Interessensgeleitete Entwicklung, Erprobung und Evaluation von Modellen zu geo- und umweltphysikalischen Themen im Schülerlabor der Universität Siegen

Abstract

Die vorliegende Arbeit ist im Rahmen eines neu eingerichteten Schülerlabors im Bereich der Physikdidaktik der Universität Siegen entstanden. Die Konzipierung eines Arbeitsschwerpunktes für das Labor steht daher im Fokus dieser Arbeit, um eine nachhaltige Entwicklung der neu entstandenen Bildungseinrichtung zu sichern. Schülerlabore unterscheiden sich von anderen außerschulischen Lernorten insbesondere durch die Art und Weise, in der sich Kinder und Jugendliche mit den Lerninhalten beschäftigen, nämlich durch Schülerversuche. Diese handlungsorientierte Schüleraktivität bildet die Basis einer Laborveranstaltung, die von essentieller Bedeutung ist. Daher wird der Entwicklung und der Konstruktion von Schülerversuchen im Rahmen dieser Arbeit ein besonders hoher Stellenwert beigemessen. In der vorliegenden Untersuchung werden zahlreiche neuentwickelte und weiterentwickelte Versuchsanordnungen beschrieben. Diese richten sich in erster Linie an die Primarstufenschüler und dienen hauptsächlich dem Zweck, physikalische Grundzusammenhänge durch Analogieexperimente, zu vermitteln. Schülerlabore sind außerschulische Lernorte, die das Interesse der Kinder und Jugendlichen an den mathematischen, naturwissenschaftlichen und technischen Fächern wecken und entfalten sollen. Demnach ist das Interesse, genau genommen das Interesse an physikalisch-technischen Themen, eines der zentralen Begriffe, um die es in der vorliegenden Untersuchung gehen soll. Was man unter Interesse versteht, wie es sich entwickelt und welche empirischen Befunde bezüglich der physikalisch-technischen Interessensentwicklung der Primar- und Sekundarstufenschüler existieren, wird ausführlich erläutert, um eine validierte Grundlage für das eigene Forschungsvorhaben auf diesem Gebiet zu erschaffen. Die Basis für das eigene Schülerlaborkonzept bilden einige ausgewählte Wirksamkeitsanalysen von Schülerlaboren, die daher ausführlich vorgestellt werden. Als eigenständige Beiträge der vorliegenden Dissertationsschrift sind außerdem folgende Punkte zu nennen: In einer laborinternen Untersuchung zum Interesse wurden die Interessantheit verschiedener geo- und umweltphysikalischer Fragestellungen für Kinder und Jugendliche untersucht und Schwerpunktthemen ermittelt. Neben den Interessen der Schüler sind auch ihre Vorkenntnisse bzw. ihre Vorstellungen in Bezug auf die genannten Themenbereiche für eine Lernerfolg erzielende Beschäftigung mit diesen Fragestellungen enorm wichtig. Deshalb wurde eine eigene laborinterne Untersuchung konzipiert und durchgeführt, um auf verschiedenen Wegen Erkenntnisse über das Vorwissen von Lernenden auf den Gebieten Umweltphysik und Geophysik zu gewinnen. Auf der Grundlage der neuentwickelten Analogieexperimente entstand ein neues und empirisch fundiertes experimentelles Angebot für das Labor der Universität Siegen. Das entwickelte Konzept des Schülerlabors wurde vielfach praktisch erprobt und durch umfangreiche Schülerbefragungen evaluiert.

This present work was created as a part of a newly established school laboratory in the field of physics didactics at the University of Siegen. The conception of the focus of activity for the laboratory is the primary intention of this work, in order to ensure a sustainable development of the newly created institution. School laboratories differ from other extracurricular learning centers in particular by the way in which students deal with the learning content, namely, by student experiments. This activity-oriented student activity forms the basis of a laboratory course, which is of vital importance. As a consequence, the development and construction of student experiments within this work hold a very high priority. In the present investigation numerous newly developed and improved experimental set-ups are being described. These are aimed especially at the primarily level school students and serve mainly the purpose to convey the very basic physical fundamentals employing analogy experiments. School laboratories are extracurricular learning centers, which are intended to arouse and develop the interest of children and adolescents in mathematic, scientific and technical subjects. Accordingly, the interest, strictly speaking, the interest in physical-technical topics, is one of the central concepts which will be addressed in this present work. A definition of the term interest, how interest is developed and which empirical findings regarding the physical-technical interest-development of primary and secondary level school students exist, will be explained in detail in order to create a validated basis for the own research project in this scientific field. Several selected effectiveness analyses of school laboratories serve as a basis for the present conception, which are therefore presented in detail at the beginning. The following aspects represent discrete and independent contributions of the present doctoral dissertation: In a internal laboratory study on the interest the interestingness of the geo- and environmental physical issues for children and adolescents have been examined and key issues identified. In addition to the interests of the students their previous knowledge, respectively their concepts and notions in relation to the above mentioned subject areas are extremely important for a successful learning-achieved engagement with these issues. Therefore an own internal laboratory study have been designed and performed in order to attain in a number of ways insights about the previous knowledge of the learners in the fields of geo- and environmental physics. In accordance with the newly developed analogy experiments a new and also empirically established experimental range for the laboratory of the University of Siegen arose. The developed conception of the school laboratory has been manifoldly practically put to test and evaluated through various student surveys.