Offene Experimente in der Lehramtsausbildung - Analyse physikalischer Phänomene für eine naturwissenschaftliche Experimentierweise
In der Fachdikaktik Physik ist man sich seit langem über die überragende Rolle einig, die das Experiment, bzw. das Experimentieren sowohl in der Forschung, als auch in der physikalischen Ausbildung bzw. dem Physikunterricht spielen soll. Leider wird in der Literatur immer wieder berichtet, dass im Unterricht und auch in der physikalischen Ausbildung den Experimenten eher eine untergeordnete oder zweifelhafte Rolle zugeschrieben wird und dass aufgrund ihrer Konzeption bestimmte Ziele nicht erreicht werden.
Mit dem Wunsch, diese Situation zu verbessern, wird von vielen Autoren
gefordert, die Lernenden sollten zu mehr Selbständigkeit angeregt und ihre Tätigkeiten beim Experimentieren sollten mehr auf eine naturwissenschaftliche Methodik hin ausgerichtet werden. Dazu gehören Aspekte wie die selbstständige und praxisorientierte Auseinandersetzung mit einem Thema, das Diskutieren und Bewerten der Vorstellungen anderer Lernenden, und insbesondere das Erleben des kreativen Charakters des Experimentierens.
Ein Ansatz zur Verbesserung dieser Problematik wird in dieser Arbeit verfolgt. Darin sollen Lernende zunächst durch eine geeignete Ausgangssituation, ein so genanntes "`Ausgangsphänomen"', zu experimentellen Tätigkeiten angeregt werden. Ein solches Ausgangsphänomen lässt den Lernenden Freiräume für eigene Beobachtungen und die Formulierung eigener Fragestellungen bzw. Untersuchungsziele. Es bietet ferner die Möglichkeit, diesen Fragen bzw. Zielen mit eigenen Untersuchungsmethoden nachzugehen. Dabei sollen alle von den Lernenden formulierten Ziele und Untersuchungsmethoden zugelassen sein.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, geeignete Ausgangsphänomene für eine solche "`naturwissenschaftliche Experimentierweise"' zu finden und zu erforschen. Es soll ergründet werden, welche fachinhaltlichen Fragestellungen und experimentellen Untersuchungsziele diese Phänomene eröffnen können. Im Rahmen dieser Arbeit werden neben drei Erprobungsversuchen fünf Ausgangsphänomene daraufhin untersucht, welche physikalischen Aspekte sich an diesen Phänomenen beobachten und untersuchen lassen und welche fachlichen Inhalte mit diesen Aspekten im Zusammenhang stehen. Dabei sollen die "Ursachen" der beobachtbaren Aspekte aus physikalischer Sicht erarbeitet werden. Da diese Untersuchungen in der Regel experimentell erfolgen, ergeben sich dadurch auch Kenntnisse über Experimente, die bei der Untersuchung der einzelnen Aspekte durchgeführt werden können. Dadurch werden Erfahrungen in Bezug auf mögliche formulierbare Untersuchungsziele und Experimentiertätigkeiten gewonnen. Außerdem wird in Form einer ersten Erprobungsphase im Rahmen eines Seminars mit Studierenden untersucht, welche Fragestellungen Lernende formulieren, mit welchen Methoden sie bei ihren Untersuchung vorgehen und zu welchen Schlussfolgerungen sie dabei kommen. Als Ergebnis wird festgestellt, dass an den untersuchten Phänomenen bestimmte "naturwissenschaftliche experimentelle Tätigkeiten" möglich sind und auch von Lernenden durchgeführt werden.
The majority of scientists and teachers agree that experiments and experimenting are an essential part in physics research as well as in physics education. However, the results of recent publications evidence experiments playing only a minor and problematic role in school and science education. Furthermore many goals of laboratory work (i.e. effectiveness, learning outcome) are not achieved suitably. To improve this situation many authors claim more autonomy for the experimenting students. Laboratory work should be done in a more scientific way, which includes several aspects like independent and practical discussion of the experimental topic, discussion and evaluation of other student's results and, last but not least, experience the creative character of experimenting.
This work presents one basic approach to improve the above cited situation. By means of an adequate initial situation, i.e. an initial physical phenomenon the students should be invited and encouraged to do their own experimental work. Such an initial physical phenomenon leaves plenty of space for the students to do their own observations and phrase their own research questions resp. research goals. Furthermore, there is the chance to trace these questions and goals by own research methods. Any goal or method phrased by the students should therefore be accepted by the teacher.
The main objective of this work is to find and to study a set of appropriate physical phenomena for such open inquiry experimentation processes. The physical principles and laws of the phenomena as well as potential investigations and questions should be figured out.
This work discusses three trial experiments and five initial physical phenomena, the physical aspects that could be observed and investigated by means of these experiments and phenomena and which technical aspects correlate with these experiments and phenomena. The first task is to work out the physical principles and aspects of each phenomenon by experimenting. This also results in improved knowledge about the experiments and the used methods and helps to figure out more investigation goals and experimental work. Furthermore, this work describes the first trial period of an open inquiry laboratory course with students. It points out, which questions the students ask, which methods they use in their experiments and to which conclusions they come.
As result this work shows, that the presented set of physical phenomena is adequate for laboratory work in a scientific way and furthermore that these phenomena initiate students to experiment in a science-like manner.
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