Vom Umgang mit Präkonzepten in der Optik

1. Vom Umgang mit Präkonzepten in der Optik Konstantin Dudulec Seminar Hochschuldidatik für die Naturwissenschaften SS 2009

2. Gliederung • Präkonzepte - Grundlagen • Didaktische Ansätze und Methoden • Präkonzepte in der Optik • Literatur

3. Präkonzepte - Grundlagen „Der wichtigste Faktor, der das Lernen beeinflusst, ist, was der Lernende schon weiß…“ Ausgangssituation • SchülerInnen haben individuelle Vorkenntnisse - vorunterrichtliche Vorstellungen oder Präkonzepte • Präkonzepte stimmen i.a. nicht mit den zu lernenden Begriffen, Phänomenen und Prinzipien überein • Präkonzepte bilden Basis zur Interpretation bzw. zum Verstehen des Lerninhalts • Präkonzepte führen zu tiefgreifenden Lernschwierigkeiten

4. Präkonzepte - Grundlagen Herkunft von Präkonzepten • Alltagserfahrungen im Umgang mit physikalischen Phänomenen wie Bewegung, Wärme, Licht, etc. • Alltagssprache, Sprache der Peergroup • Medien • Vorangegangener Unterricht • Kognitive Fähigkeiten - Fähigkeit in Modellen denken zu können

5. Präkonzepte - Grundlagen Auswirkungen • Unterschied zwischen subjektiver Alltagserfahrung und naturwissenschaftlicher Sichtweise führt zu Schwierigkeiten: • „Widersprüche“ werden zum Teil ignoriert • es gibt einen generellen Widerstand gegenüber Änderungen in der Sichtweise • Aufgabe der Sichtweise ist nicht nur ein rationaler Prozess, sondern hängt auch von emotionalen Faktoren ab • (Guter) Unterricht sollte/muss den subjektiven Erfahrungshorizont berücksichtigen um Verbindung zum bereits vorhandenen Wissen zu ermöglichen → tiefergehendes Verständnis möglich

6. Didaktische Ansätze und Methoden Lernprozess • Lernen ist Reorganisation und Erweiterung des vorhandenen Wissens • Entscheidende Faktoren für den Lernprozess: • Vorstellung der Lernenden • Lernen ist eher passives Übernehmen von Fertigwissen als aktives Konstruieren • Einstellung und Interesse • Zusammenhang mit Präkonzepten • Emotionen - Lernen ist keine rein rationale Tätigkeit • Vorstellung der Lehrenden • Vorstellung von Vorstellungen oder Verstehen des Verstehens

7. Didaktische Ansätze und Methoden Konzeptwechsel • Bedingungen für einen Konzeptwechsel: • Die Schüler müssen mit den bereits vorhandenen Vorstellungen unzufrieden sein. • Die neue Vorstellung muss logisch verständlich sein. • Sie muss einleuchtend, d.h. intuitiv plausibel, sein. • Sie muss auf neue Situationen erfolgreich anwendbar sein. • Bedingungen sind nur eine wissenschaftliche/didaktische Orientierung und in der Praxis schwer umsetzbar

8. Didaktische Ansätze und Methoden Konzeptwechsel - Praktische Umsetzung • Anknüpfen • Präkonzepte sind Ausgangspunkt • Kontinuierlicher Übergang zu wissenschaftlichen Vorstellungen • Erfolgt meist in mehreren Teilschritten – z.B. Nutzung von Analogien • Umdeuten • Präkonzepte werden nicht als falsch bezeichnet • Vorstellungen werden in die Sprache der Wissenschaft übersetzt • Konfrontieren • Gegenüberstellung Präkonzepte – wissenschaftliche Sichtweise • Kognitiver Konflikt soll das Lernen des Neuen ermöglichen

9. Didaktische Ansätze und Methoden Konstruktivistische Unterrichtsstrategie nach Driver und Scott

10. Präkonzepte in der Optik Studie von Guesne (1984; 1992) an der Universität Paris • Befragung (schriftlich und mündlich) von Schülern im Alter von 10-11 und 13-14 Jahren zur Vorstellung über Licht und dessen Beitrag zum Sehen • Licht wird durch seine Quelle und seine Effekte begriffen • Idee, dass Licht sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, ist sehr fremd • Ergebnisse bzw. Vorstellungen zum Thema Sehen lassen sich in vier Kategorien zusammenfassen • Lichtsee • Beleuchtendes Licht • Sicht • Physikalisches Modell

11. Präkonzepte in der Optik • Lichtsee • Präkonzept bei 10-11 jährigen • Licht umgibt Quelle, Gegenstand und Auge • Keine Verbindung zwischen Gegenstand

12. Präkonzepte in der Optik • Beleuchtendes Licht • Präkonzept bei 13-14 jährigen • Licht beleuchtet Gegenstand • Keine Verbindung zwischen Gegenstand und Auge

13. Präkonzepte in der Optik • Sicht • Präkonzept bei 13-14 jährigen • Licht beleuchtet Gegenstand • Sehen als zusätzliche Bewegung vom Auge auf den Gegenstand

14. Präkonzepte in der Optik • Physikalisches Modell • Licht fällt von einer Quelle auf das Objekt • Licht wird in das Auge reflektiert

15. Präkonzepte in der Optik Studie von Andersson & Kärrqvist (1983) an der Universität Göteborg • Untersuchung der Vorstellungen von 12-15 jährigen schwedischen Schülern über Verbindung zwischen Gegenstand und Auge beim Sehen • Schüler erhielten Zeichenvorlage • Diskussion zwischen fiktiver Schülerin Lisa und Physiklehrer • Aufmerksamkeit wird auf Verbindung Auge – Buch gelenkt

16. Präkonzepte in der Optik • Klassifizierung der Antworten in fünf Kategorien • Zwischen Buch und Auge passiert nichts • Visuelles System ist aktiv - Lisas Augen konzentrieren sich auf das Buch • „Strahlung“ (Wellen, Blick, Sicht) geht vom Auge zum Buch • Licht scheint ins Auge, und Strahlen gehen von dort zum Buch • Manchmal passiert auch nichts • Auge sendet Strahlen aus, die zum Auge zurückkehren • Gehirn → Signale ans Auge → Buch → Gehirn dreht umgekehrtes Bild um • Etwas kommt ins Auge • Kann Bild sein • Kann auch Licht in Form von Wellen oder Photonen sein

17. Präkonzepte in der Optik • Ergebnis der Andersson-Kärrqvist-Studie • Auswertung der Antworten im Sinne der Sender-Empfänger-Vorstellung • Vor-Optikklasse - 12-13 jährige • 6.Klasse - 1% • 7.Klasse - 11% • Nach-Optikklasse - 14-15 jährige • 8.Klasse - 21% • 9.Klasse - 30%

18. Präkonzepte in der Optik Studie von Reiner (1992) am Israel Institute of Technology, Haifa • Gruppeninterviews mit 17-jährigen Schülern eines Elektrotechnikkurses über das Wesen des Lichtes und über das Sehen • Wesen des Lichtes • Partikelstrom • Welle - Analogie mit Wasserwellen • Etwas, das im Raum existiert und diesen füllt • Sehen • Licht vom Gegenstand erreicht das Auge • Auge → Licht → Gegenstand → Auge • Gegenstand ist von Licht umgeben

19. Präkonzepte in der Optik Studie von Fetherstonhaugh & Treagust (1992), Australien • Befragung von 13-15 jährigen australischen Schülern über das Sehen • 75% glauben, dass man sieht, indem man „guckt“ und nicht, indem Licht in die Augen reflektiert wird • Autoren vermuten dahinter Idee eines Sehstrahls • Selbst nach Thematisierung im Unterricht glauben noch 25% an die obige Vorstellung • Beispiel für außerordentliche Resistenz solcher Vorstellungen!

20. Literatur • Andersson, B. & Kärrqvist C. (1983). How Swedisch Pupils, aged 12-15 years, understand light and its properties. European Journal of Science Education 5, 387-402 • Fetherstonhaugh, T. & Treagust, D. (1992). Students‘ Understanding of Light and Its Properties: Teaching to Engender Conceptual Change, Science Education 76(6), 653-672 • Guesne, E. (1984). Die Vorstellungen von Kindern über Licht. physica didactica 11, 79-98 • Guesne, E. (1992). Light. In: Driver, R., Guesne, E., & Tiberghien, A. (Eds.), Children´s Ideas in Science. Open University Press, Milton Keynes • Kärrqvist, C. (1983). How Swedisch Pupils, age 12-15, understand Light and its Properties. In: Helm, H. & Novak, J. D. (Eds.), Proceedings of the International Seminar on "Misconceptions in Science and Mathematics". Cornell University, Ithaca, N. Y. • Reiner, M. (1992). Patterns of thought on light, and underlying commitments. In: Duit, R., Goldberg, F. & Niedderer, H. (Eds.), Research in Physics Learning: Theoretical Issues and Empirical Studies. Kiel: IPN, 99-109