Gedanken lesen? Daten zum Lernen von Konzepten in der Physik

Was denken Schülerinnen und Schüler, wenn Sie Aufgaben lösen? Wie gut können Sie eine naturwissenschaftlich korrekte Vorstellung eines physikalischen Konzepts konstruieren? Welche Lernumgebungen eignen sich, um die korrekte Vorstellung des Konzepts zu entwickeln? Diese Fragen bilden die Basis der ETH-Lernforschung am Physik Departement.

Schema einer Untersuchung in der Lernforschung: Der neu entwickelte Unterricht wird anhand eines Pre- und eines Post-Tests in der Interventions-Gruppe (oben) mit dem traditionellen Unterricht in der Kontroll-Gruppe (unten) verglichen. Der gleiche Test dient auch zur Ermittlung des Lernfortschritts der Schülerinnen und Schüler.

Physik verstehen: Schülerinnen und Schüler bei einer Unterrichtseinheit für das Lernen des Konzepts Resonanz.

Ziel der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist es, neue Unterrichtseinheiten zu entwickeln, welche das Lernen von Konzepten in der Physik fördern. Dabei soll der Unterricht das Denken der Schülerinnen und Schüler sichtbar machen. «Fostering Concept Knowledge by Formative Assessment in High-School Teaching of Physics at Swiss Gymnasiums» heisst ihr Projekt, das vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützt wird. Im Vordergrund stehen dabei Rückmeldungen an Schülerinnen und Schüler über ihren Lernfortschritt, d.h. wie viel sie hinzugelernt haben. Aber auch Lehrpersonen erhalten eine Rückmeldung, welche der Verbesserung des Unterrichts dient.

Um die Wirksamkeit der neuen Lerneinheiten zu überprüfen, benutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Tests. Oft bestehen sie aus Multiple-Choice Fragen, bei denen es eine richtige Antwort und mehrere Falschantworten gibt. Die Falschantworten haben die Forschenden in einem komplexen Verfahren so konstruiert, dass sie sehen können, welche Fehlüberlegung dahinter steht.

Mit den erhobenen Daten kann die Qualität und die Nachhaltigkeit des neu entwickelten Unterrichts im Vergleich zum traditionellen Unterricht ermittelt werden. Dazu setzen die Forschenden den Test einmal vor dem Unterricht und einmal nachher ein. Die Auswertung der Daten liefert einerseits, wie viel Schülerinnen und Schüler gelernt haben und andererseits wie effektiv die neuen Unterrichtseinheiten sind (siehe Bild).

An der Scientifica haben Sie die Möglichkeit, selbst solche Tests durchzuführen und neu entwickelte Lerneinheiten auszuprobieren. Finden Sie heraus, welche physikalischen Konzepte Sie verstehen und lernen Sie anhand von Experimenten neue Konzepte kennen. 

Beteiligte
Prof. Dr. Andreas Vaterlaus
Prof. Dr. Elsbeth Stern
Dr. Clemens Wagner
Dr. Sarah Hofer
Andreas Lichtenberger
Daniel Braitsch