Physikalisch-mathematische Darstellungswechsel funktionaler Zusammenhänge
Marie-Annette Geyer
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Marie-Annette Geyer, Physikalisch-mathematische Darstellungswechsel funktionaler Zusammenhänge (2020), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832587277
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Beschreibung / Abstract
Um ein physikalisches Verständnis aufzubauen, muss unter anderem der Umgang mit verschiedenen Darstellungen beherrscht werden. Bereits im Physikunterricht der Sekundarstufe 1 wird beispielsweise von Lernenden erwartet, dass sie verschiedene Darstellungen eines funktionalen Zusammenhangs aufeinander beziehen und in andere Darstellungsformen transformieren.
Diese Arbeit beschreibt und systematisiert erstmals den Umgang von Schülerinnen und Schülern mit physikalisch-mathematischen Darstellungen, wie sie im Physikunterricht auftreten können. Zudem wird der Prozess des Wechselns bzw. Transformierens zwischen verschiedenen Darstellungsformen mit Hilfe eines selbst entwickelten Modells beschrieben. Dieses wurde im empirischen Teil dieser Arbeit mittels einer qualitativen explorativen Laborstudie validiert.
Bei physikalisch-mathematischen Darstellungswechseln gingen Schülerinnen und Schüler der 8. Klassenstufe beispielsweise schrittweise vor und überprüften teilweise selbstständig die Konsistenz ihres Vorgehens. Außerdem konnten neben einer technischen Bearbeitung der Darstellungswechsel verschiedene strukturelle Prozesse beobachtet werden. Auch wenn einige der Schülerinnen und Schüler zum Teil im Sinne einer hoch ausgeprägten Darstellungskompetenz vorgingen, waren sie bei der Bearbeitung der Darstellungswechsel nicht immer erfolgreich. Es erfolgt eine Analyse ihrer Schwierigkeiten.
Diese Arbeit beschreibt und systematisiert erstmals den Umgang von Schülerinnen und Schülern mit physikalisch-mathematischen Darstellungen, wie sie im Physikunterricht auftreten können. Zudem wird der Prozess des Wechselns bzw. Transformierens zwischen verschiedenen Darstellungsformen mit Hilfe eines selbst entwickelten Modells beschrieben. Dieses wurde im empirischen Teil dieser Arbeit mittels einer qualitativen explorativen Laborstudie validiert.
Bei physikalisch-mathematischen Darstellungswechseln gingen Schülerinnen und Schüler der 8. Klassenstufe beispielsweise schrittweise vor und überprüften teilweise selbstständig die Konsistenz ihres Vorgehens. Außerdem konnten neben einer technischen Bearbeitung der Darstellungswechsel verschiedene strukturelle Prozesse beobachtet werden. Auch wenn einige der Schülerinnen und Schüler zum Teil im Sinne einer hoch ausgeprägten Darstellungskompetenz vorgingen, waren sie bei der Bearbeitung der Darstellungswechsel nicht immer erfolgreich. Es erfolgt eine Analyse ihrer Schwierigkeiten.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 1.1 Aspekte der Rolle der Mathematik im Physikunterricht
- 1.2 Forschungsziele
- 1.3 Aufbau der Arbeit
- I Theorie
- 2 Darstellungen im Physikunterricht
- 2.1 Externe Darstellungen
- 2.2 Darstellungskompetenz
- 2.3 Mathematische Darstellungen funktionaler Zusammenhänge
- 3 Umgang mit mathematischen Darstellungen
- 3.1 Umgang mit Diagrammen
- 3.2 Umgang mit algebraischen Ausdrücken
- 3.3 Umgang mit Tabellen
- 3.4 Umgang mit verbalen Darstellungen
- 3.5 Technische und strukturelle Fähigkeiten
- 4 Modellierung von Darstellungswechseln funktionaler Zusammenhänge
- 4.1 Bedeutung von Darstellungswechseln
- 4.2 Mathematische Darstellungswechsel
- 4.3 Physikalisch-mathematische Darstellungswechsel
- 5 Schwierigkeiten bei Darstellungswechseln
- 5.1 Schwierigkeiten bei Subprozessen und Tätigkeitsgruppen
- 5.2 Schwierigkeiten beim Umgang mit einzelnen Darstellungen
- 5.3 Schwierigkeitserzeugende Faktoren bei Darstellungswechseln
- 5.4 Unterschiedliche Schwierigkeitsgrade von Darstellungswechseln
- II Empirie
- 6 Forschungsfragen
- 7 Empirischer Zugang
- 7.1 Design und Methodik der Studie
- 7.2 Pilotstudie
- 7.3 Erhebungsinstrumente der Hauptstudie
- 7.4 Durchführung der Hauptstudie
- 7.5 Auswertungsmethodik
- 7.6 Gütekriterien
- 8 Lösung der Aufgaben
- 8.1 Aufgabe Abkühlung
- 8.2 Aufgabe Temperatur und Wärme
- 8.3 Aufgabe Physikalischer Vorgang gesucht
- 8.4 Aufgabe Luftmatratze
- 9 Tätigkeiten bei Darstellungswechseln
- 9.1 Umgang mit Diagrammen
- 9.2 Umgang mit algebraischen Ausdrücken
- 9.3 Umgang mit Tabellen
- 9.4 Zusammenfassung und Diskussion
- 10 Einordnung ins Modell für Darstellungswechsel
- 10.1 Ausprägungen einer strukturellen Übersetzung
- 10.2 Aufgabe Abkühlung
- 10.3 Aufgabe Physikalischer Vorgang gesucht
- 10.4 Aufgabe Luftmatratze
- 10.5 Zusammenfassung und Diskussion
- 11 Schwierigkeiten bei Darstellungswechseln
- 11.1 Darstellungswechsel mit Diagrammen
- 11.2 Zusammenfassung und Diskussion
- 11.3 Ergänzung: Darstellungswechsel mit algebraischen Ausdrücken
- III Schluss
- 12 Zusammenfassung und Diskussion
- 12.1 Theorie
- 12.2 Empirie
- 13 Ausblick
- 13.1 Implikationen für den Unterricht
- 13.2 Weiterführende Forschung
- Anhang
- A Instrumente
- B Stichprobe der Laborstudie
- B.1 Kontrollparameter
- B.2 Korrektheit der Aufgabenlösungen
- C Transkriptionsregeln
- D Codierleitfäden für die Kategoriensysteme
- D.1 Tätigkeiten bei Darstellungswechseln
- D.2 Einordnung ins Modell für Darstellungswechsel
- D.3 Schwierigkeiten bei Darstellungswechseln
- E Sicherung der Auswertungsqualität der Daten
- E.1 Interrating der Aufgabenkorrektheit
- E.2 Intercoding der SchülerInnentätigkeiten in Phase I
- E.3 Interrating der Einordnung ins Modell in Phase II
- E.4 Validierung der Schwierigkeiten in Phase III
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Literatur
- Danksagung