Jannis Weber | Goethe-Universität Frankfurt am Main (original) (raw)
Papers by Jannis Weber
There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships ... more There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships in Newtonian mechanics, which is supported by manifold research. Even after class the understanding of Newton's laws of motion is often inadequate, which is problematic because classical mechanics is the foundation of many other areas in physics and the natural sciences in general. These problems stem from the fact that students' preconceptions in the field of mechanics are especially diverse and persistent because they are strengthened in everyday life over the course of many years. These preconceptions and the fact that idealized situations are often most prominent in class can lead to a felt incompatibility of everyday life and physics lessons. The computer can be a tool to reduce that gap by discussing complex and authentic motions in class without the need to use difficult mathematics, which can lead to reduction in certain unwanted preconceptions. Two different ways of using the computer in mechanics class, computational modeling and video motion analysis, are discussed in this article. The two methods are compared in a pre-post design study with N = 267 students from 11 th grade from German high schools in regard to the overall conceptual understanding of Newton's first two laws. The results suggest that both methods can be successful in teaching the basic concepts of Newtonian dynamics and no differences can be seen in the overall scores for conceptual understanding. Furthermore, it seems that computational modeling performs better in items regarding Newton's first law due to a comparatively greater reduction of a specific preconception, which is further discussed in the article.
European Journal of Physics, Apr 20, 2020
Computational modelling is not only an important element in scientific research, it also has a ri... more Computational modelling is not only an important element in scientific research, it also has a rich history in physics education and its application in the classroom has changed greatly over the last few decades. To explain why computational modelling is used in physics education, we discuss its use in teaching and the benefits to the teaching and learning process. Secondly, historical developments are highlighted, and different methods of computational modelling are discussed in more detail, developing the desired features of modern software for classroom computational modelling. A review of the research in this field was conducted, showing what is known about the effects of computational modelling on students’ conceptual understanding, systemic thinking, views about nature of science and interest in physics, among others variables. Derived from the research results, recommendations are given about the use of computational modelling in physics education and research recommendations are presented with the goal to better understand the interaction between the student and computational modelling process.
PhyDid A - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, Mar 10, 2021
Kurzfassung Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu schei... more Kurzfassung Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und hartnäckigen Schülervorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton'schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Es wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen am Computer selbst modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses der Newton'schen Dynamik sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Oct 10, 2021
Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekann... more Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekannt, die den Lernerfolg einer Unterrichtsmethode erheblich beeinflussen können. So verändern Schülervorstellungen in der Dynamik u. a. in unterschiedlicher Weise die Erfolgswahrscheinlichkeiten von Fragen, je nachdem ob von Kräften auf die Bewegung geschlossen werden muss oder andersherum. Während verschiedene Arten des Computereinsatzes zu einem erfolgreichen und adressatengerechten Unterricht führen können, ist allerdings noch wenig darüber bekannt, welche Schülervorstellungen durch unterschiedliche Arten des Computereinsatzes aktiviert werden und ob und inwiefern sich die Argumentationsstrukturen der eingesetzten Methode auf die Argumentationsstrukturen der Schüler*innen übertragen. Als Teil einer Gesamtstudie zum Einsatz von mathematischer Modellbildung und Videoanalyse zur Vertiefung der ersten beiden Newton'schen Gesetze wird in diesem Artikel beleuchtet, ob sich die zugrundeliegende Argumentationsrichtung der beiden Methoden auf die Schüler*innen überträgt und ob die beiden Methoden unterschiedliche Schülervorstellungen aktivieren. Die Ergebnisse der Analyse von Videos von N = 45 Schüler*innen deuten darauf hin, dass die Argumentationsrichtungen im Gespräch zwar unterschiedlich oft gewählt werden und auch unterschiedlich schwierig sind, dies von der Methode aber nicht beeinflusst wird. Ein Unterschied zwischen den Methoden ließ sich aber im Hinblick auf die aktivierten Schülervorstellungen erkennen.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Sep 22, 2020
Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersp... more Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und aus fachlicher Sicht hartnäckigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton'schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Dec 17, 2019
Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern in der Mechanik der gymnasia... more Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern in der Mechanik der gymnasialen Oberstufe wird eine Intervention zur Dynamik mithilfe von mathematischer Modellbildung vorgestellt. Ziel ist es dabei, Schülervorstellungen zu den ersten beiden Newton'schen Gesetzen zu korrigieren. Dazu wird die gleichungsbasierte Modellbildungssoftware "Newton-II" eingesetzt, welche es den Lernenden ermöglicht, Bewegungen durch Eingabe von Kräften, der Masse und den Anfangsbedingungen eigenständig zu modellieren und mit realen Messdaten zu vergleichen. Ältere Forschungen zu graphischen Modellbildungssystemen haben bereits gezeigt, dass mit mathematischer Modellbildung die Argumentationslogik der Newton`schen Mechanik vermittelt werden kann und dass der Unterricht mit der Software für die Lernenden interessanter gestaltet werden kann, da es möglich ist, auf reale Probleme aus dem Alltag der Lernenden zurückzugreifen. Der Effekt des Einsatzes der graphischen Modellbildungssoftware war allerdings geringer als erwartet, was teilweise mit der schlechten Bedienbarkeit der damals verfügbaren Programme erklärt wurde. Hier soll untersucht werden, ob der Einsatz von aktueller gleichungsbasierter Modellbildungssoftware, welche einfacher zu bedienen ist, im Unterricht eine Verbesserung des Verständnisses der Newton'schen Mechanik herbeiführen kann. Dies wird durch eine Intervention an der Goethe-Universität Frankfurt im Prä-Post-Test-Design mit Treatment-und Vergleichsgruppe untersucht. Die Intervention und das Studiendesign werden hier vorgestellt.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Oct 10, 2021
Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekann... more Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekannt, die den Lernerfolg einer Unterrichtsmethode erheblich beeinflussen können. So verändern Schülervorstellungen in der Dynamik u. a. in unterschiedlicher Weise die Erfolgswahrscheinlichkeiten von Fragen, je nachdem ob von Kräften auf die Bewegung geschlossen werden muss oder andersherum. Während verschiedene Arten des Computereinsatzes zu einem erfolgreichen und adressatengerechten Unterricht führen können, ist allerdings noch wenig darüber bekannt, welche Schülervorstellungen durch unterschiedliche Arten des Computereinsatzes aktiviert werden und ob und inwiefern sich die Argumentationsstrukturen der eingesetzten Methode auf die Argumentationsstrukturen der Schüler*innen übertragen. Als Teil einer Gesamtstudie zum Einsatz von mathematischer Modellbildung und Videoanalyse zur Vertiefung der ersten beiden Newton'schen Gesetze wird in diesem Artikel beleuchtet, ob sich die zugrundeliegende Argumentationsrichtung der beiden Methoden auf die Schüler*innen überträgt und ob die beiden Methoden unterschiedliche Schülervorstellungen aktivieren. Die Ergebnisse der Analyse von Videos von N = 45 Schüler*innen deuten darauf hin, dass die Argumentationsrichtungen im Gespräch zwar unterschiedlich oft gewählt werden und auch unterschiedlich schwierig sind, dies von der Methode aber nicht beeinflusst wird. Ein Unterschied zwischen den Methoden ließ sich aber im Hinblick auf die aktivierten Schülervorstellungen erkennen.
2021 Physics Education Research Conference Proceedings, 2021
There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships ... more There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships in Newtonian mechanics, which is supported by manifold research. Even after class the understanding of Newton's laws of motion is often inadequate, which is problematic because classical mechanics is the foundation of many other areas in physics and the natural sciences in general. These problems stem from the fact that students' preconceptions in the field of mechanics are especially diverse and persistent because they are strengthened in everyday life over the course of many years. These preconceptions and the fact that idealized situations are often most prominent in class can lead to a felt incompatibility of everyday life and physics lessons. The computer can be a tool to reduce that gap by discussing complex and authentic motions in class without the need to use difficult mathematics, which can lead to reduction in certain unwanted preconceptions. Two different ways of using the computer in mechanics class, computational modeling and video motion analysis, are discussed in this article. The two methods are compared in a pre-post design study with N = 267 students from 11 th grade from German high schools in regard to the overall conceptual understanding of Newton's first two laws. The results suggest that both methods can be successful in teaching the basic concepts of Newtonian dynamics and no differences can be seen in the overall scores for conceptual understanding. Furthermore, it seems that computational modeling performs better in items regarding Newton's first law due to a comparatively greater reduction of a specific preconception, which is further discussed in the article.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Sep 22, 2020
Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersp... more Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und aus fachlicher Sicht hartnäckigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton'schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen.
Die Grundaussagen der Newton’schen Mechanik sind aufgrund vielfaltiger und dazu scheinbar widersp... more Die Grundaussagen der Newton’schen Mechanik sind aufgrund vielfaltiger und dazu scheinbar widerspruchlicher Alltagswahrnehmungen fur Schulerinnen und Schuler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverstandnis und aus fachlicher Sicht hartnackigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgefuhrten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverstandnisses der Newton’schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflusse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewahlt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realitat vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam fur das Verbessern des Konzeptverstandnisses sind. Auserdem wird auf die...
Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schulerinnen und Schulern in der Mechanik der gymnasia... more Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schulerinnen und Schulern in der Mechanik der gymnasialen Oberstufe wird eine Intervention zur Dynamik mithilfe von mathematischer Modellbildung vorgestellt. Ziel ist es dabei, Schulervorstellungen zu den ersten beiden Newton’schen Gesetzen zu korrigieren. Dazu wird die gleichungsbasierte Modellbildungssoftware „Newton-II“ eingesetzt, welche es den Lernenden ermoglicht, Bewegungen durch Eingabe von Kraften, der Masse und den Anfangsbedingungen eigenstandig zu modellieren und mit realen Messdaten zu vergleichen. Altere Forschungen zu graphischen Modellbildungssystemen haben bereits gezeigt, dass mit mathematischer Modellbildung die Argumentationslogik der Newton`schen Mechanik vermittelt werden kann und dass der Unterricht mit der Software fur die Lernenden interessanter gestaltet werden kann, da es moglich ist, auf reale Probleme aus dem Alltag der Lernenden zuruckzugreifen. Der Effekt des Einsatzes der graphischen Modellbildungssoftware wa...
There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships ... more There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships in Newtonian mechanics, which is supported by manifold research. Even after class the understanding of Newton's laws of motion is often inadequate, which is problematic because classical mechanics is the foundation of many other areas in physics and the natural sciences in general. These problems stem from the fact that students' preconceptions in the field of mechanics are especially diverse and persistent because they are strengthened in everyday life over the course of many years. These preconceptions and the fact that idealized situations are often most prominent in class can lead to a felt incompatibility of everyday life and physics lessons. The computer can be a tool to reduce that gap by discussing complex and authentic motions in class without the need to use difficult mathematics, which can lead to reduction in certain unwanted preconceptions. Two different ways of using the computer in mechanics class, computational modeling and video motion analysis, are discussed in this article. The two methods are compared in a pre-post design study with N = 267 students from 11 th grade from German high schools in regard to the overall conceptual understanding of Newton's first two laws. The results suggest that both methods can be successful in teaching the basic concepts of Newtonian dynamics and no differences can be seen in the overall scores for conceptual understanding. Furthermore, it seems that computational modeling performs better in items regarding Newton's first law due to a comparatively greater reduction of a specific preconception, which is further discussed in the article.
European Journal of Physics, Apr 20, 2020
Computational modelling is not only an important element in scientific research, it also has a ri... more Computational modelling is not only an important element in scientific research, it also has a rich history in physics education and its application in the classroom has changed greatly over the last few decades. To explain why computational modelling is used in physics education, we discuss its use in teaching and the benefits to the teaching and learning process. Secondly, historical developments are highlighted, and different methods of computational modelling are discussed in more detail, developing the desired features of modern software for classroom computational modelling. A review of the research in this field was conducted, showing what is known about the effects of computational modelling on students’ conceptual understanding, systemic thinking, views about nature of science and interest in physics, among others variables. Derived from the research results, recommendations are given about the use of computational modelling in physics education and research recommendations are presented with the goal to better understand the interaction between the student and computational modelling process.
PhyDid A - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, Mar 10, 2021
Kurzfassung Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu schei... more Kurzfassung Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und hartnäckigen Schülervorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton'schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Es wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen am Computer selbst modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses der Newton'schen Dynamik sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Oct 10, 2021
Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekann... more Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekannt, die den Lernerfolg einer Unterrichtsmethode erheblich beeinflussen können. So verändern Schülervorstellungen in der Dynamik u. a. in unterschiedlicher Weise die Erfolgswahrscheinlichkeiten von Fragen, je nachdem ob von Kräften auf die Bewegung geschlossen werden muss oder andersherum. Während verschiedene Arten des Computereinsatzes zu einem erfolgreichen und adressatengerechten Unterricht führen können, ist allerdings noch wenig darüber bekannt, welche Schülervorstellungen durch unterschiedliche Arten des Computereinsatzes aktiviert werden und ob und inwiefern sich die Argumentationsstrukturen der eingesetzten Methode auf die Argumentationsstrukturen der Schüler*innen übertragen. Als Teil einer Gesamtstudie zum Einsatz von mathematischer Modellbildung und Videoanalyse zur Vertiefung der ersten beiden Newton'schen Gesetze wird in diesem Artikel beleuchtet, ob sich die zugrundeliegende Argumentationsrichtung der beiden Methoden auf die Schüler*innen überträgt und ob die beiden Methoden unterschiedliche Schülervorstellungen aktivieren. Die Ergebnisse der Analyse von Videos von N = 45 Schüler*innen deuten darauf hin, dass die Argumentationsrichtungen im Gespräch zwar unterschiedlich oft gewählt werden und auch unterschiedlich schwierig sind, dies von der Methode aber nicht beeinflusst wird. Ein Unterschied zwischen den Methoden ließ sich aber im Hinblick auf die aktivierten Schülervorstellungen erkennen.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Sep 22, 2020
Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersp... more Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und aus fachlicher Sicht hartnäckigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton'schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Dec 17, 2019
Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern in der Mechanik der gymnasia... more Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern in der Mechanik der gymnasialen Oberstufe wird eine Intervention zur Dynamik mithilfe von mathematischer Modellbildung vorgestellt. Ziel ist es dabei, Schülervorstellungen zu den ersten beiden Newton'schen Gesetzen zu korrigieren. Dazu wird die gleichungsbasierte Modellbildungssoftware "Newton-II" eingesetzt, welche es den Lernenden ermöglicht, Bewegungen durch Eingabe von Kräften, der Masse und den Anfangsbedingungen eigenständig zu modellieren und mit realen Messdaten zu vergleichen. Ältere Forschungen zu graphischen Modellbildungssystemen haben bereits gezeigt, dass mit mathematischer Modellbildung die Argumentationslogik der Newton`schen Mechanik vermittelt werden kann und dass der Unterricht mit der Software für die Lernenden interessanter gestaltet werden kann, da es möglich ist, auf reale Probleme aus dem Alltag der Lernenden zurückzugreifen. Der Effekt des Einsatzes der graphischen Modellbildungssoftware war allerdings geringer als erwartet, was teilweise mit der schlechten Bedienbarkeit der damals verfügbaren Programme erklärt wurde. Hier soll untersucht werden, ob der Einsatz von aktueller gleichungsbasierter Modellbildungssoftware, welche einfacher zu bedienen ist, im Unterricht eine Verbesserung des Verständnisses der Newton'schen Mechanik herbeiführen kann. Dies wird durch eine Intervention an der Goethe-Universität Frankfurt im Prä-Post-Test-Design mit Treatment-und Vergleichsgruppe untersucht. Die Intervention und das Studiendesign werden hier vorgestellt.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Oct 10, 2021
Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekann... more Im Bereich der Newton'schen Mechanik sind vielfältige und hartnäckige Schülervorstellungen bekannt, die den Lernerfolg einer Unterrichtsmethode erheblich beeinflussen können. So verändern Schülervorstellungen in der Dynamik u. a. in unterschiedlicher Weise die Erfolgswahrscheinlichkeiten von Fragen, je nachdem ob von Kräften auf die Bewegung geschlossen werden muss oder andersherum. Während verschiedene Arten des Computereinsatzes zu einem erfolgreichen und adressatengerechten Unterricht führen können, ist allerdings noch wenig darüber bekannt, welche Schülervorstellungen durch unterschiedliche Arten des Computereinsatzes aktiviert werden und ob und inwiefern sich die Argumentationsstrukturen der eingesetzten Methode auf die Argumentationsstrukturen der Schüler*innen übertragen. Als Teil einer Gesamtstudie zum Einsatz von mathematischer Modellbildung und Videoanalyse zur Vertiefung der ersten beiden Newton'schen Gesetze wird in diesem Artikel beleuchtet, ob sich die zugrundeliegende Argumentationsrichtung der beiden Methoden auf die Schüler*innen überträgt und ob die beiden Methoden unterschiedliche Schülervorstellungen aktivieren. Die Ergebnisse der Analyse von Videos von N = 45 Schüler*innen deuten darauf hin, dass die Argumentationsrichtungen im Gespräch zwar unterschiedlich oft gewählt werden und auch unterschiedlich schwierig sind, dies von der Methode aber nicht beeinflusst wird. Ein Unterschied zwischen den Methoden ließ sich aber im Hinblick auf die aktivierten Schülervorstellungen erkennen.
2021 Physics Education Research Conference Proceedings, 2021
There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships ... more There are many difficulties for students when it comes to learning the fundamental relationships in Newtonian mechanics, which is supported by manifold research. Even after class the understanding of Newton's laws of motion is often inadequate, which is problematic because classical mechanics is the foundation of many other areas in physics and the natural sciences in general. These problems stem from the fact that students' preconceptions in the field of mechanics are especially diverse and persistent because they are strengthened in everyday life over the course of many years. These preconceptions and the fact that idealized situations are often most prominent in class can lead to a felt incompatibility of everyday life and physics lessons. The computer can be a tool to reduce that gap by discussing complex and authentic motions in class without the need to use difficult mathematics, which can lead to reduction in certain unwanted preconceptions. Two different ways of using the computer in mechanics class, computational modeling and video motion analysis, are discussed in this article. The two methods are compared in a pre-post design study with N = 267 students from 11 th grade from German high schools in regard to the overall conceptual understanding of Newton's first two laws. The results suggest that both methods can be successful in teaching the basic concepts of Newtonian dynamics and no differences can be seen in the overall scores for conceptual understanding. Furthermore, it seems that computational modeling performs better in items regarding Newton's first law due to a comparatively greater reduction of a specific preconception, which is further discussed in the article.
PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Sep 22, 2020
Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersp... more Die Grundaussagen der Newton'schen Mechanik sind aufgrund vielfältiger und dazu scheinbar widersprüchlicher Alltagswahrnehmungen für Schülerinnen und Schüler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverständnis und aus fachlicher Sicht hartnäckigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgeführten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverständnisses der Newton'schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflüsse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewählt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realität vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die vorläufigen Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam für das Verbessern des Konzeptverständnisses sind. Außerdem wird auf die spezifischen Unterschiede zwischen beiden Interventionen eingegangen.
Die Grundaussagen der Newton’schen Mechanik sind aufgrund vielfaltiger und dazu scheinbar widersp... more Die Grundaussagen der Newton’schen Mechanik sind aufgrund vielfaltiger und dazu scheinbar widerspruchlicher Alltagswahrnehmungen fur Schulerinnen und Schuler nur schwer zu erlernen. Dies zeigt sich in einem nicht angemessenen Kraftverstandnis und aus fachlicher Sicht hartnackigen Fehlvorstellungen im Bereich der Mechanik. Hier wird eine Vergleichsstudie vorgestellt, bei der die durchgefuhrten Interventionen die Verbesserung des Konzeptverstandnisses der Newton’schen Mechanik zum Ziel haben. Es wird mit realen Experimenten gearbeitet und Reibungseinflusse werden bewusst thematisiert und diskutiert. Vertieft werden dabei die grundlegenden Gesetze der Mechanik. Dabei wird einerseits der Ansatz gewahlt, dass Lernende reale Bewegungen selbst am Computer modellieren und mit der Realitat vergleichen und diese andererseits mit Videoanalyseprogrammen analysieren. Die Ergebnisse deuten an, dass die Interventionen wirksam fur das Verbessern des Konzeptverstandnisses sind. Auserdem wird auf die...
Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schulerinnen und Schulern in der Mechanik der gymnasia... more Aufgrund der bekannten Schwierigkeiten von Schulerinnen und Schulern in der Mechanik der gymnasialen Oberstufe wird eine Intervention zur Dynamik mithilfe von mathematischer Modellbildung vorgestellt. Ziel ist es dabei, Schulervorstellungen zu den ersten beiden Newton’schen Gesetzen zu korrigieren. Dazu wird die gleichungsbasierte Modellbildungssoftware „Newton-II“ eingesetzt, welche es den Lernenden ermoglicht, Bewegungen durch Eingabe von Kraften, der Masse und den Anfangsbedingungen eigenstandig zu modellieren und mit realen Messdaten zu vergleichen. Altere Forschungen zu graphischen Modellbildungssystemen haben bereits gezeigt, dass mit mathematischer Modellbildung die Argumentationslogik der Newton`schen Mechanik vermittelt werden kann und dass der Unterricht mit der Software fur die Lernenden interessanter gestaltet werden kann, da es moglich ist, auf reale Probleme aus dem Alltag der Lernenden zuruckzugreifen. Der Effekt des Einsatzes der graphischen Modellbildungssoftware wa...