PMS – Physiklernen mit Modellbildungssystemen

Förderung physikalischer Kompetenz und systemischen Denkens durch computergestützte Modellbildungssysteme

Zeitraum31.07.1996 – 30.07.1999
LeitungProf. Dr. Horst Schecker
FinanzierungDFG
KooperationspartnerDr. Eckhard Klieme, Judith Ebach (IBF - Institut für Bildungsforschung, Bonn)
MitarbeiterDr. Jörn Gerdes, Prof. Dr. Horst Schecker

Mit einem Modellbildungssystem (MBS) können Schüler die Struktur
und das Verhalten dynamischer Vorgänge begrifflich beschreiben, ikonisch
repräsentieren und numerisch simulieren. Im Projekt werden die Wirkungen
des Umgangs mit dieser computergestützten Arbeitsumgebung auf die Entwicklung
der physikalischen Konzeptualisierungsfähigkeit erforscht. Darüber
hinaus soll der Transfer von im Mechanikunterricht erworbenen Modellbildungskompetenzen
auf andere physikalische Sachgebiete und auf die Strukturierung komplexer Wirkungszusammenhänge
untersucht werden („systemisches Denken“).


Die Leitfragen lauten:



  • In welcher Weise fördert der Umgang mit Modellbildungssystemen bei
    Schülern der Sekundarstufe II die Fähigkeit zur Konzeptualisierung
    von Bewegungsvorgängen unter dem Einfluss von Kräften?

  • Inwieweit fördert der längerfristige Umgang mit einem MBS die
    Fähigkeit, physikalische Phänomene und komplexe lebensweltliche
    Phänomene in ihrem Wirkungsgefüge zu strukturieren sowie die Dynamik
    solcher Wirkungsgefüge zu erkennen und zu steuern?


Die Versuchsgruppe besteht aus Schülern, die im Leistungskurs Physik
über zwei Halbjahre wiederholt mit einem MBS arbeiteten. Schüler aus
parallelen Leistungskursen ohne Computereinsatz bilden die Kontrollgruppe. Die
Datenerhebung erfolgte im Schuljahr 1996/97. Es werden vier Repräsentationsebenen
des systemischen Denkens unterschieden und auf den Anforderungsebenen der Modellerstellung
und Modellinterpretation operationalisiert. Dafür wurden schriftliche Tests
zur abgestuften Modellentwicklung entworfen: qualitativ, halbquantitativ, quantitativ
und systemdynamisch. Als Kontexte dienen in den Tests ökonomische Systeme
mit Alltagsbezug. Für die differenzierte Erfassung der mechanischen Konzeptualisierungsfähigkeit
erwies sich ein international als Standardinstrument verbreiteter Test (Force
Concept Inventory) als nur begrenzt aussagekräftig. Um die Fähigkeit
zur halb-quantitativen Beschreibung von Bewegungsvorgängen zu erfassen,
wurden halbstrukturierte Interviews über Bewegungsexperimente durchgeführt.
Die zusammengestellte Testbatterie mit weiteren schriftlichen Tests wurde zu
drei Messzeiträumen zu Beginn, zum Halbjahreswechsel und zum Ende des Schuljahres
eingesetzt. Jeder Durchgang nahm 5 bis 6 Unterrichtsstunden pro Schüler
in Anspruch.


Vorliegende Ergebnisse zeigen spezifische Effekte auf der halb-quantitativen
Ebene der Konzeptualisierungsfähigkeit und des systemischen Denkens hin,
während Wirkungen in quantitativen bzw. gleichungsorientierten Bereichen
ausbleiben.

Publikationen

Bücher

Gerdes, J. (2000). Der Begriff der physikalischen Kompetenz - Zur Validierung eines Konstruktes (Dissertation). Berlin: Logos.@book{gerdes2000, title={Der Begriff der physikalischen Kompetenz - Zur Validierung eines Konstruktes (Dissertation)}, author={Jörn Gerdes}, year={2000}, location={Berlin}, publisher={Logos} }

Buchartikel

Schecker, H. & Klieme, E. (2000). Erfassung physikalischer Kompetenz durch Concept-Mapping-Verfahren. In Fischler, H. & Peuckert, J.: Concept mapping in fachdidaktischen Forschungsprojekten der Physik und Chemie (S. 23–56). Berlin: Logos.@inbook{schecker2000a, title={Erfassung physikalischer Kompetenz durch Concept-Mapping-Verfahren}, author={Horst Schecker and Klieme, E.}, year={2000}, booktitle={Fischler, H. & Peuckert, J.: Concept mapping in fachdidaktischen Forschungsprojekten der Physik und Chemie}, location={Berlin}, publisher={Logos}, pages={23--56} }

Zeitschriftenartikel

Schecker, H. & Gerdes, J. (1999). Messung von Konzeptualisierungsfähigkeit in der Mechanik. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 5 (1999), (1), 75–89.@article{gerdesschecker1999, title={Messung von Konzeptualisierungsfähigkeit in der Mechanik}, author={Horst Schecker and Jörn Gerdes}, year={1999}, journal={Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 5 (1999)}, number={1}, pages={75--89} }

Gerdes, J. & Schecker, H. (1999). Der Force Concept Inventory. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 52 (1999), (5), 283–288.@article{gerdesschecker1999a, title={Der Force Concept Inventory}, author={Jörn Gerdes and Horst Schecker}, year={1999}, journal={Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 52 (1999)}, number={5}, pages={283--288} }

Schecker, H. & Gerdes, J. (1998). Interviews über Experimente zu Bewegungsvorgängen. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 4 (1998), (3), 61–74.@article{scheckergerdes1998, title={Interviews über Experimente zu Bewegungsvorgängen}, author={Horst Schecker and Jörn Gerdes}, year={1998}, journal={Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 4 (1998)}, number={3}, pages={61--74} }

Artikel in Tagungsbänden

Schecker, H. (2005). Learning Mechanics with Modelling Systems. In Proceedings of the Fifth International ESERA Conference on Contributions of Research to Enhancing Students' Interest in Learning Science, Barcelona, August 2005 (S. 1516–1518). Barcelona.@inproceedings{schecker2005a, title={Learning Mechanics with Modelling Systems}, author={Horst Schecker}, year={2005}, booktitle={Proceedings of the Fifth International ESERA Conference on Contributions of Research to Enhancing Students' Interest in Learning Science, Barcelona, August 2005}, location={Barcelona}, pages={1516--1518}, url={/pubs/schecker/Schecker_ESERA_2005.pdf} }

Schecker, H. (1999). Entwicklung physikalischer Kompetenz bei Nutzung von Modellbildungssoftware. In R. Brechel: Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven (S. 289–292). Alsbach: Leuchtturm.@inproceedings{schecker1999c, title={Entwicklung physikalischer Kompetenz bei Nutzung von Modellbildungssoftware}, author={Horst Schecker}, year={1999}, editor={Brechel, R.}, booktitle={Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven}, location={Alsbach}, publisher={Leuchtturm}, pages={289--292} }

Schecker, H. (1998). Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Forschungskonzeption. In H. Behrendt: Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven (S. 230–232). Alsbach: Leuchtturm.@inproceedings{schecker1998c, title={Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Forschungskonzeption}, author={Horst Schecker}, year={1998}, editor={Behrendt, H.}, booktitle={Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven}, location={Alsbach}, publisher={Leuchtturm}, pages={230--232} }

Gerdes, J. & Schecker, H. (1998). Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Erste Ergebnisse. In H. Behrendt: Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven (S. 227–229). Alsbach: Leuchtturm.@inproceedings{scheckergerdes1998a, title={Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Erste Ergebnisse}, author={Jörn Gerdes and Horst Schecker}, year={1998}, editor={Behrendt, H.}, booktitle={Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven}, location={Alsbach}, publisher={Leuchtturm}, pages={227--229} }

Eigendrucke, Polykopien

Schecker, H., Klieme, E., Niedderer, H., Ebach, J. et al. (1999). Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Förderung physikalischer Kompetenz und systemischen Denkens durch computergestützte Modellbildung (Abschlussbericht für die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG). Universität Bremen, Institut für Bildungsforschung (Bonn).@booklet{gerdesnieddererschecker1999, title={Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Förderung physikalischer Kompetenz und systemischen Denkens durch computergestützte Modellbildung (Abschlussbericht für die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG)}, author={Horst Schecker and Klieme, E. and Hans Niedderer and Ebach, J. and Jörn Gerdes}, year={1999}, location={Universität Bremen, Institut für Bildungsforschung (Bonn)}, url={/pubs/DFG_PMS_Ab.pdf} }