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MINT-Lernzentrum: Unterricht lernwirksam gestalten. Der Aufbau intelligenten Wissens mit kognitiv aktivierenden Lernformen Dr. Ralph Schumacher Prof. Dr.

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1 MINT-Lernzentrum: Unterricht lernwirksam gestalten. Der Aufbau intelligenten Wissens mit kognitiv aktivierenden Lernformen Dr. Ralph Schumacher Prof. Dr. Nobert Hungerbühler, Prof. Dr. Elsbeth Stern, Prof. Dr. Andreas Vaterlaus

2 Luzern 20122D-PHYS Ein Fahrstuhl wird in einem Fahrstuhlschacht von einem Stahlseil mit konstanter Geschwindigkeit nach oben gezogen (vgl. Skizze). Alle Reibungskräfte sind zu vernachlässigen. In diesem Fall gilt für die Kräfte, die auf den Fahrstuhl ausgeübt werden: (A)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist grösser als die nach unten gerichtete Schwerkraft. (B)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist genau so gross wie die nach unten gerichtete Schwerkraft. (C)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist geringer als die nach unten gerichtete Schwerkraft. (D)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist grösser als die Summe aus der nach unten gerichteten Schwerkraft und der nach unten gerichteten Kraft des Luftdrucks. (E)Keine der obigen Antworten ist richtig. (Der Fahrstuhl bewegt sich nach oben, weil das Seil aufgewickelt wird, aber nicht deshalb, weil das Seil eine Kraft auf den Fahrstuhl ausübt).

3 Luzern 20123D-PHYS Ein Fahrstuhl wird in einem Fahrstuhlschacht von einem Stahlseil mit konstanter Geschwindigkeit nach oben gezogen (vgl. Skizze). Alle Reibungskräfte sind zu vernachlässigen. In diesem Fall gilt für die Kräfte, die auf den Fahrstuhl ausgeübt werden: (A)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist grösser als die nach unten gerichtete Schwerkraft. (B)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist genau so gross wie die nach unten gerichtete Schwerkraft. (C)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist geringer als die nach unten gerichtete Schwerkraft. (D)Die nach oben gerichtete Kraft durch das Seil ist grösser als die Summe aus der nach unten gerichteten Schwerkraft und der nach unten gerichteten Kraft des Luftdrucks. (E)Keine der obigen Antworten ist richtig. (Der Fahrstuhl bewegt sich nach oben, weil das Seil aufgewickelt wird, aber nicht deshalb, weil das Seil eine Kraft auf den Fahrstuhl ausübt). 12% der ETH-Studierenden lösen die Aufgabe

4 4 TIMS/III Aufgabe: Die Beschleunigung eines sich geradlinig bewegenden Objektes kann bestimmt werden aus Der Steigung des Weg-Zeit-Graphen Der Fläche unter dem Weg-Zeit-Graphen Der Steigung des Geschwindigkeits-Zeit-Graphen Der Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeit-Graphen Prozent korrekte Lösung bei deutschen Abiturienten Deutschland: 47% Schweiz: 60% International 67%

5 Warum können Maturanden die Aufgabe nicht lösen? Beschleunigung wurde als Definition in der Physik gelernt und längst wieder vergessen Der Graph wurde nicht als Denkinstrument verstanden, sondern als Darstellungsmöglichkeiten Weg-Zeit-Graph ist bekannt, mit Bekanntem fährt man besser Konzeptuelles Verständnis wie "Rate der Veränderung" wurde nicht erarbeitet

6 Intelligentes Wissen ist nach abstrakten Kriterien geordnet, die den Wissenstransfer erleichtern.

7 In allen drei Fällen wird mechanische Energie gespeichert.

8 8 Was ist eine Maschine?

9 ETH Folienlayout9 Unter einer Maschine versteht man in der Physik eine Vorrichtung, welche Ansatzpunkt, Richtung oder Größe einer Kraft verändern, um die vorhandene Kraft möglichst zweckmäßig zur Verrichtung von Arbeit einzusetzen. PhysikKraftArbeit

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11 11 Wann ist der Gürtel eine Maschine?

12 MINT-Zentrum Wie können Lehrpersonen und Lehr- und Lernforscher zusammen die Lernwirksamkeit von Unterricht verbessern? Elemente zur kognitiven Aktivierung in den Unterricht einbauen Unterrichtsentwürfe für Standardthemen (z.B. Mechanik, Algebra) und für neue Themen (mobile Energiequellen, Flussrevitalisierung) Intensive Fortbildung von und mit Lehrpersonen 12

13 Wie lässt sich der Erwerb intelligenten Wissens fördern? (1) Die Vorstellungen der Lernenden kennen und nutzen (2) Kognitiv aktivierende Phänomene als Einstieg verwenden (3) Erfinden mit kontrastierenden Fällen (4) Aufträge für Selbsterklärungen geben (5) Holistische Konfrontation von Modellen (6) Metakognitive Fragen stellen

14 Wie lässt sich der Erwerb intelligenten Wissens fördern? (1) Die Vorstellungen der Lernenden kennen und nutzen (2) Kognitiv aktivierende Phänomene als Einstieg verwenden (3) Erfinden mit kontrastierenden Fällen (4) Aufträge für Selbsterklärungen geben (5) Holistische Konfrontation von Modellen (6) Metakognitive Fragen stellen

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16 Wie lässt sich der Erwerb intelligenten Wissens fördern? (1) Die Vorstellungen der Lernenden kennen und nutzen (2) Kognitiv aktivierende Phänomene als Einstieg verwenden (3) Erfinden mit kontrastierenden Fällen (4) Aufträge für Selbsterklärungen geben (5) Holistische Konfrontation von Modellen (6) Metakognitive Fragen stellen

17 Wie kommt es, dass ein großes, schweres Schiff aus Stahl nicht untergeht, ein kleines Stück Stahl aber schon?

18 Wie lässt sich der Erwerb intelligenten Wissens fördern? (1) Die Vorstellungen der Lernenden kennen und nutzen (2) Kognitiv aktivierende Phänomene als Einstieg verwenden (3) Erfinden mit kontrastierenden Fällen (4) Aufträge für Selbsterklärungen geben (5) Holistische Konfrontation von Modellen (6) Metakognitive Fragen stellen

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20 Wie lässt sich der Erwerb intelligenten Wissens fördern? (1) Die Vorstellungen der Lernenden kennen und nutzen (2) Kognitiv aktivierende Phänomene als Einstieg verwenden (3) Erfinden mit kontrastierenden Fällen (4) Aufträge für Selbsterklärungen geben (5) Holistische Konfrontation von Modellen (6) Metakognitive Fragen stellen

21 Bei Selbsterklärungen handelt es sich um Erklärungen, die man für sich selber entwickelt, um sich einen Sachverhalt verständlich zu machen. Selbsterklärungen sind für die Konstruktion von Wissen sowie für die Integration neuer Informationen in das bereits vorhandene Vorwissen von zentraler Bedeutung. Wie erkläre ich den Unterschied zwischen Kraft und Impuls?

22 Metakognitive Fragen Anleitung zur Reflexion über die eigenen Lernprozesse: 1) Kontrolle der eigenen Lernfortschritte 2) selbständiges Aufdecken von Verstehensillusionen 3) gezielte Gestaltung der eigenen Wissensorganisation

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


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