Albert Teichrew

Goethe-Universität Frankfurt am Main · Institut für Didaktik der Physik

Im naturwissenschaftlichen Unterricht setzt hypothesengeleitetes Experimentieren bei den Lernenden eine Grundvorstellung über die untersuchten Zusammenhänge voraus. Die Arbeit mit einem dynamischen Modell soll im didaktischen Konzept der physikalischen Modellbildung die Lücke zwischen einer naturwissenschaftlichen Fragestellung und einer im Experim...

Um Lehr-Lernentwicklungen nachhaltig zu etablieren und Ressourcen möglichst effektiv einzusetzen, erprobt die Goethe-Universität Frankfurt mit ihrem Projekt Digital Teaching and Learning Lab (DigiTeLL) ein zweistufiges Innovationsverfahren bestehend aus einem Inkubator (lokale Entwicklung neuer digitaler Learning Designs) und einem Akzelerator (Abs...

Nowadays, teachers are facing a more and more digitized world, as digital tools are being used by their students on a daily basis. This requires digital competencies in order to react in a professional manner to individual and societal challenges and to teach the students a purposeful use of those tools. Regarding the subject (e.g., STEM), this pur...

Fachunterricht nicht mehr an einer fiktiven Homogenität der Schülerschaft auszurichten, sondern so zu gestalten, dass er allen Schüler*innen gerecht wird, ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Im Physikunterricht ist das Experimentieren ein wesentlicher Zugang, um Wissen oder Arbeitsweisen zu vermitteln und muss daher auch im inklusiven Unterricht eine...

Mit dem digitalen Werkzeug Augmented Reality (AR) können Experimente aus dem Physikunterricht mit digital eingeblendeten, dynamischen Modellen in Echtzeit kombiniert werden (Teichrew & Erb, 2020). Durch die gegenseitige Überprüfung und Reflexion können Modelle leichter verstanden und Experimente besser ausgewertet werden (Radu, 2014). Viele Physikl...

Schon in der Sekundarstufe I des naturwissenschaftlichen Unterrichts kommt eine besondere Bedeutung der Vorstellung zu, dass Materie aus diskreten Teilchen aufgebaut ist. Vor dem Hintergrund, dass dieses Thema anfällig für verschiedene Fehlvorstellungen ist, diese oft schwer abzulegen sind (Lichtfeld 1992, nach Fischler & Reiners, 2006) und es vers...

Practical work is a central element of physics lessons and offers great opportunities to create positive learning environments for pupils in inclusive learning groups. In order to support teaching staff in designing practical work for learners in heterogeneous ability groups, we have developed a teaching concept for inclusive practical work. The co...

The particle model of matter is an integral part of secondary school science education. After having selected several experiments that are useful in conveying adequate conceptions about the particle model of matter, they are now being assessed in the form of interactive video experiments that can be carried out autonomously by secondary school pupi...

Understanding and creating physical models are a main part of the scientific way of acquiring knowledge and are embedded in curricula. Yet, pupils and teachers often have difficulties with these aspects of science lessons. Augmented Reality (AR) is a digital tool to superimpose virtual visualisations on real backgrounds. It can help linking models...

Ausgangslage: Augmented Reality (AR) bietet als digitales Werkzeug neue Möglichkeiten, die auch in der Lehre immer häufiger zum Einsatz kommen. So erhält das klassische physikalische Praktikum eine digitale Transformation: Anstatt die Versuchsanleitung rezeptartig abzuarbeiten, werden in zwei neuen Versuchen mithilfe dynamischer 3D-Modelle Hypothes...

Physikalische Modelle sind als Teil der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung in den Bildungsstandards verankert. Studien zeigen jedoch, dass selbst Lehrkräfte häufig Schwierigkeiten mit abstrakten Modellen haben und diese daher weniger häufig explizit im Unterricht behandelt werden. Das digitale Werkzeug Augmented Reality (AR) ermöglicht, re...

In Elektroautos sind meist permanenterregte Synchronmotore verbaut. Im Artikel werden mehrere Experimente, die das Grundprinzip zeigen, sowie eine Simulation zur Erzeugung des Drehfeldes vorgestellt. Insbesondere lässt sich damit in Augmented Reality (AR) die Grundidee am Experiment vermitteln. Veröffentlich in: NiU Physik, 33(189/190), 17–21. http...

Modellbildung ist ein wichtiger Aspekt naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung mit der hypothetisch-deduktiven Methode. Qualitative Befragungen zeigen, dass sowohl bei Lernenden als auch bei Lehrenden oft alternative Vorstellungen zur Natur der Naturwissenschaft vorherrschen. Die Konstruktion effizienter und vom inhaltlichen Kontext unabhängige...

Practical work is a central element of physics lessons and offers great opportunities to create positive learning environments for pupils in inclusive learning groups. In order to support teaching staff in designing practical work for learners in heterogeneous ability groups, we have developed a teaching concept for inclusive practical work. The co...

Experimente erfüllen im Physikunterricht eine wichtige Funktion. Sie können ein Phänomen anschaulich zeigen, zum Handeln motivieren oder helfen, eine Hypothese zu überprüfen. Für die Erkenntnisgewinnung ist der letzte Punkt entscheidend. Hierzu gilt es vorab, eine Fragestellung und eine Hypothese zu generieren. Im Idealfall machen die Schülerinnen...

Die mathematische Darstellung einer räumlichen Verteilung von physikalischen Größen ist auf den ersten Blick komplex, aber für viele Anwendungen unerlässlich. Mithilfe der App GeoGebra 3D Rechner lassen sich Visualisierungen abstrakter Strukturen modellieren und in Augmented-Reality-(AR-)Experimenten betrachten.

Mit der App Science Journal kann man nicht nur die Daten der integrierten Sensoren auslesen, sondern hat darüber hinaus ein digitales Notizbuch für verschiedene Experimente an einem Ort.

Mit dem GeoGebra 3D Rechner lassen sich Visualisierungen abstrakter Strukturen modellieren und mithilfe der App auf einem Smartphone oder Tablet als virtuelle Objekte in den realen Raum platzieren. Damit wird eine Erweiterung realer Experimente mit idealen Darstellungen ermöglicht, die als Augmented Reality-Experimente bezeichnet werden. Virtuelle...

Bei der Vermittlung physikalischer Inhalte und naturwissenschaftlicher Forschungsprozesse spielt die Verknüpfung von Theorie und Experiment zur Erklärung physikalischer Phänomene eine bedeutende Rolle. Der Einsatz einer Geometrie-Software wie GeoGebra stellt ein einfaches Werkzeug zur Visualisierung physikalischer Modelle in Form dynamischer Konstr...

To understand and create models in physics, teachers need to improve their modelling competences. Combining virtual models with real experiments via Augmented Reality can help, as part of a continuing professional development (CPD) for secondary physics teachers.

Schüler*innenexperimente sind ein zentrales Element des Physikunterrichts und bieten in inklusiven Lerngruppen große Chancen, gewinnbringende Lernsettings zu gestalten. Da der Erfolg inklusiven Unterrichts maßgeblich vom Engagement der Lehrkräfte abhängt (Boer, 2012; Seifried, 2015), sind deren Sichtweisen auf Schüler*innenexperimente sehr relevant...

Mithilfe von Augmented Reality lassen sich reale Experimente mit virtuellen Messwerkzeugen und Visualisierungen physikalischer Konzepte erweitern. Für ein besseres Verständnis der Optik werden in dem vorgestellten Einsatzszenario Lichtwege am ebenen Spiegel modelliert und über die reale Beobachtung eines Spiegelbildes eingeblendet. Um sich im Vorfe...

Mit dem Sommersemester 2020 wurde an der Goethe-Universität Frankfurt am Main die Veranstaltung ‚Fachdidaktische Vertiefung der modernen Physik‘ durch ein neues Übungsformat erweitert. Studierende erstellen aus bereits gefilmten Experimenten interaktive Experimentiervideos, die für den Einsatz im Schulunterricht geeignet sind. Ein Ziel ist hierbei,...

Sowohl das Arbeiten mit Modellen als auch das Experimentieren sind wesentliche Bestandteile der Erkenntnisgewinnung. Im naturwissenschaftlichen Unterricht finden beide Prozesse häufig getrennt voneinander statt. Das digitale Werkzeug Augmented Reality (AR) ermöglicht es, ein reales Experiment zeitgleich durch ein digitales Modell zu überlagern. Die...

Bei der Betrachtung der gebogenen Potentialfläche oder anderer dreidimensionaler Darstellungen auf dem Bildschirm hängt die gewonnene Erkenntnis häufig von der gewählten Perspektive ab. Selbst wenn die gewinnbringende Perspektive bekannt ist, stellt der Weg mit Maus und Tastatur dorthin seine eigene kognitive Herausforderung dar. Der Umgang mit sol...

Das Schülerlabor Optik mit Modellen und Experimenten, das an der Goethe-Universität Frankfurt am Main angeboten wird, wurde als Online-Kurs mit vier Modulen zu Licht, Schatten, Spiegel und Farben virtualisiert. Zu jedem behandelten Phänomen wurden interaktive Modelle und Bildschirmexperimente gestaltet, die nacheinander mithilfe der Anleitungen eig...

Virtuelle Lernangebote sind als Ergänzung sowohl für den Schulunterricht als auch in der Hochschullehre von großer Wichtigkeit. Besondere Herausforderungen ergeben sich dabei jedoch im Zusammenhang mit dem Experimentieren in den naturwissenschaftlichen Fächern. Interaktive Experimentiervideos können hier eine Lösung sein. Dabei handelt es sich um V...

Modellieren ist ein wichtiger Bestandteil der physikalischen Erkenntnisgewinnung, doch Schüler*innen haben damit häufig Schwierigkeiten (Fruböse, 2010). Das digitale Hilfsmittel Augmented Reality (AR) kann dazu dienen, Experiment und Modell stärker in Beziehung zu setzen (Furht, 2011). Lehrkräfte und Lehramtsstudierende schätzen ihre eigenen, dafür...

In einer Bildungslandschaft, in der die Schüler:innenschaft von allgemeinbildenden Schulen immer heterogener wird, gewinnen inklusive Unterrichtskonzepte insbesondere für den naturwissenschaftlichen Fachunterricht zunehmend an Bedeutung. Das BMBF-geförderte Projekt „Fortbildung zum inklusiven Experimentieren im Physikunterricht” (FINEX), welches Te...

Modelling is an essential step in acquiring scientific knowledge, serving as the basis for experimenting and interpreting collected data. The teaching and research project presented in this paper used an online learning environment to prepare students for experiments in optics, implementing dynamic models created with GeoGebra to encourage virtual...

Mit der App Science Journal kann man nicht nur die Daten der integrierten Sensoren auslesen, sondern hat darüber hinaus ein digitales Notizbuch für verschiedene Experimente an einem Ort.

In einer Bildungslandschaft, in der die Schüler:innenschaft von allgemeinbildenden Schulen immer heterogener wird, gewinnen inklusive Unterrichtskonzepte insbesondere für den naturwissenschaftlichen Fachunterricht zunehmend an Bedeutung. Das BMBF¬- geförderte Projekt „Fortbildung zum inklusiven Experimentieren im Physikunterricht” (FINEX), welches...

Die Durchführung von Experimenten ist eine verbreitete Methode des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Jedoch ist Experimentieren kein Selbstzweck, sondern ein wesentlicher Schritt der Erkenntnisgewinnung. In diesem Kontext ist eine vorhergehende Auseinandersetzung mit dem realen Phänomen und einem dafür konstruierten Modell sinnvoll. Der am Beisp...

Das Schülerlabor "Optik mit Modellen und Experimenten", das an der Goethe-Universität Frankfurt am Main angeboten wird, wurde als Online-Kurs mit vier Modulen zu Licht, Schatten, Spiegel und Farben virtualisiert. Zu jedem behandelten Phänomen wurden interaktive Modelle und Bildschirmexperimente gestaltet, die nacheinander mithilfe der Anleitungen e...

Experimente als klassische Unterrichtsmedien werden zunehmend durch digitale Medien erweitert oder gänzlich ersetzt. Anknüpfend an eine Taxonomie für immersive Technologien wird im vorliegenden Beitrag eine dreidimensionale Klassifikation digitalisierter Experimente aufgestellt. Sie basiert auf der Unterscheidung, ob im realen oder virtuellen Raum...

Real situations are overlaid with virtual information using augmented reality technology. In a learning environment, this technology could give everyday relevance to abstract concepts. In this paper, we will show how physical structures in typical experiments can be simply augmented by virtual objects in physics classes. This is achieved by modelli...

Mit der Geometrie-Software GeoGebra lassen sich 3D-Objekte zur Visualisierung abstrakter Ideen dynamisch modellieren. Mit der App GeoGebra 3D Grafikrechner können die Modelle auch auf einem Smartphone oder Tablet aufgerufen und bearbeitet werden. Darüber hinaus ist es möglich, sie mit der Augmented Reality-Funktion auf beliebige Strukturen einzuble...

Im Physikunterricht ist das Arbeiten mit Modellen ein wesentlicher Bestandteil der Erkenntnisgewinnung, doch Schüler*innen bereitet das abstrakte Modellieren häufig Schwierigkeiten. Mithilfe des Ansatzes der Augmented Reality (AR) können diese Schwierigkeiten durch die Kombination aus realem Experimentieren und gleichzeitigem, digitalen Modellieren...

Auch 11 Jahre nach der Ratifizierung der UN-Behindertenrechtskonvention mangelt es an Unterrichtskonzepten insbesondere für den inklusiven Physikunterricht. Experimente werden als das wichtigste Medium des Physikunterrichts angesehen. Das Projekt „Fortbildung zum inklusiven Experimentieren im Physikunterricht” (FINEX) möchte beides verbinden und ha...

Modellieren ist ein wichtiger Bestandteil der physikalischen Erkenntnisgewinnung, doch Schülerinnen und Schüler haben damit häufig Schwierigkeiten. Das digitale Hilfsmittel Augmented Reality (AR) kann dazu dienen, Experiment und Modell stärker in Beziehung zu setzen. Lehrkräfte und Lehramtsstudierende schätzen ihre eigenen, dafür benötigten digital...

Mit der Geometrie-Software GeoGebra lassen sich 3D-Objekte zur Visualisierung abstrakter Ideen dynamisch modellieren. Mit der App GeoGebra 3D Grafikrechner können die Modelle auch auf einem Smartphone oder Tablet aufgerufen und bearbeitet werden. Darüber hinaus ist es möglich, sie mit der Augmented Reality-Funktion auf beliebige Strukturen einzuble...

Konzept zur Gestaltung von inklusiven Schüler*innenexperimenten

Anknüpfend an die Untersuchung von Hofmann & Erb (2018) wird in einem Projekt an der Goethe-Universität Frankfurt am Main die eingeschätzte Überzeugungskraft von Experimenten zum Teilchenmodell untersucht. Die Vorführung einzelner Experimente trägt nur in einem begrenzten Umfang dazu bei, dass Lernende ihre individuellen Teilchenbilder hinterfragen...

Modellieren von Phänomenen oder Simulieren komplexer Systeme ist aus Wissenschaft und Technik nicht mehr wegzudenken. Mit der Geometrie Software GeoGebra erstellte dynamische Modelle eignen sich zum virtuellen Experimentieren und tragen zur Hypothesenbildung bei. Reale Experimente stellen zwar die reinste Form der wissenschaftlichen Auseinandersetz...

Mit der Geometriesoftware GeoGebra lassen sich die wesentlichen Inhalte der geometrischen Optik abdecken: Reflexions- und Brechungsgesetz, Brechung beim Ein- und Austritt sowie die Konstruktion von optischen Abbildungen. Außerdem wird ein Weg aufgezeigt, wie die Eigenschaften von Modellen in mit Augmented Reality angereicherten Experimenten diskuti...

Die Kenntnis von alternativen Vorstellungen bei Schülerinnen und Schülern ist eine Voraussetzung für die Entwicklung von Lernumgebungen zur Förderung physikalisch gültiger Konzepte. Die erste Begegnung mit der Physik stellt häufig die Optik dar, weshalb hier eine frühzeitige Etablierung von anschlussfähigen Denkmodellen für die weitere Beschäftigun...

Modellieren von Phänomenen oder Simulieren komplexer Systeme ist aus Wissenschaft und Technik nicht mehr wegzudenken. Mit der Geometrie Software GeoGebra erstellte dynamische Modelle eignen sich zum virtuellen Experimentieren und tragen zur Hypothesenbildung bei. Reale Experimente stellen zwar die reinste Form der wissenschaftlichen Auseinandersetz...

Die mathematische Darstellung einer räumlichen Verteilung physikalischer Größen ist für viele Anwendungen unerlässlich. Mithilfe der App GeoGebra 3D Grafikrechner lassen sich Visualisierungen dieser abstrakten Strukturen modellieren und in Augmented Reality betrachten.

Die Kenntnis von alternativen Vorstellungen bei Schülerinnen und Schülern ist eine Voraussetzung für die Entwicklung von Lernumgebungen zur Förderung physikalisch gültiger Konzepte. Die erste Begegnung mit der Physik stellt häufig die Optik dar, weshalb hier eine frühzeitige Etablierung von anschlussfähigen Denkmodellen für die weitere Beschäftigun...

Modelling is an essential step in acquiring scientific knowledge. It serves as the basis for experimenting and interpreting collected data. A teaching project funded by the Joachim Herz Stiftung used an online learning environment to prepare students for optical experiments. Dynamic models created with GeoGebra were implemented to encourage virtual...

Modellbildung ist ein wesentlicher Schritt naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung und eine wichtige Voraussetzung für ein gezieltes Experimentieren und sinnvolles Interpretieren der gewonnenen Daten. In einem von der Joachim Herz Stiftung geförderten Lehrvorhaben wird im physikalischen Praktikum zur Vorbereitung auf Versuche der Geometrischen...

Modellbildung ist neben der Durchführung von Experimenten ein wesentlicher Schritt natur-wissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Die Erfahrung zeigt, dass das Experimentieren und vor allem das Interpretieren der gewonnen Daten schwerfällt, wenn das physikalische Modell nicht verstanden wurde, das dem Experiment zugrunde liegt. Das Durcharbeiten ein...

Modellbildung ist ein wesentlicher Schritt naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung und eine wichtige Voraussetzung für ein gezieltes Experimentieren und sinnvolles Interpretieren der gewonnenen Daten. In einem von der Joachim Herz Stiftung geförderten Lehrvorhaben wird im physikalischen Praktikum zur Vorbereitung auf Versuche der Geometrischen...

Modellbildung ist neben der Durchführung von Experimenten ein wesentlicher Schritt naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Die Erfahrung zeigt, dass das Experimentieren und vor allem das Interpretieren der gewonnen Daten schwerfällt, wenn das physikalische Modell nicht verstanden wurde, das dem Experiment zugrunde liegt. Das Durcharbeiten eine...

Als Teil des Wissenschaftsverständnisses spielt Modellverständnis eine große Rolle für die Erkenntnisgewinnung. Der Umgang mit Modellen ist entscheidend dafür, welches Bild der Physik vermittelt wird. Mit der Forderung nach einem „Lernen über Modelle“ wird einer unreflektierten Verwendung physikalischer Modelle ohne Kenntnis ihrer Annahmen und Gren...

Die Entstehung schwerer Elemente von Eisen bis Uran bleibt eine der wichtigen physikalischen Fragen des neuen Jahrhunderts. Dass der Ursprung der Materie bislang nicht im vollen Umfang im Unterricht behandelt wird, ist daher naheliegend. Es bietet sich jedoch an, das oft bestätigte Interesse an astrophysikalischen Inhalten zu nutzen und mithilfe de...

Die Entstehung schwerer Elemente von Eisen bis Uran bleibt eine der wichtigen physikalischen Fragen des 21. Jahrhunderts. Dass der Ursprung der Materie bislang nicht im vollen Umfang im Unterricht behandelt wird, ist daher naheliegend. Es bietet sich jedoch an, das oft bestätigte Interesse an astrophysikalischen Inhalten zu nutzen und mithilfe der...

Die Nukleosynthese schwerer Elemente mit langsamen Neutroneneinfängen (s-Prozess) verläuft nach klaren Regeln: Ist das entstandene Nuklid stabil, wird es bei gleichbleibenden Neutronenfluss ein weiteres Mal um ein Neutron schwerer. Ist das entstandene Nuklid instabil, wird es sich nach einer bestimmten Zeit gemäß seiner Kernzusammensetzung umwandel...

Exponentielle Prozesse treten in den verschiedensten Bereichen der Physik auf und man wünscht sich Versuche, bei denen die exponentiell abnehmende Größe direkt sichtbar ist. Die Entleerung eines mit Wasser gefüllten Zylinders über eine Kapillare ist eine solche Möglichkeit. Im ersten Teil wird theoretisch gezeigt, dass die Volumenänderung einer Was...

2016 erschienen: Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule, 65(5), 43–47. Exponentielle Prozesse treten in den verschiedensten Bereichen der Physik auf und man wünscht sich Versuche, bei denen die exponentiell abnehmende Größe direkt sichtbar ist. Die Entleerung eines mit Wasser gefüllten Zylinders über eine Kapillare ist eine solche M...