Vorlesung SoSe 2014 Einführung in die Physik Susanne Heinicke Juniorprofessorin . Institut für Physik und ihre Didaktik

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Überblick physikalische Themen in der GS Wasser Luft Wärme und Kälte Licht und Schatten Magnetismus

Überblick physikalische Themen in der GS Licht Feuer Wasser Luft Schall Stromkreislauf, Modelle und Sicherheitsregeln Kraftübertragung, Kräfte, Statik, Bewegung,, Beschleunigung, Wärme(dämmung) Energieumwandlung (Wasser, Wind, Licht, Kohle)

Inhalte der Vorlesung Wasser Luft Licht und Schatten Licht (Optik) Feuer Schall Mechanik: Kräfte Magnetismus Elektrizität (2x) Energieumwandlung Noch ein Termin frei

Thema 1 Die Welt aus Sicht der Physik Die Physik aus Sicht der Welt

Einstiegsfragen Bis wann Physik in der Schule? Wie beliebt? 1-5 Selbsteinschätzung Können 1-5 Selbsteinschätzung Erfolg

Was ist Physik?

Was ist Physik? „Physik ist, wenn man scheinbar einfache Sachen Antwort Physiker: „Physik ist, wenn man scheinbar einfache Sachen - die aber bei genauem Hinsehen ungeheuer kompliziert sind - so einfach wie möglich erklärt.“

Was ist Physik? Beispiel Trambahn am Hang

Was ist Physik? Beispiel Trambahn am Hang

Was ist Physik?

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Hertz (1894): „Es ist die nächste und in gewissem Sinne wichtigste Aufgabe unserer bewussten Naturerkenntnis, dass sie uns befähige, zukünftige Erfahrungen vorauszusehen, um nach dieser Voraussicht unseres gegenwärtiges Handeln einrichten zu können … Das Verfahren aber … ist dieses: Wir machen uns innere Scheinbilder oder Symbole der äußeren Gegenstände, und zwar machen wir sie von solcher Art, dass die denknotwendigen Folgen der Bilder stets wieder die Bilder seien von den notwendigen Folgen der abgebildeten Gegenstände.“

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Wann ist ein Modell ein gutes Modell? Atommodelle

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Wann ist ein Modell ein gutes Modell? Atommodelle Modelle für Licht

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Der Modellbegriff (Modell-)Subjekt (S) kann Modellbauer oder –nutzer sein (Modell-)Original (O) jedes wie auch immer erfahrbare oder erkennbare Objekt/Phänomen kann Modelloriginal sein S O Verhalten informationelle Beziehung Analogie Übereinstimmung von mindestens zwei voneinander unterschiedenen Objekten in mindestens einem ihrer Merkmale Analogie M Informationelle Beziehung liegen vor, wenn Modellsubjekt einem Modelloriginal Informationen über ein Modell entnimmt oder in diesem speichert

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Welt der naturwissenschaftlichen Modelle Gestaltungsspielraum der Wissenschaft des (Sach-) Unterrichts Diskrepanz Welt der Phänomene (Realität) in Anlehnung an Weizsäcker (1964)

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Modelle und Veranschaulichungen im Elementar- und Primarbereich Rolle der Lehrkraft: Vermittlerposition zwischen Fachinhalt und Lernenden Lernenden zuhören Fachinhalt aufbereiten Zugänge schaffen

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Modelle und Veranschaulichungen im Elementar- und Primarbereich Wichtig: adäquates fachliches Hintergrundwissen über Lerngegenstand im SU hinaus Anschlussfähigkeit für Sekundarbereich

Mythen über Naturwissenschaften (McComas) Das war: Mythos 1: Naturwissenschaftliche Modelle repräsentieren die Realität.

Mythen über Naturwissenschaften (McComas) Mythos 4: Es gibt eine allgemeine und universell einsetzbare Methode der Naturwissenschaften

Experimente im Sachunterricht Was ist ein Experiment? Unterscheidung notwendig! Experiment in der Wissenschaft Experiment im Unterricht

Experimente im Sachunterricht Wissenschaftliches Experiment vs. Experiment im Unterricht Experiment in der Wissenschaft Experiment im Unterricht Ziel: Erkenntnisfortschritt für die Wissenschaft neues Wissen durch Begründung, Bestätigung oder Verwerfung einer wissenschaft- lichen Hypothese Ziel: Erkenntnisfortschritt für die Lernenden Reproduktion wissenschaftlich bekannten Wissens zu Bildungs- zwecken „wissenschaftliches Experiment“ „(Schul-) Versuch“

Experimente im Sachunterricht Das Experiment in der Wissenschaft „Das Experiment in der physikalischen Forschung ist ein wiederholbares, objektives, d.h. vom Durchführenden unabhängiges Verfahren zur Erkenntnisgewinnung. Unter festgelegten und kontrollierbaren Rahmenbedingungen werden Beobachtungen und Messungen an physikalischen Prozessen und Objekten durchgeführt.“ aus Kircher et al. (2010, 244)

Experimente im Sachunterricht motivationale Komponente Anschaulichkeit Möglichkeit der Weltbegegnung und Selbsterfahrung: haptisch, optisch, … Erkläre mir, und ich vergesse. Zeige mir, und ich erinnere. Lass es mich tun, und ich verstehe. Konfuzius

Mythen über Naturwissenschaften Mythos 13: Hypothesen werden erst zu Theorien, dann zu (Natur)Gesetzen.

Mythen über Naturwissenschaften Mythos: Von der Hypothese zum Gesetz unzutreffende Annahme: „nur eine Theorie“ Beobachtung Hypothese Theorie Gesetz Hypothesen behaupten Zusammenhang zwischen mindestens zwei Variablen. lassen sich z.T. in die Form mathematischer Sätze bringen.

Mythen über Naturwissenschaften Mythos: Von der Hypothese zum Gesetz Gesetze sind strukturell mit Hypothesen identisch. können aus empirisch „bewährten“ Hypothesen hervorgehen. Theorien sind ganze Systeme von wissenschaftlichen Sätzen (Gesetzen). Relativitätstheorie

Mythen über Naturwissenschaften Mythos 6: Die Wissenschaft und ihre Methoden liefern absolute Beweise.

Mythen über Naturwissenschaften Mythos: Naturwissenschaften beweisen Naturwissenschaften können nicht beweisen eine naturwissenschaftliche Theorie kann nur widerlegt, aber nie bewiesen werden „Schwanenbeispiel“ Theorie: Es gibt nur weiße Schwäne Fund eines weißen Schwans: Bestärkung der Theorie, aber kein Beweis, da potenzielle Existenz eines schwarzen Schwans nicht ausgeschlossen werden kann. Fund eines schwarzen Schwans: Widerlegung der Theorie (Falsifikation).

Mythen über Naturwissenschaften Mythos 15: Naturwissenschaft ist ein eigenbrötlerisches Bestreben.

Draw a scientist

Draw a scientist Draw a scientist 26% of students drew a   Lab coat 20% of  students drew  Eyeglasses 27% of students drew untamed hair 44% of students drew scientific tools (desk, table, test tubes) 51% drew a male scientist 27% drew a female scientist 22% drew no gender preference Beispiel

Draw a scientist - warum ist das wichtig? Stereotypen festigen sich früh – schaffen Distanz zu Lebenswelt der Kinder Vor allem Mädchen können sich abgeschreckt fühlen Have you ever searched the Internet for an image of a scientist? Of the first 20 images in a Google image search, only two are women, all are white, and most have either too much or too little hair. Oh and most are sporting spectacles. Have you ever asked a seventh grader to draw a picture of a scientist? A while back Fermilab did just this, before and after a tour of the lab space. Before the students met some real life scientist they mostly drew white men in lab coats, some bald, some with Einsteinian hair. And do you know how many American adults can count a scientist among their close friends? Less than 20 percent.  This website is dedicated to changing the overwhelming stereotype that science is conducted behind closed doors by unapproachable old, white men. While some scientists do work in a lab, others spend their days traveling the world looking for rare insects, or underwater studying sharks, or up a volcano collecting rocks. Scientists enjoy food, dancing, music, and traveling. There are many women in science, and the number of minorities in the field is steadily increasing. 

Mythen über Naturwissenschaften Mythos 9: Wissenschaftler sind besonders objektiv. Mythos 12: Naturwissenschaftliche Erkenntnis wird schnell und direkt akzeptiert.

Die Naturwissenschaft – ein objektives Streben nach Wahrheit?

Mythen über Naturwissenschaften Mythos 8:Die (Natur)Wissenschaft und ihre Methoden kann alle Fragen beantworten.