Physics Education
Forschungsschwerpunkt: Physics Education
Ein Aspekt der fachdidaktischen Forschung fokussiert auf Facetten der Professionalisierung von angehenden Lehrkräften. Die Forschungsarbeiten lassen sich in dem personenorientierten Rahmenmodell professioneller Kompetenzentwicklung von Blömeke et al. (Blömeke & Kaiser, 2017; Blömeke , Gustafsson & Shavelson, 2015) verorten. Kompetenz von angehenden Lehrkräften wird verstanden als Zusammenspiel von individuellen Dispositionen, situationsspezifischen kognitiven Fähigkeiten und daraus resultierender Performanz.
Das Forschungsinteresse ist insbesondere auf das Lehrformat "Lehr-Lern-Labor-Seminar" gerichtet. Für die Studierenden bietet das Lehr-Lern-Labor-Seminar die Möglichkeit, theoretisches Wissen in einem iterativen Prozess in Praxissituationen mit Schülerinnen und Schülern zu erproben und dabei eigene professionelle Handlungsroutinen zu reflektieren und zu adaptieren.
Laufende Arbeiten untersuchen beispielsweise dispositionale selbstbezogene Kognitionen (z.B. das akademisches Selbstkonzept) der Studierenden, ihre professionelle Unterrichtswahrnehmung als eine unterrichtsrelevante situationsspezifische Fähigkeit sowie ihre Planungsperformanz im Kontext iterativer Praxiserfahrung im Lehr-Lern-Labor.
Fachdidaktische Forschung zielt immer auch auf die Entwicklung, Erprobung und Evaluation innovativer Unterrichtsmethoden und -konzepte. Eine Unterrichtsmethode, die zunehmende Beachtung im Schulunterricht erfährt, ist der "Flipped Classroom". Hier bereiten sich Schülerinnen und Schüler mit online verfügbaren und vom Fachlehrer erstellten Lernvideos auf den Unterricht vor. Dadurch stehen im Unterricht mehr Ressourcen für schüleraktivierende Tätigkeiten zur Verfügung stehen. Im Fach Physik lässt sich der Flipped Classroom etwa einsetzen, um die Anwendung und Vertiefung fachwissenschaftlicher Inhalte auszuweiten oder Schülerexperimente stärker vorzuentlasten oder effizienter nachzubereiten.
Die fachdidaktische Forschung zum Flipped Classroom im Physikunterricht knüpft an Ergebnisse hauptsächlich aus dem englischsprachigen Bildungsbereich an. Dabei muss die Implementierung dieser Unterrichtsmethode den Besonderheiten des deutschen Naturwissenschaftsunterricht gerecht werden. In einer ersten Studie wurde die Wirkung des Flipped Classroom auf den Fachwissenszuwachs bei Schülern im Physikunterricht der Oberstufe untersucht. Außerdem fanden sich Auswirkungen auf affektive Lernmerkmale wie Motivation, Interesse und Selbstkonzept. Derzeit ist eine weitere Studie in Planung, die die Förderung der experimentellen Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern durch Flipped Classroom untersucht.
Die relativ kostengünstige Verfügbarkeit von technischem Equipment hat in den vergangenen Jahren viele neue Möglichkeiten für das Lehren und Lernen in der institutionellen Bildung geschaffen, aber auch die Art des Unterrichtens ein Stück weit verändert.
Der Einsatz von Augmented und Virtual Reality ermöglicht die Visualisierung hoch komplexer naturwissenschaftlicher Vorgänge, die in der Realität nicht sichtbar gemacht werden können.
Mixed Reality
Als virtuelle Realitäten bezeichnet man komplett vom Computer erzeugte Welten, mit denen der Nutzer in Echtzeit interagieren kann. Dies geschieht meist über VR-Brillen oder große Stereoprojektionen. Die User haben das Gefühl sich wirklich in dieser virtuellen Welt zu befinden und nehmen die Außenwelt kaum/nicht mehr wahr (Gefühl der Immersion).
Wird die reale Welt nur mit computergenerierten Informationen angereichert, spricht man von erweiterter Realität (AR). Durch den unterschiedlich hohen Grad der Einbindung von elektronischen Inhalten entstehen verschiedene Abstufungen der Virtualität (vgl. Abbildung) und des Gefühls, sich in der computergenerierten Welt zu befinden (Immersion).
AR im Physikunterricht
Physiklehrkräfte sind es gewohnt meist in einem zweistufigen Prozess anhand von Realexperimenten physikalische Modellvorstellungen zu motivieren, oder theoretisch erarbeitete (und damit zunächst abstrakte) Modelle anhand von Experimenten zu plausibilisieren.
Der große Vorteil, den eine Überlagerung von Realobjekten/-experimenten mit digitalen Inhalten mit sich bringt, liegt darin, die physikalischen Modellvorstellungen direkt in die Realität zu transferieren und damit eine visuelle Verknüpfung des Modells mit der Realität zu schaffen (z.B. das Magnetfeld dargestellt im Feldlinienmodell eines realen Stabmagneten). Außerdem können sich zeitlich verändernde Abläufe bzw. dreidimensionale Bewegungen / Vorgänge innerhalb von technischen Geräten sichtbar gemacht werden, die man sonst nicht einsehen könnte.
Daher vermuten wir, dass man mit Hilfe dieser Technologien Schülerfehlvorstellungen in der Physik verringern und die fachlich richtige Modellbildung fördern kann. In einer quasiexperimentellen Interventionsstudie an verschiedenen Gymnasien sollen diese Hypothesen in einer Unterrichtseinheit zum Thema "E-Lehre" überprüft werden. Dafür werden alle Realexperimente zu mit "Augmented Reality" angereicherten Realexperimenten erweitert und untersucht, ob und wie dieses Vorgehen die physikalische Modellbildung unterstützen kann.
