Vorlesung So Se 2014 Einfhrung in die Physik

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

Physik und die anderen Biologie Chemie Medizin Physik Technik Mathematik …

Überblick physikalische Themen in der GS Themen 1 -2 • Wasser • Luft • Wärme und Kälte • Licht und Schatten • Magnetismus

Überblick physikalische Themen in der GS Themen 3 -4 • • • 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 (2 x) Energieumwandlung Noch ein Termin frei

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

Einstiegsfragen

Was ist Physik?

Was ist Physik? 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? ØAtommodelle

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

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

Modelle – ein wichtiges Werkzeug der Physik Diskrepanz Welt der naturwissenschaftlichen Modelle Gestaltungsspielraum a) der Wissenschaft b) des (Sach-) Unterrichts 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 ØLernenden zuhören ØFachinhalt aufbereiten ØZugänge schaffen

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

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

Mythen über Naturwissenschaften (Mc. Comas) 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 Ziel: Erkenntnisfortschritt für die Lernenden Ø neues Wissen durch Begründung, Bestätigung oder Verwerfung einer wissenschaft- lichen Hypothese Ø Reproduktion wissenschaftlich bekannten Wissens zu Bildungszwecken „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 Ø eine naturwissenschaftliche Theorie kann nur widerlegt, aber nie bewiesen werden „Schwanenbeispiel“ Theorie: Es gibt nur weiße Schwäne Ø Fund eines weißen Schwans: Bestärkung der Theorie, aber kein Beweis, da potenzielle Existenz eines schwarzen Schwans nicht ausgeschlossen werden kann. Ø Fund eines schwarzen Schwans: Widerlegung der Theorie (Falsifikation).

Mythenüber Naturwissenschaften Mythos 15: Naturwissenschaft ist ein eigenbrötlerisches Bestreben.

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

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.