vorlesung sose 2014 einführung in die physik susanne heinicke juniorprofessorin. institut für...

Vorlesung SoSe 2014Einführung in die Physik

Susanne HeinickeJuniorprofessorin . Institut für Physik und ihre Didaktik

Physik und die anderen

BiologieChemie

Technik

Mathematik

MedizinPhysik

…

Überblick physikalische Themen in der GS

Themen 1-2• Wasser• Luft• Wärme und Kälte• Licht und Schatten• Magnetismus

Überblick physikalische Themen in der GS

Themen 3-4• Licht• Feuer• Wasser• Luft• Schall• Stromkreislauf, Modelle und Sicherheitsregeln

• Kraftübertragung, Kräfte, Statik, Bewegung,, Beschleunigung, Wärme(dämmung)

• Energieumwandlung (Wasser, Wind, Licht, Kohle)

Inhalte der Vorlesung

• Wasser• Luft• Licht und Schatten• Licht (Optik)• Feuer• Schall• Mechanik: Kräfte• Magnetismus• Elektrizität (2x)• Energieumwandlung• Noch ein Termin frei

Thema 1

Die Welt aus Sicht der PhysikDie Physik aus Sicht der Welt

Einstiegsfragen

Was ist Physik?

Was ist Physik?

Antwort Physiker: „Physik ist, wenn man scheinbar

einfache Sachen - die aber bei genauem Hinsehen

ungeheuer kompliziert sind - so einfach wie möglich erklärt.“

Was ist Physik?

• Beispiel Trambahn am Hang

Was ist Physik?

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik

Hertz (1894): „Es ist die nächste und in gewissem Sinne wichtigste Aufgabe unserer bewussten Naturerkenntnis, dass sie uns befähige, zukünftige Erfahrungen vorauszusehen, um nach dieser Voraussicht unseres gegenwärtiges Handeln einrichten zu können … Das Verfahren aber … ist dieses: Wir machen uns innere Scheinbilder oder Symbole der äußeren Gegenstände, und zwar machen wir sie von solcher Art, dass die denknotwendigen Folgen der Bilder stets wieder die Bilder seien von den notwendigen Folgen der abgebildeten Gegenstände.“


Wann ist ein Modell ein gutes Modell?Atommodelle


Wann ist ein Modell ein gutes Modell?AtommodelleModelle für Licht

Der Modellbegriff

S O

M

Verhalten

informationelle Beziehung

Analogie

(Modell-)Original (O)• jedes wie auch immer erfahrbare oder erkennbare Objekt/Phänomen kann Modelloriginal sein

(Modell-)Subjekt (S)• kann Modellbauer oder –nutzer sein

Analogie• Übereinstimmung von mindestens zwei voneinander unterschiedenen Objekten in mindestens einem ihrer Merkmale

Informationelle Beziehung• liegen vor, wenn Modellsubjekt einem Modelloriginal Informationen über ein Modell entnimmt oder in diesem speichert


Welt der naturwissenschaftlichen Modelle

Welt der Phänomene (Realität)

Gestaltungsspielrauma) der Wissenschaft

b) des (Sach-) Unterrichts Disk

repa

nz

in Anlehnung an Weizsäcker (1964)



Modelle und Veranschaulichungen im Elementar- und Primarbereich

Rolle der Lehrkraft: Vermittlerposition zwischen Fachinhalt und Lernenden Lernenden zuhörenFachinhalt aufbereitenZugänge schaffen


Modelle und Veranschaulichungen im Elementar- und Primarbereich

Wichtig: adäquates fachliches Hintergrundwissen über

Lerngegenstand im SU hinausAnschlussfähigkeit für Sekundarbereich

Mythen über Naturwissenschaften (McComas)

Das war:

Mythos 1: Naturwissenschaftliche Modelle repräsentieren die Realität.

Mythos 4: Es gibt eine allgemeine und universell einsetzbare Methode der Naturwissenschaften

Mythen über Naturwissenschaften (McComas)

Was ist ein Experiment?

Experiment in der Wissenschaft

Experiment im Unterricht

Unterscheidung notwendig!

Experimente im Sachunterricht

Wissenschaftliches Experiment vs. Experiment im Unterricht

Experiment in der Wissenschaft Experiment im Unterricht

Ziel: Erkenntnisfortschritt fürdie Wissenschaft

neues Wissen durch Begründung, Bestätigung oder Verwerfung einer wissenschaftlichen Hypothese

Ziel: Erkenntnisfortschritt für die Lernenden

Reproduktion wissenschaftlich bekannten Wissens zu Bildungs- zwecken

„wissenschaftliches Experiment“ „(Schul-) Versuch“


Das Experiment in der Wissenschaft

„Das Experiment in der physikalischen Forschung ist ein wiederholbares, objektives, d.h. vom Durchführenden unabhängiges Verfahren zur Erkenntnisgewinnung. Unter festgelegten und kontrollierbaren Rahmenbedingungen werden Beobachtungen und Messungen an physikalischen Prozessen und Objekten durchgeführt.“

aus Kircher et al. (2010, 244)


• motivationale Komponente• Anschaulichkeit• Möglichkeit der Weltbegegnung und

Selbsterfahrung: haptisch, optisch, …

Erkläre mir, und ich vergesse. Zeige mir, und ich erinnere. Lass es mich tun, und ich verstehe.

Konfuzius


Mythos 13: Hypothesen werden erst zu Theorien, dann zu (Natur)Gesetzen.

Mythen über Naturwissenschaften

Mythos: Von der Hypothese zum Gesetz

Beobachtung Hypothese Theorie Gesetz

„nur eine Theorie“

• Hypothesen• behaupten Zusammenhang zwischen mindestens zwei

Variablen.• lassen sich z.T. in die Form mathematischer Sätze

bringen.

unzutreffende Annahme:


Mythos: Von der Hypothese zum Gesetz• Gesetze• sind strukturell mit Hypothesen identisch.• können aus empirisch „bewährten“ Hypothesen

hervorgehen.

• Theorien • sind ganze Systeme von wissenschaftlichen Sätzen

(Gesetzen). Relativitätstheorie


Mythos 6: Die Wissenschaft und ihre Methoden liefern absolute Beweise.


Mythos: Naturwissenschaften beweisen• Naturwissenschaften können nicht beweisen eine naturwissenschaftliche Theorie kann nur widerlegt, aber nie bewiesen werden

„Schwanenbeispiel“Theorie: Es gibt nur weiße Schwäne Fund eines weißen Schwans: Bestärkung der Theorie, aber kein Beweis, da potenzielle Existenz eines schwarzen Schwans nicht ausgeschlossen werden kann. Fund eines schwarzen Schwans: Widerlegung der Theorie (Falsifikation).


Mythos 15: Naturwissenschaft ist ein eigenbrötlerisches Bestreben.

Mythen über NaturwissenschaftenMythen über Naturwissenschaften

Draw a scientist

Draw a scientist• 26% of students drew a Lab coat

20% of students drew Eyeglasses

27% of students drew untamed hair

44% of students drew scientific tools (desk, table, test tubes)

51% drew a male scientist

27% drew a female scientist

22% drew no gender preferenceBeispiel

Draw a scientist

Draw a scientist - warum ist das wichtig?

• Stereotypen festigen sich früh – schaffen Distanz zu Lebenswelt der Kinder

• Vor allem Mädchen können sich abgeschreckt fühlen


Mythos 9: Wissenschaftler sind besonders objektiv.

Mythos 12: Naturwissenschaftliche Erkenntnis wird schnell und direkt akzeptiert.

Die Naturwissenschaft – ein objektives Streben nach Wahrheit?

Mythos 8:Die (Natur)Wissenschaft und ihre Methoden kann alle Fragen beantworten.


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