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Über dieses Buch

Im vorliegenden Buch präsentieren die Autorinnen und Autoren die Grundlagen der Physikdidaktik – von den Zielen und Kompetenzen im Unterricht über die Unterrichtsgestaltung zu Experimenten und zur Nutzung von digitalen Medien. Auch Alltagsvorstellungen, die Sprache im Physikunterricht, das Erklären, das Konzipieren von Aufgaben sowie Diagnostik und Leistungsbeurteilung werden thematisiert. In der Neuauflage wurde das Standardwerk Physikdidaktik aktualisiert und um weitere Kapitel ergänzt. Thematisch getrennt wird es jetzt in den zwei Bänden Grundlagen und Methoden und Inhalte angeboten.

Die beiden Bände richten sich an Studierende des Lehramts Physik, angehende Lehrkräfte in der Ausbildung und Physiklehrerinnen und -lehrer. Es erschließt nicht nur fundiertes Wissen über die Physikdidaktik, sondern gibt auch Hilfestellungen, Physikunterricht vorzubereiten und durchzuführen.

Aus dem Inhalt

Überblick über Grundlagen und Ziele der PhysikdidaktikElementarisierung, Unterrichtsmethoden und Gestaltung von UnterrichtExperimente, klassische und digitale Medien Alltagsvorstellungen zu physikalischen ThemenSprache und Erklären im PhysikunterrichtPhysikaufgaben und DiagnostikPhysikalische Fachkonzepte in der Primarstufe anbahnen

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Themen der Physikdidaktik

Zusammenfassung
Die Physikdidaktik umfasst ein breites Themenfeld. Nur eine Auswahl von zentralen Fragestellungen, Aussagen und Aufgaben können in diesem Buch abgedeckt werden.
Das erste Kapitel soll auch keine Aufzählung der verschiedenen Aufgaben und Unterdisziplinen sein, sondern ordnet das Themengebiet der Physikdidaktik in das Spektrum anderer wissenschaftlicher Disziplinen ein. Außerdem verweist das Kapitel auf wesentliche Elemente, die von der Physikdidaktik in die Lehre eingebracht werden. Der Blick ist hierbei aber nicht ausschließlich auf das Hochschulstudium beschränkt. Am Ende dieses Kapitels wird schließlich im Hinblick auf die professionelle Handlungskompetenz von Physiklehrkräften das Themengebiet der Physikdidaktik in das Spektrum der Nachbarwissenschaften eingeordnet.
Ernst Kircher, Raimund Girwidz, Hans E. Fischer

Kapitel 2. Grundlagen der Physikdidaktik

Zusammenfassung
In Kap. 2 werden die fachlichen, gesellschaftlichen und pädagogischen Gründe näher ausgeführt, die für Physikunterricht an den allgemeinbildenden Schulen sprechen. Zunächst werden die traditionellen Begründungen kurz gestreift, die in Deutschland vor allem auf der Bildungstheorie, in den USA auf dem philosophischen Pragmatismus basieren (Abschn. 2.1). Aufgrund von Anmerkungen über die gegenwärtige Physik (Abschn. 2.2), über Änderungen in der Gesellschaft (Abschn. 2.3) und über Akzentverschiebungen in den pädagogischen Auffassungen über Bildung und Erziehung (Abschn. 2.4) werden aktuelle Eckpunkte für den Physikunterricht skizziert (Abschn. 2.5). Das Ziel dieser Überlegungen ist eine zeitgemäße Begründung des Physikunterrichts als eine zentrale Aufgabe einer zeitgemäßen Physikdidaktik.
Ernst Kircher

Kapitel 3. Ziele und Kompetenzen im Physikunterricht

Zusammenfassung
Ziele und Kompetenzerwartungen strukturieren den Unterricht, sind Leitlinien für die Unterrichtsplanung, für die Arbeit von Lehrkräften, Eltern und Schülern. Schließlich sind sie auch die Grundlage für Beurteilungen. Dieses Kapitel – Ziele und Kompetenzen im Physikunterricht – geht zunächst darauf ein, wie Ziele gefunden und definiert werden. Dann stehen verschiedene Zieldimensionen und Aspekte der Strukturierung von Zielen im Fokus. Das dritte Teilkapitel befasst sich mit Kompetenzerwartungen und Vorgaben der Kultusministerkonferenz der Länder. Für die konkrete Konzeption des Fachunterrichts sind inhaltliche Kohärenz und Konsistenz wichtige Qualitätsmerkmale. Daher geht der letzte Abschnitt auf Wege und Werkzeuge ein, die helfen, die fachinhaltliche Struktur für den Physikunterricht angemessen aufzubereiten. Speziell betrachtet werden Concept-Maps und Sachstrukturdiagramme.
Ernst Kircher, Raimund Girwidz

Kapitel 4. Gestaltung von Unterricht

Zusammenfassung
Die Gestaltung von Physikunterricht orientiert sich in Kapitel 4 an einer groben Einteilung von Sicht- und Tiefenstruktur. Sie fokussiert sowohl die Beurteilung als auch die Planung von Unterricht auf die zu erreichenden Lernziele, die nicht nur fachwissenschaftlich, sondern auch physikalisch-methodisch, wissenschaftstheoretisch und vor allem lerntheoretisch verstanden werden. Die Betrachtung von Lernprozessen zum Erreichen lerntheoretischer Ziele, wie z. B. dem Lernen durch eigene Erfahrung, von Konzepten oder von Problemlösen zur Gestaltung der Tiefenstruktur des Unterrichts wird durch die aktuell relevanten und empirisch gesicherten Qualitätskriterien für Unterricht ergänzt.Die Sichtstruktur des Unterrichts, also u. a. der Einsatz von Medien und die Sozialformen, sind frei von der Lehrkraft planbar. Sie sollten der Tiefenstruktur nach der Ausstattung der jeweiligen Schule bestmöglich entsprechen. Die Gestaltung von Unterricht sollte an Lernprozessen orientiert sein (lerntheoretisch und fachlich) und an kognitiver Aktivierung, sie sollte schülerorientiert sein, sich durch klare Unterrichtsführung auszeichnen (Regelklarheit,Störungsprävention) und insgesamt ein förderliches Lernklima anstreben. Diese Merkmale gehören zur Tiefenstruktur des Unterrichts, und sie lassen sich nicht ohne theoriegeleitete Analyse und Bezug zur Unterrichtsqualität beschreiben. An beispielhaften Unterrichtsentwürfen zum Thema optische Linsen werden unterschiedliche Strukturierungsmodelle verdeutlicht.
Heiko Krabbe, Hans E. Fischer

Kapitel 5. Elementarisierung und didaktische Rekonstruktion

Zusammenfassung
Vermitteln komplizierter Sachverhalte mit vielschichtigen Abhängigkeiten verlangt Vereinfachung und die Konzentration auf wesentliche Elemente. Außerdem muss die Lehrkraft auf den sachgerechten Aufbau von Wissensstrukturen hinarbeiten. Gemäß eines einfachen Modells lässt sich eine didaktische Rekonstruktion untergliedern in Schritte der Elementarisierung und die darauf aufbauende Rekonstruktion einer angemessenen Sachstruktur für den Unterricht.
Nach einem einführenden Rückblick zu klassischen Ansätzen werden in Kap. 5 verschiedene Arten der Elementarisierung physikalischer Inhalte betrachtet. Aufbauend auf Schritten der Elementarisierung wird dann die didaktische Rekonstruktion eines tragfähigen physikalischen Gedankengebäudes behandelt. Dann geht es um Qualitätskriterien für die Elementarisierung und eine didaktische Rekonstruktion. Als besonderes Verfahren für den Unterricht wird der Einsatz von Analogien im Physikunterricht betrachtet.
Ernst Kircher, Raimund Girwidz

Kapitel 6. Methoden im Physikunterricht

Zusammenfassung
Methodenvielfalt gilt als ein Merkmal guten Unterrichts. Unterschiedliche Methoden helfen, den Unterricht für bestimmte Zielsetzungen und inhaltliche Besonderheiten zu optimieren. Sie ermöglichen außerdem, den Unterricht auf verschiedene Individuen abzustimmen.
Die Vielfalt methodischer Überlegungen lässt sich auf verschiedenen Ebenen betrachten. So strukturiert dieses Kapitel nach fünf Methodenebenen (Abb. 6.1): Bei „methodischen Großformen“ geht es um übergeordnete organisatorische und zeitlich längerfristige Maßnahmen. „Unterrichtskonzepte“ gehen auf grundsätzliche methodische Aspekte ein. „Artikulations-/Phasenschemata“ stellen die Strukturierung des Unterrichtsverlaufs in den Vordergrund. „Sozialformen“ bestimmen Kooperations- und Interaktionsmuster. „Methodenwerkzeuge“ schließlich sind Inszenierungen mit dem Ziel, die Handlungssituationen in einzelnen Unterrichtsphasen attraktiv zu gestalten.
Ernst Kircher, Raimund Girwidz

Kapitel 7. Experimente im Physikunterricht

Zusammenfassung
Experimente sind eine grundlegende Erkenntnisquelle für den Physikunterricht. Sie sind ein zentrales Element naturwissenschaftlichen Arbeitens. Damit sind sie per se auch schon ein Lerninhalt. Aus didaktischer Sicht haben sie aber noch weitere Funktionen im Lehr-Lern-Prozess.
Nach einer Klärung des begrifflichen Rahmens werden funktionelle Aspekte von Demonstrationsexperimenten betrachtet. Klassifikationen helfen dann, die unterschiedlichen Formen zu ordnen und verweisen auch auf verschiedene Anforderungen an Lehrende und Lernende. Danach folgt ein Abschnitt mit Hinweisen für die Unterrichtspraxis, die sich aus verschiedenen Perspektiven ableiten lassen. Ein eigenes Teilkapitel behandelt Schülerexperimente, bevor auf das Experimentieren mit digitalen Medien eingegangen wird.
Raimund Girwidz

Kapitel 8. Medien im Physikunterricht

Zusammenfassung
Unterrichtsmedien sind nichtpersonale Informationsträger. Sie sind Hilfsmittel für die Lehrkraft oder Lernmittel in der Hand des Schülers. Ein sach- und zielgerechter Umgang ist genauso wichtig wie bei allen Werkzeugen. Auch neue Unterrichtsmedien werden vorwiegend Bild, Ton und Text als Ausdrucksmittel verwenden. Ein effektiver Medieneinsatz verlangt also erst einmal den kompetenten Umgang mit diesen Ausdrucksmitteln. Nach einigen Begriffsklärungen werden deshalb die Grundlagen eines Medieneinsatzes unter verschiedenen Aspekten beleuchtet, u. a. aus Sicht der Informationsverarbeitung, der Gedächtnissysteme, der Präsentationsformen und der Symbolsysteme. Bilder, Texte und Filme als fundamentale Darstellungsformen nehmen eine besondere Stellung ein. Hier werden Aspekte zusammengetragen, die auch für neue, digitale Medien von grundlegender Bedeutung sind. Anwendungen und Richtlinien für klassische Medien werden in diesem Kapitel behandelt. Digitale Medien werden in Kap. 13 betrachtet.
Unterrichtsmedien sind nichtpersonale Informationsträger. Sie sind Hilfsmittel für die Lehrkraft oder Lernmittel in der Hand des Schülers. Ein sach- und zielgerechter Umgang ist genauso wichtig wie bei allen Werkzeugen. Auch neue Unterrichtsmedien werden vorwiegend Bild, Ton und Text als Ausdrucksmittel verwenden. Ein effektiver Medieneinsatz verlangt also erst einmal den kompetenten Umgang mit diesen Ausdrucksmitteln.
Nach einigen Begriffsklärungen werden deshalb die Grundlagen eines Medieneinsatzes unter verschiedenen Aspekten beleuchtet, u. a. aus Sicht der Informationsverarbeitung, der Gedächtnissysteme, der Präsentationsformen und der Symbolsysteme. Bilder, Texte und Filme als fundamentale Darstellungsformen nehmen eine besondere Stellung ein. Hier werden Aspekte zusammengetragen, die auch für neue, digitale Medien von grundlegender Bedeutung sind. Anwendungen und Richtlinien für klassische Medien werden in diesem Kapitel behandelt. Digitale Medien werden in Kap. 13 betrachtet.
Raimund Girwidz

Kapitel 9. Alltagsvorstellungen und Physik lernen

Zusammenfassung
Die meisten Vorstellungen, mit denen Schülerinnen und Schüler in den Unterricht kommen, stimmen nicht mit wissenschaftlichen Vorstellungen überein. Hier liegt eine Ursache für viele Lernschwierigkeiten. Lehrkräfte müssen die gängigen vorunterrichtlichen Vorstellungen zu physikalischen Phänomenen und Begriffen kennen, die Sichtweisen ihrer Schülerinnen und Schüler berücksichtigen und daran anknüpfen.
Reinders Duit

Kapitel 10. Sprache im Physikunterricht

Zusammenfassung
Wenn man an Fachsprache im Physikunterricht denkt, dann als Erstes vermutlich an Fachbegriffe, also Wörter, die in der Allgemeinsprache nicht oder nur sehr selten vorkommen. In diesem Kapitel wird u. a. erklärt, dass dieses besondere Vokabular vermutlich keine entscheidende Bedeutung für die Schwierigkeiten in Zusammenhang mit der Sprache im Physikunterricht hat und dass die Arbeit am Wortschatz allein die mit der Fachsprache im Physikunterricht wahrgenommenen Probleme nicht lösen kann. In den folgenden Abschnitten wird die Sprache zunächst in ihrer Beziehung zum Denken betrachtet, danach wird der Gegenstand Fachsprache weiter eingegrenzt und präzisiert.
Eine wesentliche Frage, die dann aufgegriffen wird, betrifft die Beziehung zwischen der Alltagssprache auf der einen und der Fachsprache auf der anderen Seite, die sich als Sprache der Nähe bzw, Sprache der Distanz charakterisiert werden können. Schließlich wendet sich das Kapitel der Spracharbeit in einem sprachexpliziten Unterricht zu.
Karsten Rincke, Heiko Krabbe

Kapitel 11. Erklären im Physikunterricht

Zusammenfassung
Lehrkräfte erklären physikalische Inhalte im Unterricht, z. B. in direkt instruktionalen Unterrichtsformen. Doch sind solche instruktionalen Erklärungen ein gewinnbringendes Element eines lernförderlichen Physikunterrichts? Wie werden solche mündlichen Erklärungen lernförderlich gestaltet und in einen Unterrichtsgang eingebettet? Wie können sich Lehrkräfte gezielt auf Erklärungen vorbereiten und diese dann im Unterricht effektiv einsetzen? In diesem Kapitel werden diese Fragen auf Basis empirischer Erkenntnisse aus Psychologie und Physikdidaktik aufgegriffen. Der Kenntnisstand wird in Form von sieben Leitideen erfolgreichen Erklärens zusammengefasst, die in einen Planungsleitfaden für Erklären im Physikunterricht überführt werden. Dabei werden Bedingungen diskutiert, unter denen eine Lehrkraft erklären kann – und solche, unter denen sie es besser unterlassen sollte. Die Kernideen werden schließlich auch auf Erklärvideos angewendet, wie man sie z. B. bei YouTube finden kann.
Christoph Kulgemeyer

Kapitel 12. Aufgaben im Physikunterricht

Zusammenfassung
Aufgaben nehmen eine zentrale Rolle im Physikunterricht ein. Sie stellen eine Kommunikationssituation dar, in der Lehrende und Lernende in Interaktion treten.
In Lernsituationen können Fähigkeiten mit Lernaufgaben gezielt entwickelt und diagnostiziert werden. Aufgabensequenzen bilden die geplanten Lernprozesse und Lernziele der Lernenden ab und helfen, sie im Unterricht zu gestalten.
In Leistungsmesssituationen wird durch eine einzelne Testaufgabe eine bestimmte Fähigkeit zur Lösung gefordert und dadurch valide geprüft. Der vollständige Test bildet wiederum das gesamte Gebiet ab, für das (unterschiedliche) Fähigkeiten gemessen werden sollen.
Die Qualität von Aufgaben kann durch Aufgabenmerkmale mit bereits erforschter Wirkung gesichert werden. Die im Kapitel beschriebenen Merkmale können u. a. dabei helfen, Aufgaben aus Aufgabensammlungen oder Schulbüchern gezielt weiterzuentwickeln, um sie zu verbessern und den selbst geplanten Lernzielen anzupassen (Abb. 12.1). Wenn Expertinnen und Experten Lern- oder Testaufgaben diskutieren, z. B. im Rahmen von Aufgabenentwicklungen für Unterricht oder Abitur, können sie durch die Gestaltung der Merkmale die Schwierigkeit und die Vielfalt der Aufgaben gezielt variieren, um valide Testinstrumente zu erstellen.
Alexander Kauertz, Hans E. Fischer

Kapitel 13. Multimedia und digitale Medien im Physikunterricht

Zusammenfassung
Forschung zum mediengestützten Lernen hat in den letzten Jahrzehnten viele neue Erkenntnisse und Perspektiven aufgezeigt. Allerdings sind die technischen Entwicklungen im Digitalisierungsbereich vielfältig und schnelllebig. Für eine effektive Aus- und Weiterbildung im didaktischen Bereich ist es wichtig, grundsätzliche Erkenntnisse zu kennen und anwenden zu können.
Daher sind in diesem Kapitel vor allem Modelle und Richtlinien zum Physiklernen mit digitalen Medien zusammengestellt, die nachhaltig gültig sind. Dazu gehören Erkenntnisse zu Multimodalität, Multicodierung und Interaktivität. Grundlegende lerntheoretische Aspekte werden behandelt, um dann auf dieser Basis Konzepte und Konkretisierungen zur Nutzung von digitalen Medien und Multimedia im Physikunterricht betrachten zu können. Spezielle Schwerpunkte sind multiple Repräsentationen, kognitive Flexibilität, Wissensstrukturierung, aber auch Simulationen und entdeckendes Lernen sowie das Lernen von Physik mit dem Internet.
Raimund Girwidz

Kapitel 14. Diagnostik und Leistungsbeurteilung im Unterricht

Zusammenfassung
Soll das Lernen von Schülerinnen und Schülern möglichst optimal unterstützt werden, ist es wichtig, sie an ihrem aktuellen Lernstand abzuholen und schrittweise weiterzuführen. Diagnostik und darin auch die Leistungsbeurteilung sind Verfahren zur Erfassung aktuell vorliegender Kompetenzen, sie bilden den Ausgangspunkt für eine angepasste Förderung. Diagnostik ist aber auch ein Zugang, das Denken, Handeln und Lernen von Schülerinnen und Schülern besser zu verstehen und zu erkennen, warum aus fachwissenschaftlicher Sicht falsche Überlegungen aus Sicht der Lernenden oft plausibel sind. Im Kapitel wird sowohl für die Lernphasen im Unterricht als auch für die Leistungsphasen, z. B. am Ende einer Unterrichtseinheit, erläutert, wie eine gute Diagnostik angelegt werden kann. Es werden dazu zentrale Komponenten beschrieben und der Ertrag fachdidaktischer Theorie und Empirie für eine differenzierte Diagnostik erläutert. Anhand vieler Beispiele werden die Überlegungen nicht nur auf den unterrichtlichen Alltag bezogen, sondern auch eine Verbindung zwischen Diagnostik und Leistungsbeurteilung hergestellt. Für letztere wird ein Schwerpunkt darauf gelegt, wie eine Lehrkraft schriftliche Klassenarbeiten und Klausuren unter diagnostischer Perspektive anlegt, auswertet und benotet.
Claudia von Aufschnaiter, Heike Theyßen, Heiko Krabbe

Kapitel 15. Physikalische Fachkonzepte anbahnen – Anschlussfähigkeit verbessern

Zusammenfassung
Physikalische Bildung setzt nicht erst mit dem Physikunterricht ein. Schon im Kindergarten können Kinder gezielt an physikalische Phänomene herangeführt werden. Im Sinne des kumulativen Lernens erscheint es notwendig, die Bildungsbemühungen in den verschiedenen Phasen sinnvoll aufeinander abzustimmen, um die zur Verfügung stehende begrenzte Lernzeit effektiv zu nutzen.
Rita Wodzinski

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