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2019

Bock Benjamin: Statistische Denkweisen bei naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung - Entwicklung einer Lernumgebung

Betreuer: Thomas Schubatzky

Die Auswertung großer Datenmengen spielt in den modernen Naturwissenschaften eine wesentliche Rolle um neue Erkenntnisse zu gewinnen. Dazu ist der Anwendung statistischer Denk- und Arbeitsweisen von Nöten. Auf diese Weise generiertes Wissen betrifft auch in der Gesellschaft, Politik und den Medien kontrovers diskutierte Themen, die anthropogene Erderwärmung ist ein Beispiel dafür. Daher ist es im Sinne naturwissenschaftlicher Bildung, dass Schülerinnen und Schüler diese Methode der Erkenntnisgewinnung kennen und verstehen, um bei diesen Themen eine reflektierte Position einnehmen zu können. Im schulischen Physikunterricht und auch in der physikdidaktischen Forschung erhielt diese Methode der Erkenntnisgewinnung bisher nur wenig Beachtung.Im Zuge der Lernumgebung wird die Feinstaubbelastung in Graz anhand realer Datensätze untersucht. Um dabei nicht auf vertieftes statistisches Wissen angewiesen zu sein wird auf das in der Mathematikdidaktik entwickelte Konzept "informal inferential reasoning" (IR) zurückgegriffen.Im Zuge dieser Diplomarbeit wird die entwickelte Lernumgebung mit zwei Studierendengruppen erprobt. Das Ziel ist zu ermitteln, ob und wie die Studierenden in ihrem Arbeitsprozess auf Facettenexperimenteller Kompetenz und statistische Denkweisen zurückgreifen und wie die Lernumgebung weiterentwickelt werden kann.

Göri Katharina: Qualitative Evaluierung des Projekts Wissenschaftswerkstatt in den Bereichen Nature of Science, Motivation, Conceptual Change & situationales Interesse

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Mit dem Sommersemester 2018 startete das Projekt Wissenschaftswerkstatt, unterstützt von der Privatstiftung Kaiserschild, in eine neue Umsetzungsphase. Wie in den letzten Jahren, seit dem Projektstart 2014, werden Steirische und Kärntner Neue Mittelschulen in der Peripherie besucht, um Schülern/Schülerinnen einen breiten Einblick in die Naturwissenschaften zu geben, ihre Begeisterung und eigene Lust am Forschen zu erwecken und auch auf lange Sicht zu erhalten. Dies erfolgt durch Experimente zu bestimmten naturwissenschaftlichen Themen, denen das jeweilige Modul der Wissenschaftswerkstatt gewidmet ist. Hierbei werden die Kinder und Jugendlichen von Lehramtsstudierenden unterschiedlicher naturwissenschaftlicher Fächer begleitet.
Im Zuge dieser Arbeit wurde der erste Jahrgang des Projekts als Start einer Longitudinalstudie in den Bereichen Nature of Science, Motivation, Conceptual Change und situationales Interesse untersucht. Hierzu wurden an zwei Neuen Mittelschulen die Abläufe innerhalb eines Moduls beobachtet und an-schließend zwölf Schüler/Schülerinnen zu den oben genannten Themenbereichen mittels eines Leitfadeninterviews befragt. Der Abgleich mit einem zusätzlich durch-geführten fachlichen Prae- und Post-Test unterstützt die qualitativen Untersuchungen.Die gewonnenen Informationen sollen der zusätzlichen Optimierung des Projekts (Aufgabenstellungen, Arrangements der Unterrichtseinheiten) dienen und die Basis für aufbauende, qualitative und/oder quantitative Evaluationen der folgenden Jahrgänge darstellen.

Krainer Alexander: Medieneinsatz im Physikunterricht. Eine fachdidaktische Studie bezüglich der Verwendung von digitalen im Vergleichzu klassischen Medien

Betreuer: Gerhard Rath

Medien, Print oder Digital spielen entscheidende Rollen in vielen unserer Lebensbereiche, doch in wieweit ist der Leitmedienwechsel in unseren Bildungseinrichtungen bereits vorangeschritten? Sind Schulbücher und Co. längst zu Raritäten im Unterricht geworden und von Beamern, Tablets, Smartphones und Notebooks abgelöst worden? Zur Klärung wurde eine empirische Studie mit Hilfe des gesamten Fachdidaktik-Teams der Karl-Franzens-Universität Graz im Fachbereich Physik zusammengestellt. Die Abfrage wurde mit dem Online-Umfrageprogram „LimeSurvey“ erstellt und durchgeführt, der Schwerpunkt dabei lag ausschließlich auf dem Physikunterricht. Die Studie kann auf 55 vollständig ausgefüllte Datensätze zurückgreifen, die Ergebnisse sind hier ausgewertet und mit bereits vorhanden Literaturquellen verglichen worden. Zusammenfassend kann die Titelfrage, bezüglich des Leitmedienwechsels von klassischen zu digitalen Medien dahingehend beantwortet werden, dass sich die Bildungseinrichtungen samt des Lehrpersonals in einer Umbruchphase befinden. Dies bedeutet, dass die Schulen gerade dabei sind ihre mediale Grundausstattung zu modernisieren und Lehrkräfte als auch die Regierung sich am Weg befinden, didaktische Rahmenbedingungen zu schaffen, die den Einsatz der digitalen Medien im Unterricht fördern.

Obrovsky Simon: Schülervorstellungen zum Thema Feinstaub in der Sekundarstufe I in Österreich

Betreuer: Thomas Schubatzky

Schülervorstellungen stellen ein äußerst wichtiges Konzept in der Physikdidaktik dar - sie sind essentiell, um als Lehrende_r die Position der Lernenden zu einem Thema zu verstehen und sie von dort ausgehend zum jeweiligen wissenschaftlichen Konzept zu führen. Diese Diplomarbeit schließt hierzu eine Lücke in der Wissenschaft, denn zu Schülervorstellungen über Feinstaub liegen bis dato noch keine Veröffentlichungen vor. Anhand von halbstandardisierten Leitfadeninterviews mit Schüler_innen der Sekundarstufe I werden durch qualitative strukturierende Inhaltsanalyse die Schülervorstellungen dieser Gruppe zum Thema ausgearbeitet und ausgewertet. Insbesondere werden folgende Fragestellungen untersucht:

  • Wie bekannt ist der Begriff Feinstaub am Ende der Sekundarstufe I?
  • Woher ist der Begriff Feinstaub bekannt?
  • Was assoziieren Schüler_innen mit dem Begriff Feinstaub?
  • Welche Vorstellungen haben Schüler_innen zur Sichtbarkeit von Feinstaub?
  • Welche Vorstellungen haben Schüler_innen über die Entstehung und die Auswirkung von Feinstaub?
  • Welchen Stellenwert hat das Thema Feinstaub in der Schule?

Rosenberger Michael: Vergleichende Analysen von Schulbüchern der 7. Schulstufe im Teilbereich Elektrizitätslehre

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Fehlvorstellungen im Teilbereich der Elektrizitätslehre ziehen sich bei Lernenden oft bis zum Ende der Schullaufbahn hin. Wird der Unterricht mit einem Schulbuch begleitet, so spielt dessen Inhalt und Aufbereitung eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von fachgerechten Vorstellungen. Die vorliegende Arbeit enthält eine vergleichende Analyse von vier Österreichischen Schulbüchern der 7. Schulstufe. Sie soll einerseits klären wie komplex die Lehrinhalte im Teilbereich der Elektrizitätslehre darin sind und wie stark diese untereinander vernetzt sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine mittlere Komplexität und starke Vernetzung positive Auswirkungen auf den Lernfortschritt haben. Des Weiteren wird im Hinblick auf den physikdidaktischen Forschungsstand die Definition der Begriffe Strom, Spannung und Widerstand, sowie die Verwendung von Modellen und Analogiemodellen in den Schulbüchern analysiert. Ziel ist eine Übersicht zu geben, inwiefern der Forschungsstand bei der Entwicklung der Schulbücher berücksichtigt wurde. Als Grundlage für die Analyse wurde der Inhalt der Bücher in Sachstrukturdiagramme übertragen. Dabei wurde der Inhalt in einzelne logische Sinneinheiten unterteilt und diese in einem Flussdiagramm sachlogisch verknüpft.

Seebacher Robert: Einfluss von Washington Tutorials auf die Beliefs und das konzeptionelle Verständnis in der bestehenden Mechanikausbildung

Betreuerin: Claudia Haagen-Schützenhöfer

Die Lehramtsausbildung in Österreich wurde in den letzten Jahren stark verändert und neu strukturiert. Durch Untersuchungen im Bereich des Professionswissens von Lehrkräften konnte ein großer Entwicklungsbedarf für Fachwissen und fachdidaktisches Wissen entdeckt werden. Da das Fachwissen eine Art Voraussetzung für den Erwerb von fachdidaktischem Wissen darstellt und konzeptionelle Schwierigkeiten das Erlernen von weiterführendem Fachwissen behindern, ist das Fachwissen gleichermaßen für die Ausbildung der Studierenden des Lehramtsstudiums Physik sowie des Bachelorstudiums Physik von Bedeutung.
Erste Untersuchungsergebnisse zur neuen Lehramtsausbildung in Graz ergaben Hinweise auf Defizite, speziell beim konzeptionellen Verständnis des Fachwissens im Bereich der newtonschen Mechanik, wodurch eine Förderung dieses Bereichs gefordert wurde. Diesen Weiterentwicklungsgedanken aufgreifend, ist das Ziel dieser Arbeit eine minimale Änderung in der bestehenden Mechanikausbildung zu identifizieren, die das konzeptionelle Verständnis der Studierenden in der newtonschen Mechanik verbessert. Dazu wurden Elemente aus den Washington Tutorials in die bestehenden Lehrveranstaltungen integriert, ohne den gesamten Unterrichtsmodus zu verändern. Im Pre-Posttest-Design mit Fragebögen wurden speziell die Auswirkungen der Tutorien-basierenden Elemente auf das Fachwissen in Mechanik, die Selbsteinschätzung der eigenen Leistung, die Selbstwirksamkeit und die Beliefs über Inhalte der Lehramtsausbildung untersucht.
Die Ergebnisse weisen auf eine Verbesserung der Lernmöglichkeiten im Bereich der Mechanik hin und zeigen einen positiven Einfluss auf das Fachwissen und die Selbstwirksamkeitserwartung. Das Feedback zu den Tutorien-basierenden Elementen zeigt, dass die meisten Studierenden der Interventionsgruppen diesen Ansatz und seine Nützlichkeit schätzen. Darüber hinaus plädieren fast alle Studierenden für die Fortführung dieser Elemente in der Übungslehrveranstaltung zur Mechanik.

Stradner Lisa: Schülervorstellungen zum Thema 3D-Sehen

Betreuerin: Krumphals Ingrid

Das Thema 3D- Sehen nimmt durch die erleichterten Möglichkeiten, 3D- Technik wie „Virtual Reality“ auch zu Hause in der Freizeit verwenden zu können, im Alltag der Schüler und Schülerinnen eine immer präsenter werdende Rolle ein. Um einen Alltagsbezug der Schüler und Schülerinnen implementieren zu können, ist das Thema 3D- Sehen mittels 3D- Technik daher fast nicht mehr aus dem Unterricht wegzudenken.
Die vorliegende Diplomarbeit untersucht bestehende Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten zu diesem Themenkomplex, damit im Zuge der didaktischen Rekonstruktion die Schülerperspektive in der Unterrichtsplanung konstruktiver berücksichtigt werden kann. Der österreichische AHS- Lehrplan bietet einige Ansätze, in denen die Thematik 3D- Sehen in den Unterricht implementiert werden kann.
Um den Erlebnishorizont und die damit verbundenen Schülervorstellungen herauszuarbeiten, wurde eine anonyme Fragebogenerhebung bei Schülern und Schülerinnen vor dem Optikunterricht (Sekundarstufe 1) und nach dem Optikunterricht in der Sekundarstufe 2 durchgeführt. Nach erster Analyse wurde mit einem leitfadenbasierten Interview bei Schülern und Schülerinnen der Sekundarstufe 2 fortgesetzt. Im Zuge der Auswertung wurde ein Kategoriensystem mit Hilfe der qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring, erstellt. Die Resultate der Untersuchung zeigen, dass Schüler und Schülerinnen mit 3D-Sehen vor allem das Kino verbinden. Sobald man versucht, tiefer in die Materie des 3D- Sehens zu gehen, zeigen einige Schüler und Schülerinnen zwar korrekte Erklärungsansätze, es treten aber dennoch fachliche Unsicherheiten auf. Neben den bereits bekannten Lernschwierigkeiten der Optik, kristallisierten und vertiefen sich diverse Vorstellungen vor allem in den Bereichen „räumlich“, „real“ und „Wahrnehmung“ heraus. Zusammenfassend stellt das Thema „3D- Sehen“ einen durchaus sinnvollen Anknüpfungspunkt für den Unterricht dar, der aber dennoch unzureichend eingebunden wird.

Toferer Christoph: Smarte Physik oder traditionelle Messmethoden?

Betreuer: Rath Gerhard

Das Smartphone ist heutzutage zu einem ständigen Begleiter für Jugendliche geworden. Dementsprechend ist es verständlich, dass dieses technische Gerät mit all seinen Vor- und Nachteilen in den letzten Jahren auch in der Schule Einzug gehalten hat. Speziell im Physikunterricht kann das Smartphone beispielsweise durch Videoanalysen von Bewegungen bestens in den Unterricht integriert werden. Welche Einflüsse auf die affektive Variable bezüglich des Einsatzes eigener Smartphones lassen sich hinsichtlich der Motivation feststellen? Und bewirken solche Videoanalysen einen Mehrwert für Schülerinnen und Schüler verglichen mit klassischen Experimenten in der Bewegungslehre? Welche Methode wird von den Schülerinnen und Schüler bevorzugt?

Diesen Fragen geht diese Arbeit in einer Vergleichsuntersuchung nach. Eine Schulklasse wurde aufgeteilt in zwei Gruppen, wovon beide ein Experiment klassisch und mit dem Smartphone durchführten. Vor und nach dieser Arbeitsanweisung wurde von den Schülerinnen und Schülern jeweils ein Fragebogen ausgefüllt, in welchem sie einerseits beiden Methoden vergleichen und andererseits ihre Motivation hinsichtlich des Arbeitens mit dem Smartphone beurteilen sollen.

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