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Über dieses Buch

Lars-Jochen Thoms entwickelt das weltweit erste ferngesteuerte Labor zur spektrometrischen Untersuchung von Leuchtmitteln. Mit diesem Fernlabor können Lernende über das Internet z. B. Spektren verschiedener Leuchtmittel aufnehmen, den Abfall der Beleuchtungsstärke mit steigendem Abstand messen, die spektrale Abstrahlcharakteristik studieren und die Eignung dieser Leuchtmittel für bestimmte Einsatzzwecke bewerten. Der Autor untersucht in einer experimentellen Laborstudie, in der die Teilnehmer selbstständig in einer Online-Lernumgebung arbeiten, wie sich die Art der Informationsdarbietung bei verschiedenen Führungsgraden (Inquiry-Level) auf den Wissenserwerb beim entdeckenden Lernen im Fernlabor auswirkt. Seine Ergebnisse zeigen, dass der Erwerb von Wissen eine an den Wissensbereich angepasste Art der Informationsdarbietung erfordert und dass der Führungsgrad beim forschend-entdeckenden Lernen zu den dargebotenen Informationen und dem zu erwerbenden Wissen passen muss.

Der Autor:

Lars-Jochen Thoms ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Dozent für Physik und Physikdidaktik am Lehrstuhl für Didaktik der Physik der Ludwig-Maximilians-Universität München.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Für den Aufbau naturwissenschaftlicher Kompetenzen als Teil einer umfassenden Allgemeinbildung ist die Durchführung von Experimenten von zentraler Bedeutung. Wenn der Aufbau eines Experiments zu komplex, kosten- oder zeitaufwendig ist oder das Experimentiermaterial nicht zur Verfügung steht, ist Experimentieren im Fernlabor eine alternative Möglichkeit, um experimentelle Fertigkeiten und Kompetenzen zu vermitteln und zu selbstreguliertem Lernen anzuregen. Es gibt aber nur wenige ferngesteuerte Labore für unerfahrene Lernende und die Bedingungen für das Lernen im ferngesteuerten Labor wurden, bezogen auf Schülerinnen und Schüler, kaum empirisch untersucht.
Lars-Jochen Thoms

Theorie

Frontmatter

Kapitel 2. Physikalische Grundlagen optischer Spektrometrie

In diesem Kapitel erfolgt die fachliche Klärung jener Grundlagen optischer Spektrometrie, die für die Konzeption und Umsetzung des entwickelten ferngesteuerten Experimentes sowie der begleitenden Lernmaterialien und Unterrichtseinbindung von besonderer Bedeutung sind. An dieser Stelle können nur einzelne Aspekte berücksichtigt werden, die für Schülerinnen und Schüler und für Studierende bis zum Bachelor von Interesse sind. Für weiterführende Informationen muss auf die entsprechende Fachliteratur verwiesen werden. Dazu werden mehrfach Literaturempfehlungen angeführt.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 3. Lehr-Lernpsychologische Grundlagen

Im Folgenden werden die für diese Arbeit wichtigen Begriffe der Lehr-Lernpsychologie erläutert und der Stand der Forschung in den betreffenden Bereichen aufgezeigt. Es werden gezielt jene Schwerpunkte behandelt, welche für die Konzeption des ferngesteuerten Experiments zur spektrometrischen Untersuchung handelsüblicher Leuchtmittel sowie für die Untersuchung des Einflusses der Informationsdarbietungsart beim entdeckenden und forschenden Lernen im Fernlabor von besonderer Bedeutung sind. Dies erlaubt den Rückgriff auf etablierte Messinstrumente und damit die Übernahme und Anpassung bestehender Fragebögen.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 4. Fachdidaktische Grundlagen

Viele nationale curriculare Vorgaben für den Naturwissenschaftsunterricht definieren naturwissenschaftliche und anwendungsorientierte Kompetenzen als Bildungsstandards. Mit voranschreitender Unterrichtserfahrung sollen Schülerinnen und Schüler diese Kompetenzen auf steigendem Anforderungsniveau beim Problemlösen anwenden können (z. B. Council of Ministers of Education (Canada), 1997; Kultusministerkonferenz, 2004b; Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, 2014; National Research Council [NRC], 2013).
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Konzeption

Frontmatter

Kapitel 5. Konzeption des Fernlabors zur spektrometrischen, photometrischen und radiometrischen Untersuchung von Leuchtmitteln

Bei der Planung und Entwicklung des hier vorgestellten Experiments zur optischen Spektroskopie über das Internet standen von Beginn an drei Aspekte im Vordergrund der technischen Umsetzung.
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Kapitel 6. Ergebnisse ausgewählter physikalischer Experimente

Mit dem kalibrierten experimentellen Aufbau können viele verschiedene Experimente von Lernenden durchgeführt werden. Zusätzlich zu den in Abschnitt 5.1 beschriebenen einführenden Experimenten erlaubt der Versuchsaufbau auch die Durchführung von Versuchen, die für die Sekundarstufe II oder die universitäre Bildung geeignet sind. Lernende können die in Abschnitt 2.3 beschriebene Kosinuskorrektur überprüfen, den Abfall der Beleuchtungsstärke mit steigendem Abstand messen und die spektrale räumliche Verteilung der Strahlung und der Leuchtdichte untersuchen.
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Kapitel 7. Unterrichtskonzepte „Atome senden Licht aus“ und „Leuchtmittel bewerten“

In diesem Kapitel werden die entwickelten Unterrichtskonzepte „Atome senden Licht aus“ und „Leuchtmittel bewerten“ beschrieben.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 8. Konzeption der Online-Lernumgebung

Die beiden Unterrichtskonzepte „Atome senden Licht aus“ und „Leuchtmittel bewerten“ wurden für die Hauptstudie in einer Lernumgebung verwoben. Während die Konzeption der einzelnen Unterrichtseinheiten zunächst einem größtmöglichen Lernerfolg diente, wurden bei der Konzeption der Online-Lernumgebung auch Untersuchungsaspekte der Hauptstudie berücksichtigt.
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Empirische Untersuchungen

Frontmatter

Kapitel 9. Voruntersuchungen

In diesem Kapitel werden drei ausgewählte Voruntersuchungen zusammengefasst, die während der Entwicklung des Versuchsaufbaus und der Lernmaterialien durchgeführt wurden. Die nächsten drei Unterkapitel entsprechen jeweils einer Voruntersuchung und sind zur besseren Lesbarkeit als eigenständige Essays verfasst. Am Ende des Kapitels werden die Ergebnisse dieser Voruntersuchungen abschließend gemeinsam diskutiert und die daraus erwachsenen Implikationen für die Hauptstudie herausgestellt.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 10. Forschungsinteresse und Fragestellungen

In diesem Kapitel wird das Forschungsinteresse dargelegt und es werden die zu untersuchenden Forschungsfragen aufgestellt. In den vorangegangenen Kapiteln wurden lehr-lerntheoretische Konzepte vorgestellt und Ergebnisse der lehr-lernpsychologischen und fachdidaktischen empirischen Forschung zusammengefasst. Diese stellen die Grundlage für die im Folgenden gebildeten Hypothesen zur Beantwortung der Forschungsfragen dar.
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Kapitel 11. Konzeption der Erhebungsinstrumente der Hauptstudie

Wegen der Komplexität der verwendeten Werkzeuge werden hier die Erhebungsinstrumente der Hauptstudie explizit vorgestellt. Bei der Untersuchung des Einflusses der Interventionsmaßnahmen auf das Lernen der Schülerinnen und Schüler wurden basierend auf einem Mehrebenen-Mehrfacetten-Ansatz (Ruiz-Primo, Shavelson, Hamilton & Klein, 2002) sowohl der Wissenserwerb als auch der Bearbeitungserfolg erhoben.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 12. Anmerkungen zu den verwendeten statistischen Methoden

In diesem kurzen Kapitel werden wichtige Anmerkungen zu den verwendeten statistischen Methoden kompakt zusammengefasst. Es ersetzt nicht die Lektüre grundlegender Lehrbücher zu statistischen Methoden. Entsprechend sei an dieser Stelle besonders auf folgende Literatur verwiesen.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 13. Hauptstudie

In einer größeren experimentellen Vorstudie (vgl. Abschnitt 9.3) wurde in zwei Lerneinheiten nacheinander zunächst die Informationsdarbietungsart und danach das Inquiry-Level variiert.
Lars-Jochen Thoms

Diskussion und Ausblick

Frontmatter

Kapitel 14. Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse

Für den Aufbau naturwissenschaftlicher Kompetenzen als Teil einer umfassenden Allgemeinbildung ist die Durchführung von Experimenten von zentraler Bedeutung. Wenn der Aufbau eines Experiments zu komplex, kosten- oder zeitaufwendig ist oder das Experimentiermaterial nicht zur Verfügung steht, ist Experimentieren im Fernlabor eine alternative Möglichkeit, um experimentelle Fertigkeiten und Kompetenzen zu vermitteln und zu selbstreguliertem Lernen anzuregen. Es gibt aber nur wenige ferngesteuerte Labore für unerfahrene Lernende und die Bedingungen für das Lernen im ferngesteuerten Labor wurden, bezogen auf Schülerinnen und Schüler, kaum empirisch untersucht.
Lars-Jochen Thoms

Kapitel 15. Ausblick

Die in dieser Arbeit untersuchten Fragestellungen zur Steigerung des Wissenserwerbs ergaben sich bei der Entwicklung der Unterrichtskonzepte und der Gestaltung der zugehörigen Lernmaterialien. Diese wurden entsprechend der Ergebnisse der Hauptstudie überarbeitet.
Lars-Jochen Thoms

Backmatter

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