Arbeitsgruppe Prof. Kuhn

NET: iMechanics

Untersuchung der Lernwirkung von Smartphones im Themenbereich Mechanik für die Sekundarstufe II 

 

Projektskizze
Mit den integrierten Beschleunigungssensoren von alltäglichen technischen Geräten wie Smartphones oder Tablet-PCs lassen sich zahlreiche physikalische Experimente im Bereich der Mechanik durchführen. An verschiedenen Stellen wurden bereits Beispiele dafür, auch für die Einbindung in die Unterrichtspraxis, vorgestellt. Die empirische Untersuchung der Wirkung des Einsatzes alltäglicher technischer Geräte als Experimentiermittel fällt dahinter allerdings noch weit zurück: Bis auf eine Pilotstudie zum Smartphone-Einsatz im Bereich der Akustik hat dieses Thema bisher in der fachdidaktischen Forschung keine Beachtung gefunden.

Das Projekt „iMechanics“ besteht zum einen aus der Konzeption curricular valider Experimente und zugehöriger Instruktionsmaterialien zum Einsatz von Smartphones im Bereich der Mechanik im Physikunterricht der Sekundarstufe II. Alle Experimente sind so aufbereitet, dass die Schüler sie nur mit Hilfe bereitgestellter Arbeitsblätter als Selbstlern-Stationenzirkel durchführen können. Dies kann sowohl im Schülerlabor „iPhysicsLab“ als auch im Regelunterricht stattfinden. Inhaltlich decken die Experimente fast die gesamte Bandbreite der Mechanik ab: Sie erstrecken sich von der Bestimmung der Erdanziehungskraft mit Hilfe der schiefen Ebene oder durch die Betrachtung des freien Falls über die Messung der Radialbeschleunigung bei einer Kreisbewegung oder der Bestätigung des Impulserhaltungssatzes bin hin zur Betrachtung verschiedener mechanischer Schwingungen.

Der zweite Schwerpunkt des Projekts „iMechanics“ liegt in der empirischen Untersuchung des kognitiven und motivationalen Lernerfolgs von Lernenden durch den Einsatz von Smartphones als Experimentiermittel im Bereich der Mechanik. Die Lernwirkung wird dabei mit einem quasi-experimentellen Versuchs-Kontrollgruppen-Design im alltäglichen Physikunterricht untersucht. Wo noch keine geeigneten Testinstrumente zur Evaluation existieren, werden diese ebenfalls im Rahmen des Projektes entwickelt und validiert [[Link zu Frame „Instruments“]].

 

Ziele/Forschungsfragen

  • Konzeption von Experimenten mit Smartphones zur Mechanik, speziell zum Bereich mechanischer Schwingungen Konzeption von Experimenten, die ausschließlich aus Alltagmaterialien aufgebaut sind
  • Empirische Untersuchung der Förderung des Fachwissens und der Motivation durch den Einsatz von Smartphones in der Mechanik
  • Empirische Untersuchung der Auswirkungen des Einsatzes von Smartphones auf das episodische Gedächtnis mit Hilfe eines Paper-Pencil-Tests
  • Entwicklung der benötigten Testinstrumente

 

Inhalte/Beispiele
Der Fokus des Projekts liegt nach einer umfangreichen Pilotierung aktuell auf der Untersuchung des Einsatzes von Smartphones im Regelunterricht. Dazu soll in einer Hauptstudie ab Mai 2014 eine Selbstlern-Experimentierphase zum Thema harmonische Schwingungen (Feder- und Fadenpendel, gekoppelte Schwingungen) während vier Unterrichtsstunden, eingebettet in den gewöhnlichen Verlauf der Unterrichtsreihe zu mechanischen Schwingungen und Wellen, durchgeführt werden. Die dazu notwendigen Materialien und Arbeitsblätter zur Durchführung der Experimente sowie ein Videotutorial zur Einführung in die verwendete App werden von der TU Kaiserslautern zur Verfügung gestellt. Der Experimentierphase vor- und nachgelagert finden eine Prä- und eine Posttestung der Schüler statt, mit der der kognitive und motivationale Erfolg der Unterrichtseinheit mit und ohne Smartphone-Einsatz untersucht werden kann. Es findet außerdem ein verzögerter Posttest nach einigen Wochen statt, in dem zusätzlich die Auswirkung der Intervention auf das episodische Gedächtnis überprüft wird.

Beispiel Fadenpendel:

 

 

 Auszug des Arbeitsblatts zum Federpendel, links für die Bearbeitung mit, rechts für die Bearbeitung ohne Smartphone. Weitere Informationen zum Versuch sind in Kuhn und Vogt (2012) dargestellt.

 

Untersuchungsdesign der Hauptstudie

 

Die Studie findet in einem quasi-experimentellen Versuchs-Kontrollgruppendesign im Regelunterricht statt. Ein Teil der teilnehmenden Schülerinnen und Schüler führt dabei die Selbstlern-Experimentierphase mit Smartphones als Experimentiermittel durch, der andere Teil mit traditionellen Mitteln. Vor und nach der Intervention werden verschiedene Variablen erhoben. Es findet außerdem nach einigen Wochen ein „Follow-up“-Test statt, um mittel- und längerfristige Auswirkungen der Intervention überprüfen zu können.

 

Ergebnisse
Erste Ergebnisse der Hauptstudie liegen voraussichtlich im August / September 2014 vor.

 

Ausgewählte Veröffentlichungen

  • Hirth, M., Hochberg, K., Klein, P., Kuhn, J., & Müller, A. (2014). Smartphone-Experimente mit Mikrofon, Beschleunigungs- und Lichtstärkesensor im Physikunterricht der Sekundarstufen 1 und 2. Mathematischer und naturwissenschaftlicher Unterricht (accepted).
  • Hochberg, K., Gröber, S., Kuhn, J., & Müller, A. (2014). The spinning disc: Studying radial acceleration and its damping process with smartphones’ acceleration sensor. Physics Education, 49(2), 137-140.
  • Hochberg, K., Kuhn, J., & Müller, A. (2014). iMechanics: Lernwirkung von Smartphones und Wiimotes im Mechanikunterricht der Sekundarstufe II. In S. Bernholt (Ed.), Tagungsband der GDCP-Jahrestagung 2013 in München. Münster: Lit-Verlag (accepted).
  • Kuhn, J., & Vogt, P. (2012). Analyzing spring pendulum phenomena with a smartphone acceleration sensor. The Physics Teacher, 50, 504-505.

 

Zuständigkeit
Doktorandin: K. Hochberg (khochberg(at)physik.uni-kl.de)

 



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