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2017

Englmair Thomas Gerhard: Die Physik des Kontrabasses. Analyse von Klangspektren

Betreuer: Leopold Mathelitsch

Der Kontrabass zählt zu den am tiefsten klingenden Instrumenten und weist unterschiedliche Bauweisen auf. Er kann durch verschiedene Spielstile in Schwingung versetzt werden. Dazu zählen das Zupfen, das Streichen und das Slapen. Je nach gespielter Musikrichtung können nicht nur diese Anregungsmöglichkeiten zu einer Veränderung des Klanges führen, sondern auch die Wahl des Saitensatzes. Diese Arbeit stellt die Frage in den Vordergrund, in welchem Ausmaß die Klangqualität von Kontrabässen mit Hilfe der Physik gemessen werden kann. Außerdem wird der Einfluss der materiellen Beschaffenheit der Bauteile des Instrumentes sowie die Auswirkung der Saitenwahl und der ausgeübten Spielstile auf die Klangqualität hinterfragt. Zur Einführung in das Thema wird ein geschichtlicher Überblick der Entwicklung des Kontrabasses geboten. Des Weiteren werden die für diese Arbeit wichtigen physikalischen Grundlagen erläutert. Die Forschungsfragen werden mittels Experimenten, in denen diverse Klangspektren aufgenommen wurden, beantwortet. Die Ergebnisse der Datenerhebung zeigen, dass das aus hochwertigerem Holz gefertigte Instrument die unterschiedliche materielle Zusammensetzung der Saiten in Form des abgestrahlten Obertonspektrums eindeutiger widerspiegelt als das Modell mit der geringeren Qualität. Außerdem lässt sich bei jenem Instrument nicht nur ein höherer Schalldruckpegel messen, sondern es kann auch ein langsameres Abklingverhalten festgestellt werden. Beim Vergleich unterschiedlicher Spielstile auf zwei Kontrabässen zeigt sich kein messbarer Unterschied.

Fallmann Anna: Einfluss eines Mitmachlabors auf das naturwissenschaftliche Interesse von Schülerinnen und Schülern

Betreuer: Gerhard Rath

Im Rahmen des Projektes "JungforscherInnen auf den Spuren des Nichtwissens" entsand an der Karl-Franzens-Universität Graz ein physikalisches Mitmachlabor zum Thema Strahlung, welches im Sommersemester 2017 unter dem Titel "Das Physiklabor Graz" in das Programm des "Offenen Labors Graz" aufgenommen wurde. Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich einerseits mit der Konzeption des Mitmachlabors und andererseits mit dessen Einfluss auf das (Nicht-)Wissen und das Interesse der Teilnehmerinnen und Teilnehmer. Im Rahmen der Untersuchung wurden Veränderungen in der Einschätzung der Gefährlichkeit verschiedener elektromagnetischer Strahlungsarten und der Einfluss auf das Fähigkeitsselbstkonzept der Teilnehmerinnen und Teilnehmer sowie das im Rahmen der Veranstaltung erzeugte aktuelle Interesse untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen auf, dass es nach der Teilnahme am Mitmachlabor bei fast allen abgefragten elektromagnetischen Strahlungsarten zu Veränderungen in der Einschätzung der Gefährlichkeit kam. Während sich das Fähigkeitsselbstkonzept nicht signifikant verändert hat, konnte das Mitmachlabor aktuelles Interesse bei den Teilnehmerinnen und Teilnehmern erzeugen.

Gius Michael: "Beliefs" der IMST-Projekt Lehrer*innen zum Thema Diversität und Heterogenität

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Die zunehmend ansteigende Heterogenität von Kindern in Schulklassen stellt viele Lehrpersonen vor große Probleme. Diese Diplomarbeit hat sich zum Ziel gesetzt die Beliefs von Lehrpersonen hinsichtlich der Heterogenität näher zu beleuchten. Die Überprüfung der Kongruenz zwischen Beliefs der Lehrpersonen und deren tatsächlichen Handlungsebene stellen ebenfalls einen zentralen Punkt dar. In diesem Zusammenhang untersucht diese Diplomarbeit auch die Implementierung konstruktiver Methoden der Lehrer*innen um Heterogenität positiv zu nützen. Dafür sind ausgesuchte Volksschullehrer*innen aus dem IMST-Projekte Pool von mir interviewt worden und die Transkription der Interviews analysiert worden. Im ersten Teil dieser Arbeit wird der theoretische Grundstein gelegt und Definitionen wie Heterogenität, Diversität und Beliefs erläutert sowie die Vorgehensweise der Auswahl der Lehrpersonen und die Durchführung der Interviews erklärt. Des Weiteren sind die notwendigen Hypothesen zum Beantworten der Forschungsfragen aufgestellt worden. In der zweiten Hälfte findet eine Auswertung mit Hilfe deduktiv erstellter Kategorien statt. Diese dienen schließlich der Verifizierung oder Falsifizieren der Hypothesen und insofern der Beantwortung der Forschungsfragen.

Korak Isabella: Evaluierung des außerschulischen Lernorts "ForscherInnenwerkstatt Physik" hinsichtlich des Erlangens von Experimentierkompetenz

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Die „ForscherInnenwerkstatt Physik“ an der Karl-Franzens Universität Graz ist ein außerschulisches Projekt zur Förderung interessierter und begabter Schülerinnen und Schüler der fünften bis achten Schulstufe. Durch selbständiges Experimentieren wird ein differenzierter Blickwinkel auf die Lerninhalte des Unterrichts geboten um das Interesse an Physik zu stärken. Diese Arbeit umfasst eine Untersuchung und Evaluierung der „ForscherInnenwerkstatt Physik“ hinsichtlich dem Erlangen von Experimentierkompetenz.Zur Bewertung der eingesetzten Fähigkeiten wird ein Ansatz verwendet, der die Selbsteinschätzung der Fähigkeiten durch die Schülerinnen und Schüler, sowie die Einschätzung der Betreuerinnen, Betreuer und des Leiter des Projekts beinhaltet. Dieser Ansatz beruht auf einem, speziell auf die Anforderungen adaptierten, Spinnennetzmodell. In diesem Modell sind alle relevanten Teilkompetenzen des Experimentierens abgebildet. Begleitende Interviews mit den Betreuerinnen, Betreuern und dem Leiter dienen zur Ergründung der gewählten Einschätzung. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass es Differenzen bezüglich der Einschätzung der, durch die Experimente geförderten, Teilkompetenzen zwischen den Betreuerinnen, Betreuern und dem Leiter gibt und welche Teilkompetenzen in der ForscherInnenwerkstatt gefördert oder nicht gefördert werden. Allerdings bekräftigen erst die Interviews die Richtigkeit dieser Erkenntnisse. Insgesamt schätzen die Schülerinnen und Schüler ihre eingesetzten Fähigkeiten hoch ein, sind dem Projekt gegenüber positiv eingestellt und bereit erneut daran teilzunehmen. Abschließend werden Änderungsvorschläge zur "ForscherInnenwerkstatt Physik" eingebracht.

Lach Thomas: Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte?! Wirksamkeit von Darstellungsformen im Optikunterricht im Kontext der Lichtausbreitung und Schattenbildung

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Wirksamkeit von Darstellungsformen im Optikunterricht. Mehrere Untersuchungen der letzten Jahre zeigen, dass Schülerinnen und Schüler z.B. viele Abbildungen nicht wie beabsichtigt wahrnehmen und verstehen. Verschiedene Darstellungsformen sind im Physikunterricht aber notwendig, denn eine rein sprachliche Vermittlung der meisten Inhalte wie z.B. der Lichtausbreitung und Schattenbildung ist unmöglich. Ausgehend von jener Problemstellung erfolgte auf Basis von Erkenntnissen der Lehr-Lernforschung zur lernwirksamen Bildgestaltung eine Analyse der fünf meist verbreitetsten Physikschulbücher der 8. Schulstufe. Gestützt durch die Analyseergebnisse wurden Abbildungen aus dem Kontext der Lichtausbreitung und Schattenbildung gewählt, welche einen hohen Grad der "content specialisation (classification)" aufweisen und mit hoher Wahrscheinlichkeit Probleme bei der Wahrnehmung und Interpretation physikalischer Sachverhalte verursachen. Diese wurden an Hand leitfadengestützter Schülerinterviews mit Schülerinnen und Schülern (N=12) der 8. Schulstufe des WIKU BRG Graz, ohne bisherigen Unterricht im Themengebiet Optik, im Herbst 2016 durchgeführt. Mit Hilfe der Think-Aloud-Methode sollten die Schülerinnen und Schüler die zuvor ausgewählten Abbildungen beschreiben und gegebenenfalls Fragen zu diesen beantworten. Die Ergebnisse der Schülerinterviews zeigen, dass die untersuchten Abbildungen verschiedenste Unklarheiten und Missverständnisse, wie z.B. dass sich Licht nicht geradlinig ausbreitet, der Mond leuchtet oder sich auf einer Bahn um die Erdpole bewegt, hervorrufen. Es ist jedoch nicht möglich allgemeine Aussagen zu treffen, denn es bleibt anzumerken, dass hierfür die Stichprobe der untersuchten Abbildungen zu klein war und sich nur auf einen Bereich eines Themengebiets beschränkte. Zudem erfasst das Modell zur Analyse von Abbildungen nicht die Inhalte an sich, sondern nur die Darstellung dieser.

Lichtenwagner Thomas: Smartphone-Technologie im Physikunterricht - Was brauchen Lehrkräfte für eine fundierte Umsetzung im Sinne der Medienbildung?

Betreuer: Gerhard Rath

Smartphones sind aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Um sie neben sozialen und spielerischen Anwendungen auch für physikalische Bildungszwecke salonfähig zu machen, behandelt diese Arbeit die zentralen Begriffe "Smartphone-Technologie" sowie "Medienbildung". Es sollte herausgefunden werden, was Lehrkräfte benötigen, um Smartphone-Technologie auf Grundlage einer Medienbildung im Physikunterricht umzusetzen. Es wurde anhand fachdidaktischer Veröffentlichungen einleitend auf die aktuelle schulische Ausgangslage geschlossen, bevor verschiedene Kompetenzmodelle für Lehrende vorgestellt wurden, die eine fundierte Umsetzung von Medienbildung im Unterricht gewährleisten sollen. Mittels Online-Testinstrumenten sollten danach bislang aufgestellte Hypothesen überprüft werden. Offenbar ist Smartphone-Technologie allgemein noch nicht im Bewusstsein der Lehrpersonen verankert. Lehrkräfte benötigen somit sämtliche angeführte Kompetenzen, um Smartphone-Technologie im Sinne der Medienbildung unterrichten zu können. Dennoch existiert offenbar eine gewisse Zustimmung und ein gewisses Interesse physikalische Aspekte moderner Technologien stärker in den Physikunterricht einzubinden. Daher wurden anschließend ausgewählte Komponenten von Smartphones in Hinsicht auf ihren Aufbau und ihre physikalische Funktionsweise behandelt.

Posch-Aldrian Judith: Projekt SECURE. Der Lehrplan für die Naturwissenschaften aus Sicht des Gesetzgebers, der Lehrenden und der Lernenden.

Betreuer: Leopold Mathelitsch

Curricula sind die gesetzliche Grundlage für Lehren und Lernen in der Schule. Neben den Lehrplänen für die einzelnen Schularten umfassen diese Dokumente auch andere gesetzliche Verordnungen und Bestimmungen des Schulrechts. In der vorliegenden Diplomarbeit wird für die Altersgruppen Elf und Dreizehn beschrieben, welche Richtlinien diese Dokumente in Österreich für den naturwissenschaftlichen Unterricht vorgeben, wie diese von Lehrkräften umgesetzt werden und wie diese Umsetzung von SchülerInnen wahrgenommen werden. Die verwendeten Daten stammten aus den Erhebungen mit Fragebögen und Interviews im Rahmen des FP7-Projektes "Science Education Curriculum Research (SECURE). Das Projekt wurde in den Jahren 2010-2013 von elf Organisationen, darunter dem Fachdidaktikzentrum Physik der Universität Graz, in zehn europäischen Ländern durchgeführt. Es wird eine Zusammenfassung der Gesamtergebnisse des Projekts SECURE aus dem Vergleich der Curricula in zehn europäischen Ländern und den vom SECURE Konsortium daraus abgeleiteten Empfehlungen für mathematische, naturwissenschaftliche und technische Curricula gegeben. Diese werden in Kontext mit den österreichspezifischen Ergebnissen und den von Hattie definierten Einflussfaktoren auf den Lernerfolg von Schülerinnen gesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass der österreichische Lehrplan umfassend formuliert ist. Der gesellschaftliche Aspekt der Naturwissenschaften ist den meisten Lehrkräften ein großes Anliegen, Begeisterung zu wecken ist vielen sehr wichtig. Schülerinnen verkennen die gesellschaftliche Komponente häufig. Viele Lehrkräfte wünschen sich mehr Zeit um mit den Schülerinnen die Inhalte zu erarbeiten. Der Einsatz von aktiven Lernformen, verschiedenen Sozialformen und Experimenten ist für die meisten LehrerInnen fester Bestandteil des Unterrichts und wird auch von SchülerInnen geschätzt. Lehrkräfte fühlen sich mehrheitlich gut auf ihre Tätigkeit vorbereitet, Fortbildungen werden von den meisten regelmäßig besucht.

Renner Melanie: Physikaufgaben zur Bewertungskompetenz in der Sekundarstufe II

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Mit 1. September 2017 tritt der neue Lehrplan für die Sekundarstufe II in Kraft und damit wird auch die Kompetenzorientierung gesetzlich verordnet. Einige österreichische Schulbücher wurden dafür bereits neu approbiert, um die Schülerinnen und Schüler in den drei Kompetenz-bereichen optimal auf die Reifeprüfung vorzubereiten. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie gut sich die verschiedenen Handlungskompetenzen des nun auch im Lehrplan verankerten Kompetenzmodells in den österreichischen Physikschulbüchern abbilden. Dafür wurde eine quantitative Analyse aller in den drei ausgewählten, kompetenzorientierten Büchern vorkommenden Aufgaben durchgeführt. Es zeigte sich, dass noch immer mehr als die Hälfte, teilweise sogar zwei Drittel aller Aufgaben dem Kompetenzbereich "Fachwissen" zuzuordnen sind. Eine ausgewogene Verteilung der Aufgaben auf die drei Handlungsbereiche (Fachwissen (W), Erkenntnisgewinnung (E), Standpunkte begründen (S)) ist in keinem der Schulbücher auch nur annähernd erfüllt. In einer zweiten Analyse wurden lediglich die Bewertungskompetenz-Aufgaben dahingehend überprüft, ob sie die normativen Setzungen des neuen Oberstufenlehrplans bzw. des Göttinger Modells der Bewertungskompetenz tatsächlich einlösen. Dafür wurden die Aufgaben mit Hilfe eines selbst konstruierten Analyserasters qualitativ untersucht. Es stellte sich heraus, dass in etwa nur die Hälfte der als Bewertungsaufgaben deklarierten Aufgaben einen Teilaspekt von "S" beinhalten. Aus diesem Grund wurden beispielhaft einige Aufgaben im Sinne der Bewertungskompetenz optimiert.

Renz Angelika: Auswirkungen eines physikalischen Mitmachlabors auf Schülervorstellungen zu Nature of Science

Betreuer: Gerhard Rath

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Schülervorstellungen zu Nature of Science und der Möglichkeit ihrer Veränderung durch einen Schülerlaborbesuch. Das Mitmachlabor rund um das Themengebiet der elektromagnetischen Strahlung entstand im Rahmen des Projekts "JungforscherInnen auf den Spuren des Nichtwissens". Die theoretische Basis der vorliegenden Arbeit setzt sich aus der Beforschung von Schülervorstellungen, den Eigenschaften des Schülerlabors als außerschulischer Lernort sowie der Beleuchtung von Nature of Science zusammen. Für das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Schülerlabor wurde zuerst das dafür erstellte Arbeitsmaterial durch Schülerbefragungen evaluiert. Das Material wurde anschließend adaptiert und für die zweimalige Durchführung im Rahmen der Untersuchung finalisiert. Die Stichprobe setzt sich aus 36 Schülerinnen und Schülern der 11. Schulstufe zusammen. Mittels Fragebogen wurden die Ansichten der Teilnehmenden zu Nature of Science durch den Draw-A-Scientist Test (DAST) und Teile des Views About Sciences Surveys (VASS) vor und nach dem Besuch des Schülerlabors erhoben (n = 36). Im Pre-Test entsprach das Bild eines Forschers noch eher der stereotypen Vorstellung (männlich, Brille, Laborkittel) als beim Post-Test, wo sich die Anzahl der stereotypen Merkmale im Durchschnitt bei jedem Zweiten um einen Aspekt verringerte. Die Verteilung der Typkategorisierung nach VASS-Punktezahlen deckt sich im Großen und Ganzen mit bisherigen Studien. Eine Zunahme an adäquaten Vorstellungen vom Wesen der Naturwissenschaften konnte durch den Besuch des Schülerlabors, das die Aspekte von Nature of Science nur implizit behandelt, nicht festgestellt werden. Dies deckt sich auch mit den Ergebnissen der Literatur.

Weiß Anna Maria: "Sprache ist Voraussetzung für Verstehen" Zur Rolle der Sprache im Lehramtsstudium Physik

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Rolle der Sprache im Lehramtsstudium für das Unterrichtsfach Physik in Graz. Die Frage danach, welchen Stellenwert Sprache im naturwissenschaftlichen Unterricht und insbesondere im Physikunterricht einnimmt, ist ein frequentes Thema der fachdidaktischen Forschung. Sie führt etwa zum Konzept des sprachsensiblen Unterrichts. Dabei bleibt jedoch zumeist ungeklärt, welche Fähigkeiten Lehrerinnen und Lehrer haben müssen, um einen sol-chen Unterricht abhalten bzw. sprachsensibel auf ihre Schülerinnen und Schüler reagieren zu können. Zu diesen Kompetenzen zählen insbesondere Sprachsensibilität sowie persönliche Sprachkompetenzen. In einer dreiteiligen Erhebung wurde versucht, zu erheben, wie Lehramtsstudierende auf die sprachlichen Herausforderungen des Physikunterrichts vorbereitet werden und wie es um ihre Sprachbewusstheit gestellt ist. Dazu wurden in einem ersten Schritt die Curricula des Lehr-amtsstudiums Physik in Graz analysiert. Anschließend wurden Studierende zur Einschätzung ihrer eigenen Sprachkompetenz sowie ihres Sprachgebrauchs, zu ihrer Einstellung zum Thema "Sprache im Physikunterricht" und zur Rolle der Sprache im Studium befragt. Abschließend wurde durch eine Befragung von Lehrenden der Fachdidaktik Physik versucht, das Bild zu ergänzen. Die Lehrveranstaltungsleiterinnen und -leiter wurden dazu ebenfalls zu ihrer Sicht zum Thema befragt, außerdem sollten sie die Sprachkompetenz und -sensibilität ihrer Studierenden einschätzen. Die Untersuchung zeigte, dass die Relevanz der Sprache für den Physikunterricht auf allen Ebenen für hoch befunden wird. Dennoch führen u. a. vage Angaben in den Curricula sowie fehlende Koordination zwischen den Lehrenden zum Teil zu einer geringen Beschäftigung mit dem Thema im Lehramtsstudium, was sich auch in der Einschätzung der Studierenden widerspiegelt.

Zenz Markus: Physik der Dendriten

Betreuer: Leopold Mathelitsch

Ausgangspunkt der vorliegenden Diplomarbeit war eine Aufgabenstellung von Böhler Edelstahl. Gefordert wurde die Entwicklung eines stabilen und robusten Algorithmus zur Messung des sekundären Dendritarmabstandes λ₂ anhand von Bildern metallografisch aufbereiteter Schliffe von Stahlproben. Aus den gemessenen λ₂-Abständen wird die lokale Erstarrungszeit, der lokale thermische Gradient und die Erstarrungsgeschwindigkeit im Blockguss von Edelstählen bestimmt, um ein besseres Verständnis über das Seigerungsverhalten und folglich über die Qualität des Edelstahlblocks zu erhalten. Dazu wurde im theoretischen Teil der Diplomarbeit ein Einblick in die Entstehung von dendritischen Strukturen aller Art gegeben. Die Fokussierung auf dendritisches Wachstum in Zwei-Phasen- Systemen führte zur aktuellen Problemstellung und deren Lösung. Der zielführende Ansatz des Algorithmus bestand darin, im zu analysierenden Bild Zeile für Zeile nach bestimmten Informationen zu suchen, um in der Folge elliptische Bereiche in der Aufnahme bestimmen und verarbeiten zu können. In einem didaktischen Bezug zur Aufgabenstellung wurden Schulversuche zu ausgewählten Teilgebieten des theoretischen Teils der Diplomarbeit vorgeschlagen.

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