte selber zu erfahren, zu ?entdecken“ bzw. in Experimenten zu überprüfen.
Die Studierenden bereiten in der Fachdidaktik mit dem smarten Physiklabor Lernsituationen für den Physikunterricht auf (FD2) und sammeln Erfahrungen beim Einsatz von Handexperimenten und eigenen Unterrichtsversuchen (FD4), in denen die Umsetzung der Fehler- und Kooperationskultur in ?hnlicher Weise vorteilhaft zum Tragen kommen wird. Sie verbinden dabei ihre Kenntnisse zu Fehlkonzepten der Lernenden mit dem Einsatz des smarten Physiklabors, und erweitern damit die Strategien zur ?berwindung von Fehlkonzepten im Sinne eines konstruktivistischen Vorgehens mittels dieses digitalen Mediums. Durch Austausch und Kooperation untereinander und mit den Lehrkr?ften, der in den Lehrveranstaltungen stattfindet und im Fachdidaktiktutorium vorbereitet und begleitet wird, werden hierbei Selbstlernprozesse und Handlungskompetenzen der Studierenden gef?rdert.
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Nutzung von Smartphones bzw. Tablets mit digitaler Sensorik für physikalisches Experimentieren
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Hausaufgaben zum selbstst?ndigen Experimentieren und Analysieren für das Modul Mechanik und ihre Mathematischen Methoden (Experimentalphysik 1)
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Experimente für forschendes Lehren und Lernen mit Schüler:innen für die Module Grundlagen des Unterrichtens (Fachdidaktik 2) sowie Physik Lernen und Lehren (Fachdidaktik 4)
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Umsetzung in Vorlesungen, ?bungen und Praktika
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F?rderung der digitalen Bildung der Studierenden
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Integraler Bestandteil der Prüfungsvorleistungen
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Fortbildung für ?bungsleiter:innen und Lehrer:innen
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?bertragung auf andere Physikdidaktische Studieng?nge
Ziel dieses Lehrprojektes ist es, Studierenden der Staatsexamensstudieng?nge Lehramt Physik die modernen M?glichkeiten des mobilen, smarten Physiklabors im Lern- und Lehrprozess sowohl w?hrend der Fach- als auch in der Fachdidaktikausbildung kompetenzorientiert zu vermitteln.
Dazu werden Aufgabenstellungen entwickelt und bearbeitet, welche die Studierenden unter Nutzung ihres pers?nlichen smarten Physiklabors in die Lage versetzen, physikalische Experimente eigenst?ndig zu planen, durchzuführen und zu analysieren sowie ihre Ergebnisse fachgerecht zu interpretieren, zu diskutieren und zu dokumentieren.
In den Fachdidaktik-Modulen erwerben die zukünftigen Physiklehrkr?fte darüber hinaus die Kompetenzen, die für den erfolgreichen Einsatz des smarten Physiklabors in der jeweiligen Schulform unter Beachtung der Heterogenit?t der Klassenzusammensetzungen und Schulausrüstungen notwendig sind.
Im zweiten F?rderjahr rückten insbesondere die Erfordernisse des kooperativen Lernens in Kleingruppen und die damit verbundenen Herausforderungen zum Feedback und zur Leistungsbewertung durch die Lehrkr?fte in den Vordergrund. Hier stehen insbesondere die Fehlerkultur (Fehler zulassen, mit digitalen Medien aufzeigen und als Zentrum der Interaktion zwischen Studierenden und Lehrkr?ften begreifen) und die Kooperationskultur (Potenziale zur Leistungssteigerung im Austausch und der Kooperation aussch?pfen) für die Arbeit mit unseren Studierenden im Fokus. Dazu sind Weiterentwicklungen der Aufgabenstellungen, der zugeh?rigen Feedbacks und der Bewertungsrichtlinien für die Module EP1, FD2 und FD4 erfolgt. Die Studierenden werden bei der Bearbeitung dieser Aufgabenstellungen und bei der Entwicklung von eigenen Lehrsequenzen mit Tutorien unterstützt.
- A. Kaps und F. Stallmach. Tilting Motion and the moment of inertia of the smartphone, The Physics Teacher, Vol. 58, S.216-217, M?rz 2020: DOI: 10.1119/1.5145423
- A. Kaps, P. Rieger und F. Stallmach. Lehren und Lernen mit dem Smarten Physiklabor. In PhiDidB: Tagungsbeitr?ge zur DPG Frühjahrstagung 2020 in Bonn, ver?ffentlicht: Juni 2020
- A. Kaps und F. Stallmach. , The Physics Teacher, Vol. 58, S. 678-679, Dezember 2020 DOI: 10.1119/10.0002744
- A. Kaps, T. Splith und F. Stallmach. Implementation of Smartphone-based Experimental Exercises for Physics Courses at Universities, Physics Education, Volume 56, 2021
- A. Kaps, T. Splith und F. Stallmach. Shear Modulus Determination with the Smartphone, The Physics Teacher, im Druck.