Was sind Unterrichtskonzeptionen?
Eine Unterrichtskonzeption ist eine fachdidaktisch fundierte Aufbereitung eines Themengebiets für den Physikunterricht.
Diese Konzeptionen sind im Rahmen von Forschungsprojekten entstanden, um Schüler:innen in ihren Lernprozessen möglichst gut zu unterstützen.
Strukturiert nach den Lehrplänen der MS/AHS Unterstufe und der AHS Oberstufe finden Sie hier:
- Unterrichtskonzeptionen inkl. verfügbaren Materialien (z.B. Arbeitsblätter, Lehrkräftehandreichungen, Schüler:innenhefte, …)
- eine Kurzbeschreibung zu jeder Konzeption
- Informationen zu zentralen fachdidaktischen Ideen, empirischen Forschungsergebnissen und Ansprechpersonen
Bild: Gulliver Schools, CC BY 2.5, via Wikimedia Commons
Sekundarstufe I
zu den Unterrichtskonzeptionen der Sekundarstufe I
Sehen und Hören
Sender-Empfänger Optikkonzeption
In dieser Unterrichtskonzeption für die 6. Schulstufe steht ein Sender-Empfänger Modell im Zentrum. Ausgehend vom Sehvorgang wird dieses Modell Schritt für Schritt erweitert. Ein Lichtsender sendet Licht in alle Richtungen aus, ein Zwischensender sendet Licht in alle Richtungen weiter, ein Lichtempfänger empfängt das Licht, ein Bild entsteht. Darauf aufbauend wird die Zusammensetzung von weißem Licht, das Mischen und Zerlegen von Lichtfarben, die Farbwahrnehmung, das Entstehen von Schattenphänomenen thematisiert.
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Besonderheiten:
- Phänomene rund um den Sehvorgang stehen im Fokus und werden mit einem Sender-Empfänger-Modell erklärt.
- Es werden konsistent, lernendenfreundliche Begriffe und Darstellungen verwendet.
- Geometrische Optik und mathematische Konstruktionen werden bewusst weggelassen.
Empirische Evidenz:
Die Konzeption basiert auf der Sender-Empfänger-Optikkonzeption für die 8. Schulstufe, systematisch basierend auf Forschungsergebnissen der letzten 40 Jahren eine entwickelt und vielfach erprobt wurde. Eine empirische Überprüfung dieser Version für 6. Schulstufe steht noch aus.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Haagen-Schützenhöfer, C. & Hopf, M. (2020). Design-based research as a model for systematic curriculum development: The example of a curriculum for introductory optics. In: Physical Review Physics Education Research 16(2), 020152. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.16.020152
- Haagen-Schützenhöfer, C. (2017). Students´ conceptions on white light and implications for teaching and learning about color. In: Physics education 52(4), 044003. https://doi.org/10.1088/1361-6552/aa6d9c
- Haagen-Schützenhöfer, C. (2017). Development of Research Based Teaching Material: The Learning Output of a Course for Geometrical Optics for Lower Secondary Students. In: T. Greczylo (Hrsg.), Springer Proceedings in Physics Ser: v.190. Key Competences in Physics Teaching and Learning: Selected Contributions from the International Conference GIREP EPEC 215. Springer International Publishing. S. 105-116. https://doi.org/10.1007/978-3-319-44887-9_9
| Einsatzbereich: | 6. Schulstufe |
| Autorinnen: | Claudia Haagen-Schützenhöfer & Markus Obczovsky |
Stand: 08.04.2025
Optische Systeme
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Mechanik
Einführung in die Mechanik
Diese Konzeption startet mit der Beschreibung 2-dimensionaler mechanischer Phänomene. Dabei wird die Geschwindigkeit von Objekten bereits zu Beginn als Pfeil eingeführt, mit einer Richtung und einer Länge. Letztere entspricht dem Betrag der Geschwindigkeit, also dem Tempo. Aufbauend darauf wird die Bewegungsgleichung mithilfe eines senkrechten Stoßes qualitativ erarbeitet: Die Stärke und Länge einer Einwirkung (= Kraft) auf ein Objekt und die Masse eines Objektes beeinflussen die Größe der Zusatzgeschwindigkeit, die das Objekt durch diese Einwirkung erfährt. Diese Bewegungsgleichung wird in verschiedensten Kontexten angewandt.
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Besonderheiten:
- Der Einstieg erfolgt über die 2-dimensionale Mechanik mit Geschwindigkeitspfeilen.
- Stroboskopbilder werden zur Beschreibung von Bewegungen verwendet.
- Die Kraft wird als Einwirkung auf ein Objekt eingeführt, die zu einer Zusatzgeschwindigkeit führt.
- Der senkrechte Stoß wird als prototypische Einwirkung verwendet.
- Die qualitative Bewegungsgleichung und deren Anwendung stehen im Fokus.
Empirische Evidenz:
Die Konzeption kann als Produkt eines Langzeitprojekts gesehen werden, das von Physikdidaktiker*innen in über mehr als 40 Jahren systematisch weiterentwickelt und beforscht wurde. Diese konkrete Version der Unterrichtskonzeption wurde in einer großangelegten Interventionsstudie mit insgesamt 521 Schüler*innen empirisch evaluiert. Dabei zeigte die Interventionsgruppe einen signifikant besseren Lernzuwachs bezogen auf das konzeptuelle Verständnis als die Kontrollgruppe.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Spatz, V.; Hopf, M.; Wilhelm, T.; Waltner, C. & Wiesner, H. (2020). Introduction to Newtonian mechanics via two-dimensional dynamics. The effects of a newly developed content structure on Bavarian Middle School Students. In: European Journal of Science and Mathematics Education 8(2), S. 76-91.
- Wilhelm, T.; Tobias, V.; Waltner, C.; Hopf, M. & Wiesner, H. (2012). Design-Based Research am Beispiel der zweidimensional-dynamischen Mechanik. In: Bernholt, S. (Hrsg.): Konzepte fachdidaktischer Strukturierung für den Unterricht, Jahrestagung der GDCP in Oldenburg 2011, Reihe: Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Band 32, Lit-Verlag, Münster, S. 31 – 47.
| Einsatzbereich: | 7.-8. Schulstufe |
| Autorinnen: | Martin Hopf, Thomas Wilhelm, Christine Waltner, Verena Spatz (Tobias), Hartmut Wiesner |
Stand: 27.03.2025
Elektrizität und Magnetismus
Einführung in die Elektrizitätslehre mit Potenzial und Kontexten
Diese Unterrichtskonzeption legt besonderen Wert auf eine anschauliche Vorstellung der elektrischen Spannung und ihrer Bedeutung in Hinblick auf den elektrischen Strom. Hierzu wird das elektrische Potenzial mit dem Luftdruck bzw. dem sog. „elektrischen Druck“ in einem Leiter verglichen und die Spannung als „elektrischer Druckunterschied“ noch vor dem elektrischen Strom eingeführt. Außerdem werden die physikalischen Inhalte an diversen spannenden Kontexten u.a. aus der Biologie, der Medizin und der Geoelektrik erarbeitet. Die Grundideen der Unterrichtskonzeption wurden in mehreren Studien umfassend evaluiert und haben sich im Vergleich zum „traditionellen“ Unterricht als signifikant lernwirksamer erwiesen. Weitere Informationen und Materialien zur Konzeption sind auf https://www.einfache-elehre.de/ zur Verfügung gestellt.
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Besonderheiten:
- Die Spannung wird als Primärkonzept verankert, weil sich das im Vergleich zu einem Fokus auf den Strom als besonders lernwirksam erwiesen hat.
- Die Konzeption knüpft an ein intuitives Luftdruckverständnis an (Potenzial als Druck, Spannung als Druckunterschied, Stromstärke als Strömungsintensität).
- Das elektrische Potenzial wird durch Farben kodiert. Rot wird dabei von Schüler:innen intuitiv mit einem hohen Druck („elektrischer Überdruck“) assoziiert.
- Es gibt Stoppmechanismen, damit Schüler:innen bei der Analyse von Stromkreisen nicht intuitiv antworten, sondern auf das erworbene Wissen zurückgreifen.
- Die Kontexte orientieren sich möglichst an typischen Interessen von Schüler:innen.
- Zu jedem Kapitel gibt es ausführliche Lernaufgaben.
Empirische Evidenz:
In zwei Studien mit insgesamt ca. 2500 Schüler:innen aus Deutschland und Österreich erwiesen sich die Grundideen der Konzeption im Vergleich zu traditionellem Unterricht als lernförderlicher. Schüler:innen, die nach dem Ansatz der Konzeption unterrichtet wurden, hatten nach dem Unterricht weniger Fehlvorstellungen über Stromkreise und ein besseres Verständnis für Spannung.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Burde, J.-P.; Wilhelm, T. (2020). Teaching electric circuits with a focus on potential differences. PhysRev Physics Education Research 16. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.16.020153
- Burde, J.-P. (2018). Konzeption und Evaluation eines Unterrichtskonzepts zu einfachen Stromkreisen auf Basis des Elektronengasmodells. Logos Verlag Berlin. https://doi.org/10.30819/4726
| Einsatzbereich: | 7.-12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Jan-Philipp Burde, Liza Dopatka, Verena Spatz, Martin Hopf, Thomas Wilhelm, Thomas Schubatzky, Claudia Haagen-Schützenhöfer, Lana Ivanjek, Benedikt Gottschlich |
Stand: 21.01.2025
Energie
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Wetter und Klima
Die Bausteine der Materie
Das Unterrichtskonzept bietet einen Einstieg in das Teilchenmodell für die Sekundarstufe I. Dabei wird die Modellvorstellung zum Aufbau der Materie nicht, wie sonst häufig, durch Experimente sondern im Kontext von Kristallstrukturen motiviert. Die Frage nach der Entstehung der regelmäßigen Form von Kristallen führt dabei zur Idee, dass alles aus kleinsten, nicht-sichtbaren Bausteinen aufgebaut ist. Unter Berücksichtigung bekannter Lernendenvorstellungen wird besonders betont, dass die Eigenschaften der Bausteine nicht die Eigenschaften der Gegenstände sind. Die Eigenschaften der Materie entstehen vielmehr aus dem kollektivem Verhalten der Bausteine. Daran anschließend werden grundlegende Aspekte der Thermodynamik wie Temperatur und Phasenübergänge im Teilchenmodell erklärt.
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Besonderheiten:
- Anstatt des häufig verwendeten Zugangs zum Teilchenmodell durch Experimente wird das Thema durch den Kontext von Kristallstrukturen motiviert.
- Anstatt des in der Alltagssprache mehrdeutigen Begriffs „Teilchen“ wird der Begriff „Bausteine“ für Atome, Moleküle und Ionen verwendet.
- Anstatt der häufig in Schulbüchern vorkommenden kugelförmigen Darstellung der Bausteine werden diese durch ihr Elementsymbol (z.B. „Fe“ für Eisen“) oder ihre Summenformel (z.B. „H2O für Wasser) dargestellt.
Empirische Evidenz:
Das Unterrichtskonzept wurde in einem Design-Based-Research Projekt entwickelt. Key Ideas wurden mittels didaktischer Rekonstruktion erstellt und in Akzeptanzbefragungen mit insgesamt 60 Schüler:innen evaluiert. Dadurch konnten das Unterrichtskonzept schrittweise an das Verständnis der Schüler:innen angepasst werden. Das fertige Konzept wurde anschließend im mehreren 4. Klassen mit insgesamt 130 Schüler:innen im Prä-Post-Verfahren evaluiert. Dabei hat sich gezeigt, das Schüler:innen nach dem Unterrichtskonzept signifikant häufiger das Teilchenmodell verwenden als davor.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Budimaier, F. & Hopf, M. (2024). Evaluation of a new teaching-learning sequence on the particulate nature of matter using crystal structures. In: Physical Review Physics Education Research 20(2), 020104. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.20.020104
- Budimaier, F. & Hopf, M. (2023). Alternative Darstellungsformen des Teilchenmodells. In C. Fridrich, B. Herzog-Punzenberger, H. Knecht, N. Kraker, P. Riegler & G. Wagner (Hrsg.), PH Wien – Forschungsperpektiven: Bd. 15. Forschungsperspektiven 15 (S. 97–115). LIT Verlag.
| Einsatzbereich: | 8. Schulstufe |
| Autorinnen: | Florian Budimaier |
Stand: 03.02.2025
Workbooks zum Klimawandel
Die Workbooks zum Klimawandel gibt es in zwei Versionen: Einmal für die Sekundarstufe I und einmal für die Sekundarstufe II. Sie wurden so entwickelt, dass die Lernenden sie weitgehend selbständig oder in Gruppenarbeit bearbeiten können. Zu Beginn jedes Abschnittes gibt es zentrale Fragen, die sich für die Besprechung im Plenum eignen. Die Workbooks sowie weitere Arbeitsblätter stehen als wunderbooks zur Verfügung:
Dort können auch eigene Arbeitsblätter und Workbooks erstellt werden.
Eine empirische Evaluation der Workbooks steht noch aus.
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Besonderheiten:
- Die Arbeitsblätter zu einzelnen Unterrichtssequenzen bauen aufeinander auf und hängen zusammen, lassen sich aber auch modular verwenden.
- Das Format (Design, Handlungsanweisungen, Abbildungen, …) ist einheitlich.
- Die einzelnen Kapitel in den Workbooks bieten Anknüpfungsmöglichkeiten für unterschiedliche Schulfächer (Physik, Naturwissenschaften, Geographie, Biologie, …).
Empirische Evidenz:
Die Autor:innen berichten, dass der Einsatz der Workbooks im Unterricht zeigt, dass die Lernenden das Arbeiten mit den Workbooks positiv und motivierend bewerten. Eine weitere empirische Evaluation der Workbooks steht noch aus.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Heinicke, Susanne; Heusler, Stefan; Heinen, Rosalie; Fühner, Larissa (2021): Workbooks zum Klimawandel – Methodisch vielfältige Materialien mit digitalen Ergänzungen für die Sekundarstufe I und II, Naturwissenschaften im Unterricht Physik (183), S. 33-36.
| Einsatzbereich: | 7./8./10./11./12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Susanne Heinicke, Stefan Heusler, Rosalie Heinen, Larissa Fühner |
Stand: 03.03.2025
Strahlung und Radioaktivität
Elektromagnetische Strahlung in der Sekundarstufe I unterrichten
Das vorliegende Konzept hat das Ziel, die wichtigsten Aspekte elektromagnetischer Strahlung lernendengerecht für die Sekundarstufe I aufzubereiten. Das Konzept unterscheidet sich dabei vom traditionellen Unterricht vor allem dadurch, dass auf eine ausführliche Behandlung des Wellen- oder Teilchenmodells verzichtet wird. Dies hat zwei Gründe: Zum einen stehen diese beiden Modelle nicht aus dem vorangegangenen Physikunterricht zur Verfügung, es müsste also Zeit darauf verwendet werden, zumindest eines der beiden einzuführen. Außerdem wird auch im Einführungsunterricht zur Optik in der Sekundarstufe I auf eine intensive Behandlung des Wellen- bzw. Teilchencharakters von Licht verzichtet. Das vorliegende Unterrichtskonzept versteht sich als Erweiterung des Optikunterrichts der Sek. I. Dort bewährte didaktische Konzepte werden nun für das restliche elektromagnetische Spektrum adaptiert und erweitert.
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Besonderheiten:
- Auf die Wellen- oder Teilchennatur des Lichts wird nicht explizit eingegangen.
- Es wird an das bereits aus dem Optikunterricht bekannte Sender-Empfänger-Modell angeknüpft.
- Der Lernprozess orientiert sich durchgehend an Vorerfahrungen der Schüler:innen oder Erfahrungen, die direkt im Unterricht gemacht werden.
Empirische Evidenz:
Das Konzept wurde in mehreren Forschungszyklen evaluiert und überarbeitet. Dabei wurden die Lernprozesse von einzelnen Schüler*innen sehr genau beobachtet und analysiert, um zu eruieren, welche Erklärungen, Formulierungen, Darstellungen und Erfahrungen lernförderlich sind. Anschließend wurde das Konzept von Lehrpersonen im eigenen Physikunterricht erprobt. Basierend auf diesen Erfahrungen erfolgte eine weitere Überarbeitung.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Zloklikovits, S. & Hopf, M. (2021). Didaktische Rekonstruktion EM-Strahlung [Educational Reconstruction of electromagnetic radiation]. In S. Habig (Vorsitz), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch? Symposium im Rahmen der Tagung von GDCP e.V.
- Zloklikovits, S. & Hopf, M. (2021). Evaluating key ideas for teaching electromagnetic radiation. Journal of Physics: Conference Series, 1929(1), 12063. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1929/1/012063
| Einsatzbereich: | 8. Schulstufe |
| Autorinnen: | Sarah Zloklikovits |
Stand: 18.03.2025
Messunsicherheiten
Basiskonzepte der Messunsicherheiten anhand Beurteilung der Vertrauenswürdigkeit von Wasservolumen-Messungen
In der ersten Phase sollen die Schülerinnen anhand eines Experiments, welches in Form von Gruppenarbeiten durchgeführt wird, auf die Vertrauenswürdigkeit ihrer Messung hingeführt werden. Dadurch sollen erste Überlegungen in Richtung eines Konzepts von Messunsicherheiten angestoßen werden. Mittels gezielt gestellter Aufgaben werden die Schülerinnen auf Typ A- und Typ B- Unsicherheiten und bei leistungsstärkeren Klassen auch auf die Korrektur eines systematischen Effekts geführt. In der zweiten Phase wird auf das Experiment zurückgegriffen und dadurch die Bedeutung des Mittelwerts und die Notwendigkeit der Angabe einer Messunsicherheit konkret erarbeitet. Bei der Auswertung und mathematischen Lösung der Aufgaben, kann durch geschicktes Eingreifen der Lehrperson, welche über Schwierigkeiten und den Leistungsstand ihrer Schüler*innen Bescheid weiß, der Fokus auf die Bedeutung des Mittelwerts, beispielsweise für den Vergleich verschiedener Messungen, beibehalten werden. Lückentexte zwischendurch sollen das Gelernte festigen und ein Concept Cartoon am Ende der Unterrichtseinheiten eine Anwendung des neuen Wissens ermöglichen.
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Besonderheiten:
- GUM-konformer Umgang mit Messunsicherheiten
- Messdatenverarbeitung wird altersgerecht über das Brückenkonzept der „Vertrauenswürdigkeit“ zu erlernt
Empirische Evidenz:
Das Konzept wurden nach der Methode des Design Based Research entwickelt. Akzeptanzbefragungen von Schüler:innen untermauern die domänenspezifischen Designprinzipien. Eine addressatenspezifische didaktische Rekonstruktion verfolgt den Ansatz, GUM-konformen Umgang mit Messunsicherheiten in der Messdatenverarbeitung altersgerecht über das Brückenkonzept der „Vertrauenswürdigkeit“ zu erlernen.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Loidl, H. (2021). Entwicklung und Evaluation von Unterrichtseinheiten zum Thema Messunsicherheiten. Masterarbeit an der Universität Wien.
- Nagel, C. (2024). Vertrauenswürdigkeit von Messungen als Brücke zu Messunsicherheiten. In H. van Vorst (Hrsg.), Frühe naturwissenschaftliche Bildung: Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik Jahrestagung in Hamburg 2023 (S. 843-846) https://gdcp-ev.de/tagungsbaende/tagungsband-2024-band-44-2/
| Einsatzbereich: | 6–8. Schulstufe |
| Autorinnen: | Hannah Loidl, Clemens Nagel |
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Stand: 18.03.2025
Sekundarstufe II
zu den Unterrichtskonzeptionen der Sekundarstufe II
Mechanik
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Thermodynamik
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Schwingungen und Wellen
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Grundlagen der Elektrizitätslehre
Einführung in die Elektrizitätslehre mit Potenzial und Kontexten
Diese Unterrichtskonzeption legt besonderen Wert auf eine anschauliche Vorstellung der elektrischen Spannung und ihrer Bedeutung in Hinblick auf den elektrischen Strom. Hierzu wird das elektrische Potenzial mit dem Luftdruck bzw. dem sog. „elektrischen Druck“ in einem Leiter verglichen und die Spannung als „elektrischer Druckunterschied“ noch vor dem elektrischen Strom eingeführt. Außerdem werden die physikalischen Inhalte an diversen spannenden Kontexten u.a. aus der Biologie, der Medizin und der Geoelektrik erarbeitet. Die Grundideen der Unterrichtskonzeption wurden in mehreren Studien umfassend evaluiert und haben sich im Vergleich zum „traditionellen“ Unterricht als signifikant lernwirksamer erwiesen. Weitere Informationen und Materialien zur Konzeption sind auf https://www.einfache-elehre.de/ zur Verfügung gestellt.
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Besonderheiten:
- Die Spannung wird als Primärkonzept verankert, weil sich das im Vergleich zu einem Fokus auf den Strom als besonders lernwirksam erwiesen hat.
- Die Konzeption knüpft an ein intuitives Luftdruckverständnis an (Potenzial als Druck, Spannung als Druckunterschied, Stromstärke als Strömungsintensität).
- Das elektrische Potenzial wird durch Farben kodiert. Rot wird dabei von Schüler:innen intuitiv mit einem hohen Druck („elektrischer Überdruck“) assoziiert.
- Es gibt Stoppmechanismen, damit Schüler:innen bei der Analyse von Stromkreisen nicht intuitiv antworten, sondern auf das erworbene Wissen zurückgreifen.
- Die Kontexte orientieren sich möglichst an typischen Interessen von Schüler:innen.
- Zu jedem Kapitel gibt es ausführliche Lernaufgaben.
Empirische Evidenz:
In zwei Studien mit insgesamt ca. 2500 Schüler:innen aus Deutschland und Österreich erwiesen sich die Grundideen der Konzeption im Vergleich zu traditionellem Unterricht als lernförderlicher. Schüler:innen, die nach dem Ansatz der Konzeption unterrichtet wurden, hatten nach dem Unterricht weniger Fehlvorstellungen über Stromkreise und ein besseres Verständnis für Spannung.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Burde, J.-P.; Wilhelm, T. (2020). Teaching electric circuits with a focus on potential differences. PhysRev Physics Education Research 16. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.16.020153
- Burde, J.-P. (2018). Konzeption und Evaluation eines Unterrichtskonzepts zu einfachen Stromkreisen auf Basis des Elektronengasmodells. Logos Verlag Berlin. https://doi.org/10.30819/4726
| Einsatzbereich: | 7.-12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Jan-Philipp Burde, Liza Dopatka, Verena Spatz, Martin Hopf, Thomas Wilhelm, Thomas Schubatzky, Claudia Haagen-Schützenhöfer, Lana Ivanjek, Benedikt Gottschlich |
Stand: 21.01.2025
Elektrische Energie
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Felder
Energie-Feld-Ansatz (EFA)
Energie wird phänomenologisch als Erhaltungsgröße eingeführt. Sie steckt in Bewegungen und Feldern. Durch die Energieübertragung zwischen Bewegungen und Feldern laufen Prozesse ab. Dieses Prinzip wird makroskopisch am Beispiel zweier Magnetwägen motiviert und vom Großen zum Kleinen über Phänomene der Gravitation, Elektrostatik, Wärmelehre, Atomphysik bis zur Elementarteilchenphysik erweitert. Die Grundidee bleibt dabei immer gleich und die Lernenden erfahren, wie man mit wenigen Key Ideas (Konzeptideen) sämtliche Prozesse aus der Energieperspektive beschreiben kann. Dabei kommt man mit nur zwei Energieformen aus (Feld- und Bewegungsenergie). Alle anderen Formen werden diesen beiden sinnstiftend zugeordnet.
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Besonderheiten:
- Es wird nur zwischen zwei „Formen“ von Energie unterschieden: Bewegungsenergie und Feldenergie. Die zahlreichen typischen Energieformen werden unter diese beiden Begriffe subsumiert und so sinnstiftend vernetzt. Energie wird dann zwischen Feldern und Objekten in Bewegung übertragen.
- Der EFA kommt ohne das problematische Konzept der Arbeit aus und führt Energie auf Bewegungen und Wechselwirkungen von Teilchen zurück.
- Der EFA ist immer und überall anwendbar. Von der Mechanik, Wärmelehre, Elektrizitätslehre und Magnetismus, Astronomie, Kern- oder Elementarteilchenphysik– überall interagieren Felder und Bewegungen.
Empirische Evidenz:
Grundlegende Key Ideas wurden mittels Expertinnen-Interviews aus fachlicher und didaktischer Sicht legitimiert. In einer qualitativen Interviewstudie wurden 21 Schülerinnen der 6. bis 8. Jahrgangsstufe aus Wien mit dem EFA instruiert und befragt.
Der EFA wurde in einer intervenierenden Klassenerhebung durch verschiedene Lehrpersonen mit insgesamt 84 Schüler*innen evaluiert.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Becker, M., & Hopf, M. (2021). Der Energie-Eeld-Ansatz: Design-Forschung zur Entwicklung und Evaluation eines Unterrichtskonzeptes für den Energieunterricht der Oberstufe. PhyDid B-Didaktik der Physik-Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung.
- Becker, M., & Hopf, M. (2023). Der Energie-Feld-Ansatz. Merkmale und erste Ergebnisse. In Lernen, Lehren und Forschen in einer digital geprägten Welt.
| Einsatzbereich: | 10.-12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Manuel Becker |
Stand: 18.03.2025
Elektrodynamik
Energieübertragung in elektrischen Systemen in der Sekundarstufe II unterrichten
Ziel dieses Unterrichtsdesigns ist es, das Thema Energieübertragung für Schüler:innen verständlich zu machen. Mit der wachsenden Bedeutung von Technologie sollte sich auch der Unterricht entsprechend anpassen und Schüler:innen über die dahinterliegenden Prozesse aufklären (beispielsweise, warum und wie ein Smartphone kabellos mit Energie versorgt werden kann). Das Thema Energieübertragung in der Elektrizitätslehre wird allerdings bisher nur selten ausreichend in Schulen behandelt. Die theoretischen Inhalte zur Planung einer Unterrichtssequenz werden oftmals so weit vereinfacht, dass sie schließlich fachlich inkorrekt sind. Das Unterrichtskonzept tritt dem entgegen und zeigt wie mit dem Poynting Vektor die Energieübertragung in elektrischen Systemen anschaulich beschrieben werden kann.
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Besonderheiten:
- Das Unterrichtskonzept knüpft an spannende Alltagskontexte der Schüler:innen an.
- Das Unterrichtskonzept nutzt den Poynting-Vektor, um die Energieübertragung in elektrischen Systemen zu beschreiben.
- Das Unterrichtskonzept verwendet übersichtliche Darstellungen zur Visualisierung des Gelernten.
- Das Unterrichtskonzept nutzt digitale Inhalte, Hands-on-Versuche und Demonstrationsversuche.
Empirische Evidenz:
Das Konzept wurde in mehreren Zyklen nach dem Design-Based-Research-Ansatz entwickelt und evaluiert. Zunächst wurden mithilfe einer Literaturrecherche elementare Grundideen, sogenannte ‚Key Ideas‘, formuliert, die dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion folgen. Anschließend wurden drei Interviewrunden mit der Methode der Akzeptanzbefragung mit insgesamt 21 Schüler:innen durchgeführt und mittels Qualitativer Inhaltsanalyse ausgewertet, um die Lehr-Lernumgebung weiterzuentwickeln. Der letzte Schritt bestand darin, das Unterrichtsdesign im realen Klassensetting auszuprobieren und zu evaluieren.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Winter, L. & Hopf, M. (2024). Akzeptanzbefragungen zur Energieübertragung in elektrischen Systemen. In Helena van Forst (Vorsitz), Frühe naturwissenschaftliche Bildung: Jahrestagung in Hamburg 2023. Symposium im Rahmen der Tagung von GDCP e.V., Hamburg.
- Morris, L. & Hopf, M. (2022). Energieübertragung in elektrischen Systemen mithilfe von elektromagnetischen Feldern erklären. In Unsicherheit als Element von naturwissenschaftsbezogenen Bildungsprozessen: GDCP Tagungsband 2022 (S. 556–559). Gesellschaft für die Didaktik der Chemie und Physik (GDCP). Verfügbar unter: https://www.gdcp-ev.de/wp-content/tb2022/TB2022_556_Morris.pdf
| Einsatzbereich: | 11. Schulstufe |
| Autorinnen: | Louisa Winter |
Stand: 14.04.2025
Elektromagnetische Wellen
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Strahlungshaushalt der Erde
Tutorials zum Klimawandel
Die „Tutorials zum Klimawandel“ wurden entwickelt, um das konzeptuelle Verständnis der wissenschaftlichen Grundlagen des Klimawandels zu verbessern.
In den 10 Tutorials werden 5 Schlüsselbereiche angesprochen:
1. Die Atmosphäre der Erde,
2. der Unterschied zwischen Wetter und Klima,
3. das Klima als System,
4. der Kohlenstoffkreislauf und
5. der Treibhauseffekt.
Die einzelnen Tutorials können unabhängig voneinander eingesetzt werden, um Lernen und Unterricht über den Klimawandel zu bereichern. Sie wurden speziell für den Physikunterricht in der Sekundarstufe II und für universitäre Lehrveranstaltungen in den ersten Semestern entwickelt.
Die Tutorials wurden im Rahmen des internationalen Erasmus+ Projekts „Engaging“ von Physikdidaktiker:innen der Universitäten Bochum, Dresden und Innsbruck entwickelt. Auf der Website des Projekts sind alle Tutorials auch auf Englisch und Niederländisch verfügbar.
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Besonderheiten:
- Tutorial-Ansatz: Bei der Bearbeitung qualitativer Probleme begründen die Lernenden ihre Überlegungen und tauschen sich intensiv darüber aus. Das Ziel dieser vertieften Auseinandersetzung ist nachhaltiges Lernen über die naturwissenschaftlichen Prinzipien, die dem Klimawandel zugrunde liegen.
- Modifizierter Anchored Instruction-Ansatz: Durch Zeitungsausschnitte oder ähnliches wird jedes Tutorial in einen authentischen und interessanten Kontext eingebettet.
- Lernen mit Concept Cartoons: Die Lernenden setzen sich anhand von Concept Cartoons mit typischen Schülervorstellungen auseinander und argumentieren für die naturwissenschaftliche Sichtweise.
Empirische Evidenz:
In einer Studie mit 71 Lehramtsstudierenden unterschiedlicher Unterrichtsfächer aus Belgien, Deutschland und Österreich erwiesen sich die Tutorials als Lernwirksam. Eine Evaluation mit Schüler:innen steht noch aus.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Wildbichler, S., Wackermann, R., De Cock, M., Ivanjek, L., Micoloi, M., Pospiech, G., & Schubatzky, T. (zur Veröffentlichung angenommen). Tutorials in Climate Change. The Physics Teacher.
| Einsatzbereich: | 10./11./12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Sarah Wildbichler, Rainer Wackermann, Mieke De Cock, Lana Ivanjek, Magdalena Micoloi, Gesche Pospiech, Thomas Schubatzky |
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Stand: 04.02.2025
Workbooks zum Klimawandel
Die Workbooks zum Klimawandel gibt es in zwei Versionen: Einmal für die Sekundarstufe I und einmal für die Sekundarstufe II. Sie wurden so entwickelt, dass die Lernenden sie weitgehend selbständig oder in Gruppenarbeit bearbeiten können. Zu Beginn jedes Abschnittes gibt es zentrale Fragen, die sich für die Besprechung im Plenum eignen. Die Workbooks sowie weitere Arbeitsblätter stehen als wunderbooks zur Verfügung:
Dort können auch eigene Arbeitsblätter und Workbooks erstellt werden.
Eine empirische Evaluation der Workbooks steht noch aus.
weiterlesen + zu den Materialien
Besonderheiten:
- Die Arbeitsblätter zu einzelnen Unterrichtssequenzen bauen aufeinander auf und hängen zusammen, lassen sich aber auch modular verwenden.
- Das Format (Design, Handlungsanweisungen, Abbildungen, …) ist einheitlich.
- Die einzelnen Kapitel in den Workbooks bieten Anknüpfungsmöglichkeiten für unterschiedliche Schulfächer (Physik, Naturwissenschaften, Geographie, Biologie, …).
Empirische Evidenz:
Die Autor:innen berichten, dass der Einsatz der Workbooks im Unterricht zeigt, dass die Lernenden das Arbeiten mit den Workbooks positiv und motivierend bewerten. Eine weitere empirische Evaluation der Workbooks steht noch aus.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Heinicke, Susanne; Heusler, Stefan; Heinen, Rosalie; Fühner, Larissa (2021): Workbooks zum Klimawandel – Methodisch vielfältige Materialien mit digitalen Ergänzungen für die Sekundarstufe I und II, Naturwissenschaften im Unterricht Physik (183), S. 33-36.
| Einsatzbereich: | 7./8./10./11./12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Susanne Heinicke, Stefan Heusler, Rosalie Heinen, Larissa Fühner |
Stand: 03.03.2025
Atomphysik
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Quantenphysik
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Kernphysik
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Relativitätstheorie
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Teilchenphysik
wird (hoffentlich bald) ergänzt
Messunsicherheiten
Basiskonzepte der Messunsicherheiten mit selbstgebautem Längenmessgerät
Die Unterrichtskonzeption bietet einen Einstieg in die Basiskonzepte der Messunsicherheit für die Sekundarstufe II. Grundlegend ist anzuführen, dass für die drei Einheiten zur Unterrichtsplanung je eines der 12 Basismodelle nach Oser und Patry verwendet wurde und die einzelnen Teile der Einheiten sich nach den Handlungsschritten bzw. der Tiefenstruktur nach dem jeweiligen Modell richten.
Kernstück der ersten Einheit bildet dabei der Bau eines Zollstabs (Schritte bei der Herstellung und Verwendung eines Messgeräts die für die Unsicherheit Typ A relevant sind) und die Einführung der Unsicherheit Typ B.
In der zweiten Einheit wird der Zollstab folglich für die tatsächliche Messung von Längen verwendet (Zollstab in der Praxis) und im Zuge der mathematischen Auswertung die Unsicherheit Typ A als Erweiterung des Konzepts eingeführt.
Die dritte optionale Einheit befasst sich mit Einheiten, Dimensionen, physikalischen Größen und dem Thema Größenordnungen (vgl. Lehrplan der 9. Schulstufe).
weiterlesen + zu den Materialien
Besonderheiten:
- GUM-konformen Umgang mit Messunsicherheiten
- Messdatenverarbeitung wird altersgerecht über das Brückenkonzept der „Vertrauenswürdigkeit“ zu erlernt
- aufbauend auf dem Konzept zur Messunsicherheit in der Sekundarstufe I von Loidl und Nagel
Empirische Evidenz:
Das Konzepte wurden nach der Methode des Design Based Research entwickelt. Akzeptanzbefragungen von Schüler:innen untermauern die domänenspezifischen Designprinzipien. Eine addressatenspezifische didaktische Rekonstruktion verfolgt den Ansatz, GUM-konformen Umgang mit Messunsicherheiten in der Messdatenverarbeitung altersgerecht über das Brückenkonzept der „Vertrauenswürdigkeit“ zu erlernen.
Wissenschaftliche Publikationen:
- Nagel, C. (2024). Vertrauenswürdigkeit von Messungen als Brücke zu Messunsicherheiten. In H. van Vorst (Hrsg.), Frühe naturwissenschaftliche Bildung: Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik Jahrestagung in Hamburg 2023 (S. 843-846) https://gdcp-ev.de/tagungsbaende/tagungsband-2024-band-44-2/
- Bärenthaler-Pachner, R., & Nagel, C. (2024). Development and evaluation of a GUM-based curriculum on measurement uncertainty for upper secondary. Progress in Science Education (PriSE), 7(1), 56-77. https://doi.org/10.25321/prise.2024.1428
| Einsatzbereich: | 9.-12. Schulstufe |
| Autorinnen: | Rupert Bärenthaler-Pachner, Clemens Nagel |
Downloads
Stand: 18.03.2025
