Handlungsregulation und Wissenserwerb in traditionellen und computergestützten Experimenten des physikalischen Praktikums

Abstract

Das Praktikum unterscheidet sich von allen anderen Unterrichtsformen zum Erlernen von Naturwissenschaften. Beim Experimentieren greifen die Lernenden aktiv in ihre Umwelt ein. Indem sie ihr Wissen über Physik zur Steuerung ihrer Handlungen benutzen, können sie bekannte Gesetzmäßigkeiten überprüfen oder neue Gesetzmäßigkeiten entdecken und verstehen, und damit neues Wissen erwerben. Viele Autoren sind allerdings der Meinung, dass bestehende Praktika dem Anspruch, das theoretische Wissen der Lernenden mit experimentellen Erfahrungen zu verbinden, nicht gerecht werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Lernen im physikalischen Anfängerpraktikum an der Universität. Es wird untersucht, ob die Studierenden durch die Durchführung eines Praktikumsexperiments physikalisches und experimentelles Wissen erwerben, und welcher Zusammenhang zwischen dem Wissenserwerb und den Handlungen im Praktikum besteht. Damit werden zum einen Anspruch und Wirklichkeit physikalischer Anfängerpraktika verglichen. Zum anderen wird untersucht, inwieweit der Einsatz des Computers zur Messwerterfassung und zur Modellbildung eine Veränderung in der Handlungsregulation und im Wissen der Studierenden bewirken kann. Theoretische Basis der Untersuchung bilden konstruktivistische Ansätze der Lernpsychologie. Sie werden mit handlungstheoretischen Konzepten verknüpft, wobei fachdidaktische Aspekte berücksichtigt werden. Videoaufzeichnungen der Praktikumsarbeit werden über eine speziell dafür entwickelte kategoriegeleitete Analyse ausgewertet. Als Wissenstest werden Begriffsnetze erhoben und anhand eines Referenznetzes ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass das traditionelle physikalische Anfängerpraktikum an der Universität keine für die Anwendung und den aktiven Erwerb physikalischen Wissens besonders geeignete Lernumgebung darstellt, und dass in diesem Kontext auch der Einsatz des Computers kaum Auswirkungen auf die Handlungsregulation und den Wissenserwerb der Studierenden hat. Anhand der Untersuchungsergebnisse werden Wege zur Verbesserung physikalischer Praktika aufgezeigt und diskutiert

This work deals with learning in the beginners' physics laboratory at the university level in Germany. It examines whether the students acquire knowledge of physics and of scientific experimentation by performing a laboratory experiment, and if a relationship exists between the students' knowledge acquisition and their actions during laboratory work. Thus, the learning expectations are compared with the actual results of beginners' physics laboratories. Furthermore, it is examined to what extent the use of the computer for data capture and model building can affect students' action regulation and learning outcomes. Constructivist theories of learning constitute the theoretical basis for the investigation. They are used in combination with concepts of action theory, with aspects of physics education taken into account. Video recordings of laboratory work are analysed by a category-based analysis, which was specifically developed for this research. Concept maps are used for investigating students' knowledge and are analysed on the basis of a reference map. The research results show that the traditional beginners' physics laboratory at the university level is not a learning environment particularly well suited for applying and acquiring knowledge of physics actively, and that in this context the use of the computer hardly effects either the students' action regulation or knowledge acquisition. Based on the results of this research, ways to improve the effectiveness of physics laboratory work are discussed.