Aufbauend auf einer Darstellung des Forschungsstandes des Themas Fachsprache im Physikunterricht werden Lehrbuchtexte auf ihre Verwendung von Fachsprache und Alltagssprache analysiert. Neben dem sprachwissenschaftlichen Blick auf die Fachsprache als Varietät, die den besonderen Anforderungen der Wissenschaftskommunikation genügen muss, und ihren daraus resultierenden Eigenschaften und Merkmalen in Syntax und Lexik, wird der Wortschatz der Elektrizitätslehre etymologisch mit Blick auf mögliche Lernschwierigkeiten präsentiert und es wird der physikdidaktische Diskurs zur Stellung der Fachsprache im Unterricht wiedergegeben. Die Analyse beinhaltet quantitative Auswertungen der Texte hinsichtlich bestimmter fachsprachlicher Merkmale und eine Beurteilung der Verständlichkeit der Texte im Rahmen des Hamburger Verständlichkeitsmodells.

Aufbauend auf einer Darstellung des Forschungsstandes des Themas Fachsprache im Physikunterricht werden Lehrbuchtexte auf ihre Verwendung von Fachsprache und Alltagssprache analysiert. Neben dem sprachwissenschaftlichen Blick auf die Fachsprache als Varietät, die den besonderen Anforderungen der Wissenschaftskommunikation genügen muss, und ihren daraus resultierenden Eigenschaften und Merkmalen in Syntax und Lexik, wird der Wortschatz der Elektrizitätslehre etymologisch mit Blick auf mögliche Lernschwierigkeiten präsentiert und es wird der physikdidaktische Diskurs zur Stellung der Fachsprache im Unterricht wiedergegeben. Die Analyse beinhaltet quantitative Auswertungen der Texte hinsichtlich bestimmter fachsprachlicher Merkmale und eine Beurteilung der Verständlichkeit der Texte im Rahmen des Hamburger Verständlichkeitsmodells.:1. Physikunterricht und Sprache? 1 2. Die physikalische Fachsprache 4 2.1 Fachsprache und Alltagssprache 4 2.2 Fachsprachen als Varietäten 7 2.3 Vertikale Schichtung von Fachsprachen 9 2.4 Eigenschaften von Fachsprachen 10 2.5 Merkmale von Fachsprachen 13 2.6 Physikalische Fachsprache 17 3. Fachsprache im Physikunterricht 22 3.1 Sprachformen im Physikunterricht nach Josef Leisen 23 3.2 Fachsprache im Lernprozess 25 3.3 Fachsprache als Lernziel 27 4. Analyse wesentlicher Fachtermini der Elektrizitätslehre mit Blick auf mögliche Lernschwierigkeiten 30 4.1 Elektrische Stromstärke 30 4.2 Elektrische Spannung 33 4.3 Elektrischer Widerstand 37 4.4 Sonstige Begriffe 37 5. Kriterien für die Analyse der Lehrbuchtexte 39 5.1 Lexik 39 5.2 Syntax 40 5.3 Das Hamburger Verständlichkeitsmodell 41 6. Analyse der Lehrbuchtexte 44 6.1 Grundsätzlicher Aufbau der Lehrwerke 44 6.2 Lehrbuchtexte Klasse 6: Elektrische Stromkreise 46 6.3 Lehrbuchtexte Klasse 7 64 6.4 Lehrbuchtexte Klasse 8 78 7. Abschlussdiskussion 94 7.1 Zusammenfassender Vergleich der Lehrbücher 94 7.2 Theorie und Praxis 99 Anhang

Abschlussbericht zum DFG-Projekt "Veränderung der Lernmotivation in Mathematik und Physik: eine Komponentenanalyse und der Einfluss elterlicher sowie schulischer Kontextfaktoren" Abstract: Dass die Lernmotivation besonders in mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächern im Verlauf der Sekundarschulzeit sinkt, kann als gesichert gelten (Krapp, 1998). Allerdings ergibt sich bei genauerem Hinsehen ein recht differenziertes Bild. Dies betrifft insbesondere die verschiedenen Komponenten von Lernmotivation (z. B. Erfolgserwartungen, Nützlichkeiten/Instrumentalitäten, intrinsische vs. extrinsische Folgenanreize, Sachinteressen, Selbstkontrollfunktionen etc.), die offenbar nicht gleichermaßen betroffen sind. Weiterhin wurden auch unterschiedliche Veränderungen je nach Fach, Klassenstufe und Geschlecht gefunden (z. B. Fend, 1997; Pekrun, 1993). Überdies sind hier individuell unterschiedliche Verlaufstypen der Lernmotivationsveränderung zu erwarten (Fend, 1997; Rheinberg, 1980). Je nachdem, aufgrund welcher Komponenten ein Absinken der Lernmotivation zustande kommt, sind ganz andere Interventionsmaßnahmen angezeigt. Von daher ist ein Instrumentarium erforderlich, das die einzelnen Komponenten der Lernmotivation in mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächern zu erfassen erlaubt. Ein solches Verfahren soll in einem zweijährigen Projekt theorieverankert entwickelt werden. Es stützt sich zunächst auf das Erweiterte Kognitive Modell zur Lernmotivation (Heckhausen & Rheinberg, 1980; Rheinberg, 1989), des weiteren auf Interessenkonzepte (Krapp, 1992, 1998) sowie auf die Handlungskontroll- bzw. die PSI-Theorie (Kuhl, 1987, 1998). Es soll die Lernmotivation in ihren Komponenten so erfassen, dass spezifische Interventionen hergeleitet bzw. schon bewährte fallbezogen platziert werden können. Solche Interventionen sind für mögliche Anschlussprojekte im DFG-Schwerpunktprogramm "Bildungsqualität" vorgesehen. In einem altersgestaffelten einjährigen Längsschnitt wird im jetzigen Projekt mit diesem Instrument die Veränderung dieser Komponenten in den Fächern Mathematik und Physik auf der Sekundarstufe I erhoben. Gewonnen werden dabei klassenstufenspezifische Veränderungen der Lernmotivationskomponenten sowie (via Typenanalysen) verschiedene Entwicklungstypen in der mathematisch-naturwissenschaftlichen Lernmotivation. Dies sind Basisinformationen, die für die Entwicklung, Platzierung und Effektsicherung nachfolgender Interventionsmaßnahmen benötigt werden. Um im Vorfeld zwei (von vielen) Ansatzpunkten solcher Interventionen näher abzuklären, wird bereits in der ersten Projektphase die Wirkung zweier Kontextfaktoren untersucht. Hier wird (a) das mathematisch-naturwissenschaftliche Anregungsklima des Elternhauses sowie (b) die Bezugsnorm-Orientierung des Mathematik- bzw. Physiklehrers erfasst. Von beiden Kontextfaktoren sind Auswirkungen auf spezifische Komponenten der mathematisch-naturwissenschaftlichen Lernmotivation zu erwarten. Dies ist jedoch vorweg genauer abzuklären, ehe man die Kosten von Interventionen investiert. Das Instrumentarium (PMI) wird von Mai bis September 2000 entwickelt. Die einjährige Längsschnittstudie beginnt dann im Oktober 2000. Geplant sind drei Messzeitpunkte jeweils auf den Klassenstufen 5 bis 9 (Kombiniertes Längs- und Querschnittdesign)

Die vorliegende Studie diskutiert die Entwicklung eines Testinstruments zur Messung von Bewertungskompetenz im Sinne der Teilkompetenz Bewerten, Entscheiden und Reflektieren (BER) innerhalb des Göttinger Modells der Bewertungskompetenz im Kontext nachhaltiger Entwicklung (Bögeholz 2011) für das Unterrichtsfach Physik in der Sekundarstufe. Die ausgewählten Aufgabenkontexte beschreiben die Erzeugung, die Speicherung und die Nutzung elektrischer Energie. Sie schließen damit auch an die aktuelle gesellschaftliche Diskussion um Erneuerbare Energien an und untersuchen diesbezüglich das Entscheidungsvermögen und die Bewertungskompetenz heutiger Schülerinnen und Schüler. Die Einsatzfähigkeit des in dieser Studie entwickelten Testinstruments wurde zunächst im Rahmen zweier Vorstudien überprüft, bevor die Haupterhebung als Querschnittstudie in den Jahrgängen 6, 8, 10 und 12 erfolgte (N = 850 Schülerinnen und Schüler an Gymnasien). Nach dem Ansatz von Eggert (2008), Eggert und Bögeholz (2006, 2010) ist es dabei als paper-and-pencil -Test konzipiert und beinhaltet zwei Entscheidungsaufgaben und eine Reflexionsaufgabe. Die empirisch gewonnenen Daten wurden zunächst anhand eines entwickelten Scoring Guides codiert und anschließend sowohl unter Gesichtspunkten der Klassischen als auch der Probabilistischen Testtheorie ausgewertet. Das entwickelte Testinstrument hat sich unter Reliabilitäts- und Validitätsaspekten bewährt. Item-Fit-Parameter zeigen, dass sich die empirischen Daten gut in einem eindimensionalen Rasch-Partial-Credit-Modell abbilden lassen. Unter anderem konnten Zusammenhänge von BER mit dem Schulalter der Schülerinnen und Schüler nachgewiesen werden. Geringe Korrelationen von BER bestehen zu verschiedenen Schulnoten (u. a. zu Deutsch, Mathematik, Politik und Physik in der Klasse 10), zudem wird das Testergebnis für BER kaum von Lesekompetenzen beeinflusst. <p><p> Externer Link zum Testinstrument: http://dx.doi.org/10.7477/39:41:17

Im Physikunterricht wurde lange Zeit die Bedeutung quantitativer Zusammenhänge für das Physiklernen überbewertet, qualitative Zusammenhänge spielten dagegen eine eher untergeordnete Rolle. Dies führte dazu, dass das Wissen der Schüler zumeist ober­fläch­lich blieb und nicht auf neue Situationen angewendet werden konnte. TIMSS und Pisa offenbarten diese Schwierigkeiten. In den Abschlussberichten wurde kritisiert, dass die Schüler kaum in der Lage seien, Lernstoff zu transferieren oder pro­blem­lösend zu denken. Um physikalische Abläufe deuten und entsprechende Probleme lösen zu können, ist qua­litativ-konzeptuelles Wissen nötig. Dieses kann, wie Forschungs­ergebnisse belegen, am besten durch die konstruktivistisch motivierte Gestaltung von Lern­situationen sowie durch die Inte­gration externer Repräsentationen von Versuchs­aussagen in den Schul­unter­richt er­reicht werden. Eine konkrete Umsetzung dieser Bedingungen stellt der Ein­satz rechner­gestützter Experimente dar, der heutzutage ohne allzu großen technischen Aufwand rea­lisiert werden kann. Diese Experimente erleichtern es dem Lernenden, durch den direk­ten Umgang mit realen Abläufen, physikalische Konzepte zu erschließen und somit qua­litative Zusammenhänge zu verstehen. Während man lange Zeit von einer grundsätzlichen Lernwirksamkeit animierter Lern­um­gebungen ausging, zeigen dagegen neuere Untersuchungen eher Gegenteiliges auf. Schüler müssen offensichtlich erst lernen, wie mit multicodierten Re­prä­sentationen zu arbeiten ist. Die vorliegende Arbeit will einen Beitrag dazu leisten, he­raus­zufinden, wie lernwirksam sogenannte dynamisch-ikonische Repräsentationen (DIR) sind, die physikalische Größen vor dem Hintergrund konkreter Versuchsabläufe visuali­sieren. Dazu bearbeiteten im Rahmen einer DFG-Studie insgesamt 110 Schüler jeweils 16 Projekte, in denen mechanische Konzepte (Ort, Geschwindigkeit, Beschleu­nigung und Kraft) aufgegriffen wurden. Es zeigte sich, dass die Probanden mit den ein­ge­setzten DIR nicht erfolgreicher lernen konnten als ver­gleich­bare Schüler, die die gleichen Lerninhalte ohne die Unter­stützung der DIR erarbeiteten. Im Gegen­teil: Schüler mit einem geringen visuellen Vorstellungsvermögen schnitten aufgrund der Darbietung einer zusätzlichen Codierung schlechter ab als ihre Mit­schüler. Andererseits belegen Untersuchungen von Blaschke, dass solche Repräsen­ta­tionen in der Erarbeitungsphase einer neu entwickelten Unter­richts­kon­zep­tion auch und gerade von schwächeren Schülern konstruktiv zum Wissens­erwerb genutzt werden konnten. Es scheint also, dass die Lerner zunächst Hilfe beim Umgang mit neuartigen Re­prä­sen­ta­tions­formen benötigen, bevor sie diese für den weiteren Aufbau adäqua­ter physi­ka­lischer Modelle nutzen können. Eine experimentelle Unter­suchung mit Schü­lern der 10. Jahrgangsstufe bestätigte diese Vermutung. Hier lernten 24 Probanden in zwei Gruppen die mechanischen Konzepte zu Ort, Geschwin­dig­keit und Beschleunigung kennen, bevor sie im Unter­richt behandelt wurden. Während die Teil­nehmer der ersten Gruppe nur die Simulationen von Bewegungsabläufen und die zuge­hörigen Liniendiagramme sahen, wurden für die zweite Gruppe unterstützend DIR eingesetzt, die den Zusammenhang von Bewe­gungs­ablauf und Linien­diagramm veranschaulichen sollten. In beiden Gruppen war es den Probanden möglich, Fragen zu stellen und Hilfe von einem Tutor zu erhalten. Die Ergebnis­se zeigten auf, dass es den Schülern durch diese Maßnahme ermöglicht wurde, die DIR erfolgreich zum Wissens­er­werb einzusetzen und sig­nifikant besser abzuschneiden als die Teilnehmer in der Kon­troll­­gruppe. In einer weiteren Untersuchung wurde abschließend der Frage nachgegangen, ob DIR unter Anleitung eines Tutors eventuell bereits in der Unterstufe sinnvoll eingesetzt werden können. Ausgangspunkt dieser Überlegung war die Tatsache, dass mit der Einführung des neuen bayerischen G8-Lehrplans wesentliche Inhalte, die Bestand­teil der vorherigen Untersuchungen waren, aus dem Physik­unterricht der 11. Jgst. in die 7. Jahrgangsstufe verlegt wurden. So bot es sich an, mit den Inhalten auch die DIR in der Unterstufe ein­zusetzen. Die Un­tersuchungen einer quasiexperimentellen Feldstudie in zwei siebten Klassen belegten, dass die betrachte­ten Repräsentationen beim Aufbau entsprechender Kon­zepte keinesfalls hinderlich, sondern sogar förder­lich sein dürften. Denn die Schüler­gruppe, die mit Hilfe der DIR lernte, schnitt im direkten hypothesenprüfenden Vergleich mit der Kontrollklasse deutlich besser ab. Ein Kurztest, der die Nachhaltigkeit des Gelernten nach etwa einem Jahr überprüfen sollte, zeigte zudem auf, dass die Schüler der DIR-Gruppe die Konzepte, die unter Zuhilfenahme der DIR erarbeitet wurden, im Vergleich zu Schülern der Kontrollklasse und zu Schülern aus 11. Klassen insgesamt überraschend gut verstanden und behalten hatten. / For a long time the significance of quantitative interrelations for the acquisition of physics has been overestimated in physics education while qualitative interrelations have been considered of less importance. This has resulted in the students’ knowledge most often remaining superficial and not suited to be adapted to new situations. TIMSS and Pisa have revealed these difficulties, criticizing the conventional physics education for de­manding too little transfer achievements and not preparing students to solve physical problems on their own by thinking constructively. To be able to solve physical problems and interpret physical processes, qualitative-con­ceptual knowledge is vital. According to results of the latest research this can be achieved most efficiently by creating constructivist learning situations as well as inte­grating external representations of conclusions from experiments. A concrete way to reach these envisaged aims is the application of PC-assisted experiments, which can be put in practise without an exceeding technical effort. These experiments enable the stu­dents - by being directly confronted with a realistic process - to get insight into physical concepts and thus to understand qualitative interrelations. For a long time a basic learning efficiency of animated learning environments was as­sumed, more recent research, however, has rather pointed in the opposite direction. Ob­viously students must first learn how to work with multi-coded representations. This pa­per is intended to contribute to the exploration of the efficiency of the so-called dynamic-iconic representations (DIR), which visualize physical values against the background of concrete test procedures. For this purpose 110 students have covered 16 projects each within a DFG study, in which mechanical concepts (place, velocity, acceleration and force) are dealt with and developed further. As it turned out, students working with the dynamic-iconic represen­tations did not learn more efficiently than those working without the assistance of the dynamic-iconic representations. On the contrary: students with a less distinct visual-spa­tial ability did worse than their fellow-students, obviously due to the presentation of yet another encoding. On the other hand research by Blaschke has proven that such representations can be used constructively to gain knowledge especially by the inefficient students during the acquisition stages of a (newly-developed) teaching conception. Consequently, it seems that students must first receive some sort of assistance with handling novel forms of representation before being able to use them for getting to know about the further construction of physical models. An experimental study with partici­pants from tenth-grade high school classes has confirmed this assumption. Another study dealt with the question as to whether dynamic-iconic representations can already be applied expediently in the lower grade. It was performed because significant contents of the physics year 11 curriculum had been moved to year 7 with the introduc­tion of the new Bavarian G8 (eight-year high school) curriculum. Thus it seemed advis­able to apply the dynamic-iconic representations along with the contents in the lower grade. The research done in a quasi experimental field study has shown that the representations in question are by no means obstructive, but in parts conducive to the students’ ability to develop corresponding conceptions. This can be seen from the fact that the group of stu­dents learning with the assistance of dynamic-iconic representations did indeed con­siderably better than the ‘control group’. With its results this paper is supposed to contribute to a better understanding of the ap­plication of multimedia learning environments. The medium alone cannot induce mea­ningful learning processes – these processes must be well-structured and start as soon as possible, so that they can teach the students to deal with the different encodings sen­sibly. I am convinced that this is the only way the various possibilities our current IT age offers us with its multimedia worlds or multi-coded learning environments can be used efficiently.

Mit Pfeilen lassen sich auf angemessene Weise im Physik- und Mathematikunterricht in verschiedenen Themenbereichen vektorielle Betrachtungen umsetzen. Solche Vektorpfeile stellen ein Symbolsystem dar, mit dem sich Situationen mathematisieren und Probleme modellieren lassen. Ist das Wissen um die Handhabung der Vektorpfeile nicht an spezielle Inhalte und Kontexte gebunden, eröffnen sich für den Agierenden auch in unbekannten, neuen Situationen erweiterte Handlungsoptionen. Vektorpfeile funktionieren dann als sogenannte mentale Werkzeuge. Es war das Ziel der im Mechanikunterricht der Mittelstufe umgesetzten Studie, einen entsprechenden Transfer von Wissen sichtbar zu machen. Die Studie ist als quasiexperimentelle Feldstudie mit drei Treatmentgruppen und einer Baselinegruppe angelegt worden. Die Treatments umfassen mehrstündige Lerneinheiten, in denen das Konzept der Vektorpfeile mit ein, zwei beziehungsweise ohne physikalische Anwendungen der Pfeile gelehrt wurde. Eine erhöhte Anzahl an Anwendungen betont die Inhaltsunabhängigkeit und Flexibilität der Pfeile und vermittelt sie im Sinne eines mentalen Werkzeugs. Hypothesenkonform wird bezüglich einer Skala des Nachtests sichtbar, dass der Unterricht, der mehrere Anwendungen umfasst, zu höheren Leistungen der Probanden bei ihnen unbekannten Anwendungen führt. Außerdem zeigt eine explorative Analyse, dass schwache Probanden besonders vom anwendungsreichen Unterricht profitieren. Es wird jedoch insgesamt deutlich, dass für die Nutzung der Vektorpfeile als mentales Werkzeug weitere Einflussfaktoren eine Rolle spielen. / Arrows can be used in an adequate way to carry out vector calculations in different subject areas of physics and mathematics education. Such vector arrows can be understood as a symbol system with which situations and problems can be modelled mathematically. If the knowledge about the usage of arrows is not attached to specific contents and contexts, additional options arise in new and unknown situations. In this case vector arrows act as so called mental tools. It was the aim of the implemented study to verify such a transfer of knowledge in mechanics education of middle school. The study was designed as a quasi-experimental field study with three treatment groups and one baseline group. The treatments consists of four lessons in which the concept of vector arrows was taught with one, two or without an embodiment of the arrows by physical quantity. An increased number of embodiments emphasizes the independence of contents and the flexibility of the arrows. Thus, arrows become a mental tool. In line with the hypothesis one scale of the post-test shows that the teaching, which involves multiple embodiments of arrows, leads to higher performance related to unknown embodiments.However, it becomes clear, that other factors play a role in the usage of arrows as mental tools.

Diese Forschungsarbeit beschreibt und bewertet beobachtbare Experimentierprozesse hinsichtlich der grundlegenden naturwissenschaftlichen Arbeitsweise „Umgang mit Variablen“, die Gymnasiasten am Ende der Sekundarstufe I bei der Bearbeitung einer offenen Experimentieraufgabe im Physikunterricht zeigen. Dargelegt wird zudem der Nutzen einer differenzierten Begriffsbestimmung für eine zielorientierte und strukturierte Entwicklung von offenen Experimentieraufgaben. In einer empirisch-quantitativen Exploration mit 82 Schülern wird eine offene Aufgabenstellung zum Thema Windenergie eingesetzt, die den Experimentierenden bezüglich der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise einen hohen Grad an Entscheidungsmöglichkeiten erlaubt. Die Studie möchte für den Umgang mit Variablen die Wirksamkeit der offenen Experimentieraufgabe aufzeigen und zwar unter der Bedingung, dass Schüler vor der Bearbeitung der offenen Experimentieraufgabe eine vorbereitende bzw. keine vorbereitende Instruktion erhalten. Das Hauptinteresse der vergleichenden Studie liegt bei einem Kontexttransfer, den die Schüler von der vorbereitenden Instruktion auf die offene Experimentieraufgabe leisten müssen, wenn sie a) keinen Wechsel der Experimentierbedingungen und b) einen Wechsel der Experimentierbedingungen vorfinden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fähigkeit der Probanden mit Variablen umzugehen, durch den Einfluss einer vorbereitenden Instruktion erheblich gesteigert wird. Eine Abhängigkeit vom Grad der Kontextunterschiede zwischen der vorbereitenden Instruktion und der offenen Experimentieraufgabe wird nur gefunden, wenn die Probanden neben den veränderten Kontexten auch veränderte Experimentierbedingungen vorfinden. Die Ergebnisse verleiten für die Vermittlung der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise „Umgang mit Variablen“ zu der forschungsbezogenen Aussage: Mehr Offenheit beim Experimentieren wagen! / This research paper describes and rates observable experimental processes secondary school students’ (aged 16) reveal concerning the fundamental scientific method of using variables in open-ended experimental tasks in the physics classroom. In addition, the benefit of a corresponding sophisticated definition will be shown in order to enable a goal-oriented and structured development of open-ended experimental tasks. In an empirical quantitative exploration with 82 school students, an open-ended problem on the topic “wind power” is utilized, allowing a high degree of autonomy in decision-making concerning the scientific method of using variables. The study aims at demonstrating the effectiveness of open-ended experimental tasks depending on whether the students received preparing instruction beforehand. The main interest of the comparative study lies in a transfer of context that students need to perform between the preparing instruction and the open-ended experimental task with or without a shift of experimental conditions. The results show that the students’ ability to use variables is highly enhanced by receiving preparing instructions. Dependence on the degree of context-shift between preparing instruction and open-ended experimental task is only the case when students find beyond shifted contexts altered experimental conditions. Concerning the teaching of the scientific method of using variables, the results lead to a research-related statement: dare to employ more open-ended experiments!

Argumentieren ist zentraler Bestandteil naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Dennoch gibt es bisher nur wenige Arbeiten, die untersuchen, wie Lernende auf der Grundlage selbstständig durchgeführter Experimente für bzw. gegen eine eigene Hypothese argumentieren. Vor diesem Hintergrund untersucht diese Arbeit, welchen Einfluss personale Faktoren (u. a. das Fachwissen und das situationale Interesse) und die Art der Lernumgebung (Realexperiment vs. Computersimulation) darauf nehmen, welche Typen von Argumenten verwendet werden. Ferner wird in dieser Arbeit untersucht, inwiefern die Verwendung dieser Argumentkategorien den Lernerfolg beeinflusst. Auf der Basis von Interviewdaten konnten zunächst für die vorgebrachten Argumente beim Wechseln bzw. Beibehalten eigener Hypothesen beim Experimentieren zehn Kategorien identifiziert werden (u. a. „Intuition“, „Expertenwissen“, „Messunsicherheiten“ sowie „Daten als Evidenz“). Zur quantitativen Erfassung wurde dann für die vier o. g. Argumentkategorien ein Likert-skaliertes Instrument entwickelt. Die aufgeführten Fragestellungen wurden schließlich in einer randomisierten Studie mit 938 Schülerinnen und Schülern untersucht. Bei der Untersuchung des Einflusses personaler Faktoren zeigt sich u. a., dass Lernende in einer Argumentation umso eher Daten als Evidenz heranziehen, je höher das fachliche Vorwissen ist. Die Verwendung dieser Argumentkategorie erhöht wiederum die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Lernende nach dem Experimentieren eine fachlich adäquate Hypothese aufstellen. Dies impliziert, dass der Umgang mit experimentellen Daten und Beobachtungen im Physikunterricht stärker als bisher berücksichtigt werden muss, z. B. durch eine explizitere Förderung von Fähigkeiten zum Umgang mit experimentellen Daten. Bis auf einen gut erklärbaren Unterschied können grundlegende Unterschiede beim Experimentieren zwischen Gruppen, die mit einem Real- bzw. Computerexperiment gearbeitet haben, nicht belegt werden. / Argumentation from data and evidence evaluation is widely seen as a scientific core practice. One approach to engage students in a meaningful argumentation practice is to provide lab work situations where they can construct hypotheses on the basis of their own prior knowledge and consequently evaluate these hypotheses in light of self-collected data. However, until recently, only little research has analyzed students' argumentation from data. Against this backdrop this research seeks to identify: a) the influences of personal factors (such as content knowledge and situational interest); b) the type of learning environment as a situational factor (real vs. virtual experiment) on the use of different categories of argument (such as Intuition, Appeal to Authority, Measurement Uncertainties (explicit) and Data as Evidence); c) the influence of argumentation on learning outcomes through experimentation in school labs. First, an interview-study was used to identify the different types of arguments used by students. Analyses focused on the nature of justification in argument and revealed ten different categories students use while arguing for or against hypotheses. As a next step, four out of ten categories were operationalized by means of a Likert-scaled instrument to assess the use of different types of argument in a valid and reliable manner. The findings from a randomized study among 938 secondary school students in a lab work setting indicate, among others, that content knowledge is positively related to the use of data as evidence. Again, the use of data as evidence increases the probability of stating a correct hypothesis after conducting the experiment. This implies that the ability to deal with data and measurement uncertainties should be better fostered in physics classes. Besides one explicable difference, no evidence was found, which supports the hypothesis that students' argumentation would differ while working with hands-on materials vs. computer simulations.

In dieser Studie wurde eine auf eigenständiges Schreiben beruhende Lernmethode im Rahmen einer quasiexperimentellen Studie im Themengebiet Akustik im 11. Jahrgang des Gymnasiums eingesetzt. Aus den vorliegenden lernpsychologischen Grundlagen und didaktischen Erkenntnissen wird eine auf selbstständiges Schreiben beruhende Lernmethode und ein Modell für die Textproduktion für den Einsatz im Physikunterricht entwickelt. Die Intervention, die in der sieben Schulstunden umfassenden Lerneinheit durchgeführt wurde, bestand aus einer vorhergehenden kurzen Einführung in das Schreiben von Texten zu physikalischen Fragestellungen und dem anschließenden Einsatz von speziellen Schreibaufgaben, die in dem herkömmlichen Physikunterricht eingebettet wurden. Der Unterricht zur Akustik in der Interventions- und einer Vergleichsgruppe hatte den selben zeitlichen Umfang und war überwiegend identisch, da die gleiche Grobplanung des Unterrichts und die gleichen Lernziele vorlagen. An der Studie nahmen vier Kurse, zwei davon in der Interventionsgruppe und zwei in der Vergleichsgruppe, teil. Insgesamt konnten 47 Schülerinnen und Schüler in der statistischen Auswertung berücksichtigt werden. Unter Verwendung von Vortests, direkten und verzögerten Nachtests, und dem Vergleich der Interventions- mit der Vergleichsgruppe, wurde der Lernerfolg durch das eigenständige Schreiben untersucht. Als Kontrollvariable wurde der vorhandene allgemeine Wortschatz erhoben. Am Ende der Studie wurde außerdem mit Hilfe eines Fragebogens in der Interventionsgruppe die Einstellung zu der Schreib-Lernmethode erhoben. Die Studie zeigt, dass der Einsatz der Schreib-Lernmethode im Physikunterricht auch in einem nur begrenzten Zeitraum nach einer kurzen Einführung (eine Schulstunde) in die Thematik des Erstellens von Texten mit physikalischen Inhalten möglich ist. Die Auswertung zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler durch das in den traditionellen Unterricht eingebettete selbstständige Schreiben von Texten zu physikalischen Fragestellungen Faktenwissen und Fähigkeiten zum Auslesen und Interpretieren von Diagrammen ebenso wie bei rein traditionellen Lernmethoden erwerben und festigen. Somit bereichert das selbstständige Produzieren von Physik-Texten die Methodenvielfalt des Physikunterrichts. Zusätzlich zu dem physikalischen Fachwissen lernen die Schülerinnen und Schüler durch die Schreib-Lernmethode physikalische Sachverhalte zu versprachlichen und in Kontexte einzubinden. Der statistisch signifikante Effekt bei dieser Fähigkeit ist im mittleren Bereich. Es zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit der Fähigkeit, physikalische Sachverhalte zu versprachlichen, vom vorhandenen physikalischen Fachwissen. Zum allgemeinen Wortschatz besteht ein geringer Zusammenhang. Da kein Zusammenhang zwischen der Fähigkeit, die Fachsprache korrekt zu verwenden und der Fähigkeit zum eigenständigen Versprachlichen von physikalischen Sachverhalten festgestellt werden konnte, scheinen sich diese beiden Arten der Versprachlichung hinsichtlich der involvierten Kompetenzen zu unterscheiden. Das vorgestellte Modell für die Textproduktion wurde insgesamt von den Schülerinnen und Schülern, und besonders von denen mit einer geringen Selbsteinschätzung ihrer Fähigkeiten zum Schreiben von Physik-Texten, als hilfreich eingestuft und kann daher für den Einsatz im Physikunterricht empfohlen werden.

Phänomenbasierter Physikunterricht (PbPU) als alternative Vorgehensweise bei der Vermittlung von Physik wird seit 20 Jahren in der fachdidaktischen Forschung verstärkt beachtet und hat sich zunehmend an den Schulen etabliert. Er lässt sich anhand seiner Merkmalaspekte Subjektivität, Mediation, Affektivität, Modellfreiheit/Modellkompetenz und Exploration charakterisieren und abgrenzen. Die Merkmale PbPUs sind mit einer konstruktivistischen Lerntheorie vereinbar und liefern die Voraussetzungen für erfolgreiches Lernen gemäß dem INVO-Modell. Bisher existieren jedoch keine empirischen Belege für den Einfluss PbPUs auf die Interessen- und Leistungsentwicklung oder anderer motivationaler Konstrukte wie Stereotypen und das fachbezogene Selbstkonzept. Für den wertenden Vergleich mit anderen Konzeptionen von Physikunterricht ist es jedoch wichtig, PbPU hinsichtlich seiner Wirkung auf das Lernen von Physik einschätzen zu können. Mit der vorliegenden Arbeit soll diesem Desiderat begegnet werden. In einer quasiexperimentellen Feldstudie im Versuchs-/Kontrollgruppendesign (N=300) wurden die Vor- und Nachtestergebnisse der Versuchsbedingungen verglichen. Das Treatment in der Versuchsgruppe war eine achtwöchige Unterrichtssequenz der phänomenbasierten Anfangsoptik. Als abhängige Konstrukte wurden das Image von Physik, das fachbezogene Selbstkonzept, Interesse und Fachwissen untersucht. Image und Selbstkonzept wurden im Kontext der Balanced Identity Theory operationalisiert und mithilfe impliziter Assoziationstests (IATs) erhoben. Die varianzanalytischen Verfahren zeigten keine Effekte, die auf einen von der Testzeit abhängigen Unterschied zwischen der Versuchs- und Kontrollgruppe hindeuten. Die Ausprägungen der impliziten Assoziationen und des Interesses entwickelten sich in beiden Gruppen identisch, mit einer für das Lernen von Physik ungünstigen Tendenz. Die Ergebnisse dieser Studie liefern somit keine Belege für die Wirksamkeit PbPUs auf die untersuchten Konstrukte. / Since 20 years are "phenomenon-based science classes" (PbPU) as alternative method for imparting physics increasingly observed by subject-didactic research and they have established for use in schools. PbPU can be characterized and defined by the specific aspects subjectivity, mediation, affectivity, model-competency and exploration. Defining characters of PbPU are compatible with constructivist theory of learning and provide conditions for effective learning in accordance to INVO-model. Until today there are no empirical demonstrations to state the effect of development of PbPU in interests and performance nor other motivational constructs as stereotypes and physics self-concept. It is important for evaluative comparison with different concepts of science classes to be able to value PbPU concerning effect on learning of physics. The work in hand shall respond to this desideratum. Pre- and posttest data of two experimental conditions were compared in nonrandomized field study with control group design ($N=300$). Treatment of test group was an eight weeks'' teaching sequence of phenomenon-based optics (7th grade). The dependent constructs were image of physics, physics self-concept, interests and knowledge in optics. Image and self-concept were operationalized within theoretical framework of Balanced Identity and measured with implicit association tests (IATs). ANOVAs and ANCOVAs revealed no effects of interaction between time and experimental group. Implicit associations and interests developed in each group identically with negative tendency for learning of physics. Therefore, results of this study provide no evidence for the impact of PBPU on investigated constructs.