Erklärung physikalischer Phänomene mit Modellen
Creators: name: Wagner, Steffen
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2018
Subjects: subject: Modelle
subject: Erklärungen
subject: Concept Maps
subject: Physik
subject: Physikdidaktik
subject: models
subject: explanations
subject: concept maps
subject: physics
subject: science education
subject: 530 Physik
subject: UB 4049

description: Ziel dieser Arbeit ist es, die Verwendung von Modellen in schriftlichen Erklärungen optischer Phänomene vor dem Hintergrund eines praxisorientierten Modellbegriffs zu analysieren. Dafür wird ausgehend von einer bereits existierenden Charakterisierung von Modellen ein praxisrelevanter Modellbegriff entwickelt und dargelegt, wie Erklärungen in Bezug auf diesen Begriff zu verstehen sind. Als wesentliches Merkmal von Modellen stellt sich dabei ihre Position als funktionale Vermittler zwischen Ausschnitten von Phänomenen und Theorien heraus. Sprachliche Erklärungen sind demnach sprachliche Darstellungen von Modellen. Zur Untersuchung der Schwierigkeiten Physiklernender in schriftlichen Erklärungen wird ein geeignetes Verfahren zur Analyse der Modellstruktur in den Erklärungen entwickelt. Als geeignete Darstellung dieser Struktur erweisen sich Concept Maps, die hier jedoch noch um eine Kategorienstruktur erweitert werden. Das Verfahren zum Erstellen von kategorienorientierten Concept Maps kann in einer Vorstudie als reliabel und valide gekennzeichnet werden. In einer qualitativen Untersuchung von 64 Erklärungen Physikstudierender und Experten zu Phänomenen der optischen Hebung wird das Verfahren angewendet. Dabei können verschiedene Schwierigkeiten präzise benannt werden. Studierende führen das Phänomen teilweise einzig auf den Begriff der Brechung von Licht zurück, ohne diesen Zusammenhang präzise darzulegen. In einigen Erklärungen werden Begriffe aus nicht relevanten optischen Konzepten eingebunden, es fehlen zentrale Elemente oder Erklärungen zerfallen in Fragmente. Vor allem die Schnittstelle zwischen Phänomen und Theorie zeigt sich besonders fehleranfällig. Kategorienorientierte Concept Maps eignen sich auch, um auf Basis der fehlerbehafteten Erklärungen Vorschläge für konstruktive Interventionen zu entwickeln, die zu einer fachlich angemessenen Erklärung führen. Die Ergebnisse belegen die Notwendigkeit und Fruchtbarkeit eines praxisorientierten Modellbegriffs.
description: Goal of this thesis is to analyze the use of models in written explanations of optics phenomena, based on a practice-orientated framework on models. Starting from an already existing framework, an authentic model conception will be developed and the notion ‘explanation’ will be integrated in the conception. The position of models as functional mediators between relevant aspects of phenomena and theory turns out to be their core characteristic. Written explanations are linguistic presentations of models. A procedure will be developed directly from the given description of models in order to visualize the structure of written explanations. The result is a modified network visualization based on concept maps with inherent categories. This visualization is called ‘categorized concept map’. In a preliminary study, the procedure can be described as reliable and valid. In a following qualitative investigation of 64 explanations of optics phenomena (‘apparent depth’) by means of light rays, given by university physics students and experts, categorized concept maps are used to identify difficulties in giving appropriate explanations. Students trace back the observed phenomena only to the term of ‘refraction’, instead of precisely describing the interrelation between ray optics and those phenomena. Furthermore, elements of other conceptions (waves, particles) appear in some of the explanations, whereas central elements of ray optics (i.e., the image concept) are missed. The cut point between theory and the real world turns out to be the most fragile part in students models. Categorized concept maps show their strength in making a variety of difficulties visible and also in subsequently giving the opportunity to develop an appropriate explanation. The results show both, the need and the fruitfulness of an authentic model conception.