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2021

Die dunkle Seite des Mondes beleuchten - Evaluation und Weiterentwicklung von Unterrichtsmaterialien zu Mondphasen und Sonnen- und Mondfinsternis in der Sekundarstufe I

Byma-Tschmelak Michael

Betreuerin: Haagen-Schützenhöfer Claudia

Betrachtet man die kultur- und naturwissenschaftshistorische Bedeutung des Mondes im Laufe der gesamten Menschheitsgeschichte, müsste dieser Thematik im Unterricht viel größere Aufmerksamkeit zu Teil werden, als es üblicherweise der Fall ist. Häufig werden dabei für Lernende schwer verständliche oder teilweise sogar fachlich unzulängliche Darstellungsformen verwendet, die viele fachdidaktische Erkenntnisse unberücksichtigt lassen.

Im Zuge dieser Arbeit werden bestehende Unterrichtsmaterialien zu den Themen Mondphasen, Mondfinsternis und Sonnenfinsternis im Rahmen der Optik für die Sekundarstufe I weiterentwickelt und an Schülerinnen und Schülern der 7. Schulstufe in unterschiedlichen Schultypen erprobt. Diese schülerzentrierten Materialien sind Bestandteil des Frankfurt-Graz-Optiklehrgangs, der am AECC Physik der Universität Wien und am FDZ Physik der Universität Graz im Hinblick auf aktuelle fachdidaktische Forschung entwickelt wurde. Da davon ausgegangen wird, dass alle Schülerinnen und Schüler bereits Vorerfahrungen zum Erscheinungsbild des Mondes gesammelt haben, wird dabei besonderes Augenmerk auf die Auseinandersetzung mit Schülervorstellungen gelegt, um diese möglichst umfangreich berücksichtigen zu können. Ein zusätzlicher Fokus liegt auf vielfältigen Darstellungsformen, um das Zustandekommen der zu vermittelnden Phänomene möglichst anschaulich zu machen. Am Ende soll dadurch eine weitere empirische Fundierung des vorliegenden Optiklehrgangs mit überarbeiteten Teilbereichen erfolgen und somit ein Beitrag zur besseren Vermittlung optischer Phänomene im Physikunterricht geleistet werden.

Außerschulisches Lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht: Konzeption eines Lernpfades für das Science Center Welios zum Thema "Energie aus Wind und Wasser"

Gaschnig Lea

Betreuerin: Haagen-Schützenhöfer Claudia

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Thematik außerschulischen Lernens im naturwissenschaftlichen Unterricht. Der Fokus der Arbeit liegt auf der forschungsgeleiteten Entwicklung von Materialien, die das Lernen zum Themengebiet 'Erneuerbare Energie aus Wind und Wasser' im Science Center Welios in Wels unterstützen. Als theoretisches Fundament wurde das Modell der didaktischen Rekonstruktion gewählt, wodurch sich die Strukturierung in die beiden großen Kapitel fachliche Klärung und Schülerperspektive ergab. Aus dem ersten Kapitel konnten Grundideen zum Energiebegriff im Allgemeinen, sowie speziell zu den beiden erneuerbaren Energieträgern, abgeleitet werden. Sie beruhen auf der Tatsache, dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann und inkludieren beispielsweise auch das Wissen über das Widerstands- und das Auftriebsprinzip.

Aus der Schülerperspektive ergaben sich Designkriterien zum außerschulischen Lernen sowie zum Themenbereich erneuerbare Energie aus Wind und Wasser. Dabei wurde beispielsweise aufgezeigt, dass Lernende ein Bewusstsein dafür entwickeln sollen, dass Energienutzung immer mit Folgen für Mensch und Umwelt einhergeht. Für gelingendes Lernen an außerschulischen Lernorten hat sich der Einbezug von Lernendeninteressen und Schülervorstellungen sowie die Einbindung einer gewissenhaften Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung bewährt. Darauf basierend wurde ein Lernpfad entwickelt, der die im Rahmen dieser Arbeit abgeleiteten Grundideen und Designkriterien berücksichtigt. Dieser besteht aus 17 Pflichtaufgaben und Wahlaufgaben, die von Schülern und Schülerinnen im Welios Science Center unter Verwendung der Exponate bearbeitet werden. Die zugehörigen didaktischen Kommentare für die Lehrperson dienen als Anregungen für die Vor- und Nachbereitung im Unterricht. Durch die Evaluation durch eine sechsköpfige Expertengruppe, konnte der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Lernpfad noch perfektioniert werden.

Erstellung eines Mitmachlabors für die 8. Schulstufe zum Thema "Strahlung"

Groß Thomas

Betreuer: Rath Gerhard

Elektromagnetische Strahlung findet im Lehrplan der Sekundarstufe I kaum Platz. Da für viele Jugendliche die Schulbildung nach dieser Zeit zu Ende ist und so einigen die Möglichkeit genommen wird, eigenständige Schlüsse zu diesem oft negativ konnotierten Themenbereich zu ziehen, befasst sich diese Arbeit mit der Durchführbarkeit eines Mitmachlabors zum Thema Strahlung . Im Labor werden folgende elektromagnetische Strahlungsarten thematisiert: UV-Strahlung, sichtbares Licht, Infrarotstrahlung und Mikrowellenstrahlung. Das durch diese Abschlussarbeit entstandene und durchgeführte Mitmachlabor, versteht sich als Erweiterung eines bereits existierenden Schülerlabors für die Sekundarstufe II.
Die Arbeit beruht auf einem theoretischen Gerüst aus Schülervorstellungen und der didaktischen Rekonstruktion. Darauf und dem bereits bestehenden Labor basierend, werden in der Abschlussarbeit Arbeitsmaterialien für die Teilnehmenden der Sekundarstufe I entwickelt.
Es wurde untersucht, ob ein derartiges Mitmachlabor auch in einer Sekundarstufe I gewinnbringend eingesetzt werden kann. Um dies zu überprüfen, wurden die Experimentieranleitungen durch Schülerbefragungen, mithilfe eines klassischen Pretest-Posttest-Designs und mit von den Teilnehmenden ausgefüllten Arbeitsunterlagen, auf die Komplexität der Aufgabenstellungen, die sprachliche Ebene und den Umfang evaluiert und anschließend adaptiert. Es konnte festgestellt werden, dass ein (kurzfristiger) Wissenszuwachs durch das Labor erreicht werden konnte. So entspricht die subjektive Einschätzung der Gefahr, ausgehend von elektromagnetischer Strahlung, im Posttest wesentlich besser dem wissenschaftlichen Konsens als im Pretest. Die in der Literatur formulierten Schülervorstellungen fanden sich zum Teil wieder und konnten durch die Intervention des Mitmachlabors in mancher Hinsicht von den Teilnehmenden überwunden werden.

Das Thema Klimawandel im Physikunterricht in Österreich - Eine Analyse der Lehrpläne der Sekundarstufe I und II sowie ausgewählter Physikbücher

Kozeschnik Markus

Betreuerin: Haagen-Schützenhöfer Claudia, Schubatzky Thomas

Der Klimawandel und seine Auswirkungen gewinnen in allen Bereichen unseres Lebens immer mehr an Bedeutung. Dies spiegelt sich auch im Google-Jahresrückblick für das Jahr 2019 wieder, wo in der internationalen Top-10 Chronik, die Suchbegriffe „Greta Thunberg“ und der „Amazonas“ vertreten sind (Trends, 2019). Um die Jugendlichen von heute, die die EntscheidungsträgerInnen von morgen sind, tiefgehender für die Herausforderungen des Klimawandels zu sensibilisieren, wird es wichtig sein das teilweise bereits vorhandene emotionale Engagement um eine solide Wissensbasis zu diesem Thema zu erweitern. Ziel dieser Diplomarbeit ist es zu untersuchen, welche Bedeutung das Thema Klimawandel im Physikunterricht einnimmt. Dazu wird zunächst eine Lehrplananalyse des Sekundarstufe I Lehrplans (AHS & NMS) (BMBWF, 2020) gemacht. Es soll ermittelt werden, in welchen Teilen des Lehrplans der Sek I (AHS & NMS),  in welchen Unterrichtsgegenständen und in welchen dazugehörigen Schulstufen das Thema Klimawandel  bzw. mit dem Klimawandel in Verbindung stehende Begriffe im Lehrplan der Sek I (AHS & NMS) enthalten sind. Darauf aufbauend wird eine Schulbuchanalyse durchgeführt, welche Aufschluss darüber bringen soll, inwieweit das Thema Klimawandel in Schulbüchern umgesetzt wird. Abschließend soll, anhand von Interviews mit Lehrkräften, deren im Unterricht eingesetzte klimawandelrelevante Inhalt ermittelt und mit den Erkenntnissen aus der Lehrplananalyse sowie der Schulbuchanalyse verglichen werden, um daraus wiederrum Rückschlüsse abzuleiten.

Zeit für die Energiewende: Ein handlungsorientierter Zugang zur Physik der alternativen Energiequellen basierend auf dem Workshop Energie für Amberta

Leitner Markus

Betreuerin: Schubatzky Thomas

Die umfassende Bereitstellung von Energie in unterschiedlichster Form bildet das Fundament der modernen Lebensweise. Jedoch steht die heutige Gesellschaft aufgrund des Klimawandels, der infolge der Verbrennung fossiler Energieträger beschleunigt wird, sowie der zunehmenden Verknappung fossiler Brennstoffe, vor einer enormen Herausforderung. Aufgrund der Komplexität dieser Problematik sind potenzielle Lösungsansätze, wie etwa der Umstieg auf erneuerbare Energiequellen, für Schülerinnen und Schüler oft schwer nachvollziehbar. Der Workshop Energie für Amberta widmet sich der Vermittlung der Grundlagen dieses Lösungsansatzes und markiert den Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit.
Zu Beginn werden die relevanten fachlichen Aspekte rund um den Themenkomplex Energie näher ausgeführt, bevor die für die weitere Auseinandersetzung wesentlichen, fachdidaktischen Grundlagen erörtert werden. Als nächstes folgt ein Blick auf die rechtlichen Vorgaben für die Umsetzung des Themas Energie im österreichischen Physikunterricht. Das anschließende Kapitel umfasst die Beschreibung des Workshops Energie für Amberta sowie dessen Umsetzung am Standort der Universität Graz. Darüber hinaus werden vier Zielsetzungen für den Workshop formuliert, die sich an den Erkenntnissen aus der fachdidaktischen Forschung orientieren. Im Anschluss daran wird die online durchgeführte Lehrkräfte-Befragung beschrieben, die im Zuge dieser Arbeit stattfand. Ihr Ziel war es Aufschluss über die persönliche Einstellung der Befragten hinsichtlich der schulischen Vor- und Nachbereitung von außerschulischem Lernen, speziell für den Workshop Energie für Amberta, zu geben. Aus den erzielten Ergebnissen und fachdidaktischer Literatur werden sieben Leitkriterien für die Entwicklung von Unterrichtsmaterialien abgeleitet. Die Konzeption dieser Materialien, die zur Vor- und Nachbereitung des Workshops Energie für Amberta dienen sollen, bildet das Hauptziel der vorliegenden Arbeit.

Subjektive Relevanz von Physik im Alltag - Eine qualitative Untersuchung über subjektive Relevanz physikalischer Grundbildung im Bereich Elektrizität und Erneuerbare Energie

Mujagic Jasmina

Betreuerin: Haagen-Schützenhöfer Claudia

Das Unterrichtsfach Physik hat kein besonders gutes Image. Schülerinnen und Schüler verlieren im Laufe ihrer Schulzeit immer mehr das Interesse an den Naturwissenschaften, und auch die Anzahl der Physikstunden wurde in Österreich im Rahmen der Wochenstundenentlastungs- und Rechtsbereinigungsverordnung 2003 gesenkt. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Studien, wie The Relevance of Science Education (ROSE), durchgeführt, welche unter anderem die Interessen der Schülerinnen und Schüler zu naturwissenschaftlichen Themen untersuchten. Doch welchen Nutzen Schülerinnen und Schüler, welche keinen beruflichen Weg in eine technisch-naturwissenschaftliche Richtung einschlagen, vom erworbenen Wissen aus dem Physikunterricht auch nach der Schulzeit haben, wurde bis jetzt wenig beforscht. Auch darüber ist wenig bekannt, wie Erwachsene die Relevanz ihres Schulwissens für ihren Alltag einschätzen.  
 
Diese Arbeit versucht herauszufinden, ob Menschen ohne technisch-naturwissenschaftlichen Hintergrund, aus ihrer individuellen Sicht, von ihrem Schulwissen aus dem Naturwissenschaftsunterricht in ihrem Lebensalltag profitieren bzw. dieses für Entscheidungen heranziehen. Der thematische Fokus dieser Arbeit liegt auf einzelnen Aspekten der Anfangselektrizitätslehre, die in der Pflichtschule seit vielen Jahrzehnten im Lehrplan verankert ist. Des Weiteren wird untersucht welche  Vorstellungen zum darauf aufbauenden Thema Erneuerbare Energie vorliegen, auf welche Wissensbasis zurückgegriffen wird und in wie weit sich die Befragten als kompetent einschätzen damit zusammenhängende Fragestellungen aus dem Alltag fachlich angemessen zu bewerten bzw. einzuschätzen. Dazu wird eine zweistufige qualitative Untersuchung durchgeführt. Der erste Teil – eine Fragebogenerhebung -  dient dazu, einen ersten Eindruck über die vorliegenden Einstellungen und Vorstellungen zu bekommen, um im zweiten Teil durch sechs Interviews detaillierte Antworten zu finden. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen Lehrkräften einen Einblick darüber geben, ob Erwachsene über angemessenes Wissen im Bereich der Elektrizitätslehre verfügen, sowie ob sie dieses im Alltag anwenden, und was diese gerne in ihrer Schulzeit zum Thema Elektrizität und Erneuerbare Energie gelernt hätten.

Victor Franz Hess -Nicht nur der Entdecker der Kosmischen Höhenstrahlung

Plank Martin

Betreuer: Mathelitsch Leopold

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Leben und Wirken eines der eher unbekannteren österreichischen Nobelpreisträger, Victor Franz Hess. Beginnend mit seiner Jugend und Schulzeit in Graz werden die einzelnen Stationen seines Lebenswegs, eingebettet in den historischen Kontext, beleuchtet:
Die Zeit am Radiuminstitut in Wien mit seinen Ballonfahrten und der Entdeckung der Kosmischen Strahlen, die Heirat mit der Witwe Berta Breisky nach dem Ersten Weltkrieg und die Arbeit für die United States Radium Corporation, die Anstellung an den Universitäten in Graz und später in Innsbruck mit dem Aufbau der Station für Ultrastrahlenforschung auf dem Hafelekar und der Verleihung des Nobelpreises für Physik im Jahr 1936, die Flucht vor dem Naziregime nach Amerika und die letzten Jahre in New York.
Besonderes Augenmerk wird dabei nicht nur auf den Wissenschafter und Professor, sondern auch auf die Privatperson Victor Hess gelegt. Der erste Teilaspekt wird hauptsächlich anhand eines Streifzugs durch die wissenschaftlichen Arbeiten betrachtet, der Victor Hess als äußerst peniblen Forscher zeigt, der sich nicht zu schade ist, die eintönigsten Messungen auch selbst durchzuführen. Ein Fokus liegt hier natürlich auf seinem Forschungsgebiet, der Kosmischen Strahlung, aber auch seine Arbeiten zu Radioaktivität und Luftelektrizität finden genügend Raum.
Für die Einblicke in das Privatleben des Victor Hess wird unter anderem auf die Erinnerungen seines Enkels William Breisky zurückgegriffen. Aber auch diverse Briefe, Zeitungsartikel und Interviews mit Kollegen eröffnen überraschende, bislang unbekannte Facetten von Victor Hess.

Schulversuche mit einer Wärmebildkamera auf Basis von Forschendem Lernen

Zettler Alexander

Betreuer: Mathelitsch Leopold

Die gesunkenen Anschaffungskosten im Bereich der Wärmebildtechnik haben dazu geführt, dass Thermokameras seit kurzem einer breiten Masse zugänglich sind. Während hochspezialisierte Anwendungen der Industrie, der Wissenschaft und dem Bauwesen weit fortgeschritten sind, steht die Forschung zum Einsatz im Schulsektor noch am Anfang. Die vorliegende Arbeit versucht daher einen Beitrag zur Schließung dieser Lücke zu leisten und als Handbuch für LehrerInnen zu fungieren. Neben einer praktischen Anleitung zum Umgang mit der Kamera, sowie den häufigsten Handhabungsfehlern, findet man auch eine Beschreibung der Funktionsweise der Kamera und des derzeitigen Standes der Technik vor. Im Hauptteil werden dreizehn Alltagsexperimente unter Verwendung einfachster Haushaltsmaterialien wie Bleistiften, Luftballons oder Aluminiumfolie vorgestellt, die jedoch erstaunliche Phänomene zu Tage fördern. Er beinhaltet u. a.¬ die historische Entdeckung der IR-Strahlung, Bleistiftstromkreise, die Hitzeentwicklung eines Biomülls, Hohlraumstrahler, thermische Fingerabdrücke, Rettungsdecken in der ersten Hilfe, Solarballons, Reibungswärme, magische Styroporboxen, sowie Temperaturschätzungen für die Mondoberfläche. Dabei wird großer Wert auf eine entdeckerisch forschende Umsetzung der Versuche gelegt, als auch der Einsatz eines kostenlosen Bildbearbeitungsprogrammes als Arbeitserleichterung aufgezeigt sowie die Vorteile der Nachbearbeitung thematisiert.

Aktuelle Publikationen

Schubatzky, Haagen-Schützenhöfer: Debunking Climate Myths Is Easy - Is It Really? An Explorative Case Study with Pre-Service Physics Teachers. In Educ. Sci. 12(8), 566, 2022

Große-Heilmann, Riese, Burde, Schubatzky, Weiler: Fostering Pre-Service Physics Teachers’ Pedagogical Content Knowledge Regarding Digital Media. In Educ. Sci. 12(7), 440, 2022

 

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