Hartmut Wiesner

• Professor
• Professor Emeritus at Ludwig-Maximilians-Universität in Munich

The project described here was aimed at developing and evaluating a novel curriculum with corresponding instructional materials for middle school students on an introduction to Newtonian mechanics, based on physics education research findings. A case study showed that teachers who attended a half-day workshop on the curriculum subsequently enacted...

Nach wie vor zählt die Mechanik zu den schwierigsten Inhaltsbereichen der Schulphysik. Auch Lehrkräfte berichteten von Lernschwierigkeiten und erwarteten gute Unterrichtskonzepte von der Physikdidaktik. Im Rahmen eines Design-Based Research Ansatzes wurde die Lernwirksamkeit einer zweidimensional-dynamischen Sachstruktur für den Mechanikunterricht...

Thanks to their sensors and the large number of apps available, smartphones can be used as a useful tool to carry out new laboratory experiments in physics. 1–3 Such devices, very popular among young people, may be a successful approach to improve students' interest in the subject, particularly in a medical context. In addition to their small...

Photorefraction is a method to easily estimate the refractive state of the eye. The principle of photorefraction involves projecting light into the eye during flash photography and then examining the paths of light that emerge from the pupil after scattering on the back portion of the interior of the eyeball (fundus). We will explain the optical pr...

Dem Forschenden Lernen wird nachgesagt, dass es zur Förderung des Verständnisses naturwissenschaftlicher Inhalte geeignet sei. Der Erwerb von Theoriewissen über Beziehungen zwischen nicht direkt beobachtbaren theoretischen Entitäten ist dabei ohne besondere Unterstützung jedoch kaum zu erwarten. Es wurde untersucht, inwiefern die Präsentation theor...

In the course of inquiry activities similar to those of real scientists, learners are supposed to develop knowledge both on the level of observable phenomena and on the level of explanatory theories. However, some theories involve theoretical entities (e.g., “Weiss domains”) that cannot be observed directly and therefore may be hard to discover. Pr...

Im Vortrag wird ein Beispiel für nutzenorientierte Grundlagenforschung bzw. ein Beispiel für ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt im Rahmen des Design-Based-Research-Ansatzes vorgestellt. Indem entsprechende Vorarbeiten aufgezeigt werden, wird der zyklische Prozess von theoriebasierter Entwicklung, Erprobung und empirischer Wirkungsforschung her...

Am 22. November fand im Senckenbergmuseum die Preisverleihung des Polytechnikpreises 2011 statt. Diesen Preis hat die Stiftung Polytechnische Gesellschaft Frankfurt/Main neu geschaffen, um Impulse für unterrichtsnahe fachdidaktische Forschung zu setzen. Der Preis wurde ausgelobt für die Entwicklung herausragender innovativer Lehr- und Lernkonzepte...

Prior knowledge is one of the most important factors for learning. During the iterative cycles of inquiry learning, learners' prior domain knowledge is modified, refined, and further developed, provided that learners act upon self-assessments of their understanding and that they can actually think of appropriate hypotheses. Furthermore, knowledge a...

Scientists use models to describe and explain observed physical phenomena and to predict the outcomes of new phenomena. Choosing a productive model for describing or explaining a phenomenon is a routine part of the work of scientists but a rare exercise for our students. Students have difficulties understanding the meaning of the word 'model' and u...

In einer vergleichenden Untersuchung mit quantitativen und qualitativen Erhebungen wurde ein Unterrichtskonzept für die 7. Jahrgangsstufe des Gymnasiums evaluiert, welches ausgehend von zweidimensionalen Bewegungen über dynamische Betrachtungen in die Newtonsche Mechanik einführt, und dieses Konzept wurde mit dem traditionellen eindimensionalen Zug...

Dass diese Fragen wohl kaum final beantwortbar sind ändert nichts an ihrer Relevanz: Angesichts eines ständig anwachsenden Schatzes an kulturell bedeutsamen Wissen bei gleichzeitiger Verringerung – zumindest nicht Erweiterung – der Zeitspanne für institutionalisierte Bildungsprozesse ist eine gut begründete Auswahl von Inhalten dringend notwendig....

Vor dem Hintergrund nachhaltiger Erfolglosigkeit des Physikunterrichts und besonders auch des Mechanikunterrichts erscheint dringender Handlungsbedarf für die Physikdidaktik. Bisherige Studien zeigten, dass verschiedene Unterrichtsmethoden nur wenig auf die Lernleistung zurückwirken, die Auswirkungen unterschiedlicher Sachstrukturen sind – wie vers...

Teaching physics in the context of medicine or biology is a way to generate students' interest in physics. A more uncommon type of eye, the scallop's eye (an eye with a spherical concave mirror, which is similar to a Newtonian or Schmidt telescope) and the image-forming mechanism in this eye are described. Also, a simple eye model, which can easily...

We describe a model of the human eye that incorporates a variable converging lens. The model can be easily constructed by students with low-cost materials. It shows in a comprehensible way the functionality of the eye's optical system. Images of near and far objects can be focused. Also, the defects of near and farsighted eyes can be demonstrated.

A whiplash event is a relative motion between the head and torso that occurs in rear-end automobile collisions. In particular, the large inertia of the head results in a horizontal translation relative to the thorax. This paper describes a simulation of the motion of the head and neck during a rear-end (whiplash) collision. A head-neck model that q...

Eye aberrations are commonly corrected by lenses that restore vision by altering rays before they pass through the cornea. Some modern promoters claim that pinhole glasses are better than conventional lenses in correcting all kinds of refractive defects such as myopia (nearsighted), hyperopia (farsighted), astigmatisms, and presbyopia. Do pinhole g...

Physics instruction that is student oriented will generate a long-term individual interest and therefore a lifelong openness to science. Phenomena of nature are part of the fields of interest which provide context leading to greater student interest. In this paper we present the locomotion of fish and sperm in a way which can be used to teach in ph...

One way to motivate students' interest in physics is to teach it in the context of medicine.1 Optics, for example, can be taught with examples from the eye. For many years simple optics of lenses has been taught using a model of the eye.2 However, recent advances in using lasers for ophthalmological (ocular) examinations3 can be used to increase mo...

A simple device is used to show both the wave aberration emerging from a model of the eye and the basic principles of measuring wavefront aberration with a Hartmann–Shack aberrometer.

Physics education should deliver insight into modern physics. The aim of the EU-project SUPERCOMET 2 is the development of teaching material in order to introduce basic elements and applications of superconductivity in secondary schools. Partners from 15 European countries collaborate in SUPERCOMET 2. The cooperation with teachers at various school...

Die Kultusministerkonferenz hat eine Gruppe von Physikdidaktikern mit der Erstellung von Empfehlungen für die Gestaltung des Physikunterrichts in der gymnasialen Oberstufe beauftragt. Die Expertise wird Ende 2003 in Buchform erscheinen. Im vorliegenden Beitrag werden Eckpunkte daraus vorgestellt. Die Expertise »Physikunterricht in der gymnasialen O...

We present a new research-based course on quantum mechanics in which the conceptual issues of quantum mechanics are taught at an introductory level. In the context of virtual laboratories, the students discover from the very beginning how quantum phenomena deviate from our classical everyday experience. The results of the evaluation of the course s...

Im vorhergehenden Kapitel „Fourierreihen“wurde gezeigt, daß man eine beliebige periodische Funktion mit der Periode T darstellen kann als Summe trigonometrischer Funktionen mit Vielfachen der Periode T.

Die geometrische Bedeutung der Ableitung einer Funktion mit einer Variablen ist bekanntlich die Steigung der Tangente an die Funktionskurve. Wir befassen uns nun mit dem Problem, Steigungen für Flächen im Raum zu bestimmen.

Im vorhergehenden Kapitel haben wir die Fourier-Transformation kennengelernt. Dabei wurde aus einer gegebenen Funktion durch eine bestimmte Rechenvorschrift — das Fourier-Integral — eine neue Funktion gewonnen, die Amplitudenfunktion. Aus der Amplitudenfunktion ließ sich durch eine weitere Rechenvorschrift die ursprüngliche Funktion zurückgewinnen.

Vorbemerkung: Im Kapitel „Koordinatentransformation und Matrizen“ wurde gezeigt, daß eine Matrix mit einem Vektor multipliziert werden kann. Das Ergebnis ist ein neuer Vektor.

In den meisten Gesetzen der Physik hängt eine physikalische Größe von mehr als einer anderen physikalischen Größe ab.

Die Bewegung eines Massenpunktes m wird durch die Angabe seines Ortsvektors beschrieben.

In Lektion 14 — Oberflächenintegrale — hatten wir die folgende Fragestellung behandelt: Eine geschlossene Fläche F wird von einem Vektorfeld \( \vec A\left( {x,y,z} \right) \) durchsetzt. Gefragt ist nach einem Maß dafür, wie “stark” das Vektorfeld \( \vec A\) die Fläche F von innen nach außen — oder von außen nach innen -durchsetzt. Diese Frage wi...

Die Fehlerrechnung als Teilbereich der mathematischen Statistik befaßt sich mit folgendem Sachverhalt: Gegeben sind die Ergebnisse von Messungen, wie sie im Labor durchgeführt werden.

Die Begriffe und Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung haben in den letzten Jahrzehnten eine weite Anwendung in der Physik gefunden. Sie bilden die Grundlage für das Verständnis des größten Teils der modernen Physik. Zwei bedeutende Gebiete seien hier genannt: die statistische Mechanik und die Quantenmechanik.

Wir werden in dieser Lektion die Lösbarkeit von Gleichungssystemen untersuchen. Dabei werden wir auf eine wichtige Zahl, die ‘Determinante’ stoßen: Sie wird uns sagen können, ob gewisse Gleichungssysteme lösbar oder sogar eindeutig lösbar sind, ohne daß wir die Lösungen berechnen müßten. Dabei wird in den Abschnitten 17.4.1 und 17.4.2 ein Lösungsve...

Bei der praktischen Behandlung von statistischen Fragestellungen erweist es sich als sinnvoll, die einzelnen Ausgänge von Zufallsexperimenten durch Zahlenwerte zu charakterisieren. Ein einfaches Verfahren ist dabei, die einzelnen Ausgänge durchzu-numerieren. Z.B. werden die Ausgänge des Würfelwurfes durch die Augenzahlen beschrieben.

Unter einer Velle verstehen wir die räumliche Ausbreitung einer physikalischen Größe. Der Begriff Velle ist vom Sonderfall der Wasserwelle abgeleitet. Dort ist die physikalische Größe die Höhe eines beliebigen Punktes der Wasseroberfläche.

Die Wahl des Koordinatensystems, in dem ein physikalisches oder technisches Problem behandelt wird, bestimmt zu einem beträchtlichen Teil den Schwierigkeitsgrad und den Aufwand der Rechnung.

In das Koordinatensystem ist ein Quader eingezeichnet. Gesucht ist die Masse M des Quaders. Das Volumen des Quaders sei V. Ist die Dichte \(\rho\) im gesamten Volumen konstant, läßt sich die Masse angeben: $$M{\text{ = }}\rho {\text{ }} \cdot {\text{ }}V$$ Nun gibt es jedoch Fälle, in denen die Dichte p nicht im gesamten Volumen konstant ist. Die D...

Durch ein Rohr fließe Wasser. Die Dichte des Wassers sei Überall konstant. Die Geschwindigkeit der Wasserteilchen sei \( \vec v\). Da jedem Wasserteilchen an jedem Ort eine Geschwindig- keit \( \vec v = \frac{{\vec \Delta s}} {{\Delta t}}\) zugeordnet werden kann, liegt ein Vektorfeld vor. Hier nehmen wir zunächst an, daß \( \vec v\) überall die gl...

In Lektion 7 (Taylorreihen) wurde gezeigt, daß sich eine beliebig oft differenzierbare Funktion f(x) in eine unendliche Reihe von Potenzfunktionen xn entwickeln ließ: $$ f(x) = \sum\limits_{n = 0}^\infty {{a_n}{x^n}} $$ Der Nutzen einer solchen Darstellung von f(x) liegt in der einfachen Gestalt der einzelnen Summanden, die sich leicht differenzier...

Die Bewegung eines Massenpunktes m wird in der Physik durch die Angabe seines Ortsvektors \( \vec r\left( t \right) = \left( {x\left( t \right),y\left( y \right)} \right) \) beschrieben. (Wir betrachten zunächst Bewegungen in der x-y-Ebene.)

In BaF2 crystals, the linewidth of certain core band-conduction band excitons shows strong temperature dependence, while the corresponding linewidths in CaF2 and SrF2 do not. Calculations of the broadening due to the temperature-independent Auger effect are in good agreement with experimental data.

We have applied the pseudopotential theory to the calculation of exciton states and binding energies for the ionic crystals CaF2, SrF2, and BaF2, using a transfer model. Because of the satisfying agreement between our results and the experimental data in each case, we assume this pseudopotential formalism will describe transfer exciton states and e...

1. Interesse und Physikunterricht Mehrere Untersuchungen zum Interesse der Schülerinnen und Schüler haben bestätigt, was die Mehrzahl der Physiklehrkräfte auch aus der eigenen Unterrichtserfahrung weiß: das Inte- resse an den Themen des Physikunterrichts sinkt von anfänglich relativ hohen Erwartungen im Verlaufe des üblichen Physikunterrichts sehr...

The phenomena of superconductivity gain significance in the modalities of application steadily. In the EU-project about superconductivity (funded by the Leonardo da Vinci programme), SUPERCOMET2 (SUPERCOnductivity Multimedia Educational Tool), material (simulations, experiments, teacher guide, teacher seminar,…) is to be produced and evaluated for...

Kurzfassung -Die Schwerkraft setzt ein, wenn die Kraft nachlässt. -Anhand ähnlicher Äußerungen von Schülerinnen und Schülern wurde inzwischen in zahlreichen Studien die komplexe Problematik beim Lehren und Lernen der Newtonschen Mechanik darge-stellt. Bislang ist allerdings wenig nachgewiesen, wie nachhaltige Effekte zur Verbesserung des Unterricht...

Die Newtonsche Mechanik zählt nach wie vor zu einem der schwierigsten Inhaltsgebiete der Schulphysik. Gründe bestehen u.a. in den Schülervorstellungen, aber auch in der Sachstruk-tur des Unterrichts sowie in ungeeigneten Darstellungen der Zusammenhänge. Der Lehrplan für das bayerische achtjährige Gymnasium fordert bereits in der siebten Jahrgangsst...

Warum sieht man unter Wasser ohne Taucherbrille alles so verschwommen? Sehen Fische und andere im Wasser lebende Tiere ebenfalls unscharf? Wenn nein, besitzen sie einen anderen Aufbau des Auges? Wie ist es mit Tieren, die sowohl im Wasser als auch außerhalb scharf sehen sollten? Diese Fragen stoßen bei Schülerinnen und Schüler auf großes Interesse...