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We describe an investigation of the heterogeneity in conceptual understanding of first-year
engineering students by using the force concept inventory (FCI) as a diagnostic tool. The
average FCI pre- and posttest results depend significantly on the type of school graduation.
Even interactive teaching methods that have proven to be more effective in learning outcome
cannot dissolve this heterogeneity within the first year of university study.
In this work we investigate students’ thinking about and difficulties with incompressible, steady pipe flow. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (i.e., the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli’s equation). When distracted by questions which involve gravity students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. The predominant arguments use a simplified Bernoulli equation, descriptive arguments or analogies to single-particle motion. Based on these results, an instructional intervention is developed that seems to address the observed difficulties.
We report on an investigation of student thinking about steady-state pipe flow of an incompressible fluid. About 250 undergraduate engineering students were given a test consisting of two hydrodynamics questions, combining multiple-choice format with subsequent open-ended explanations. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (expressed in the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli’s equation). When faced with questions that involve gravity, dissipative effects (“friction”), or a visible pressure drop, a considerable number of students did not invoke the continuity equation in situations where applying it is a necessary step for arriving at the correct answer. Instead, even after lecture instruction on this topic, many of the first-year students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. Some of them used formal arguments from a simplified Bernoulli equation (“lower pressure means higher velocity”), while others based their answer on intuitive arguments (“higher pressure leads to higher velocity”). We also found reasoning based on analogies to single-particle motion (“flow velocity decreases when flowing upwards or friction is present”). Contrary to other researchers, we did not see any evidence for the hypothesis that students think of water as a compressible fluid. Instead, students’ answers often indicate a lack of understanding of the conservation of mass or its implications for incompressible fluids or of the role that this principle plays in the context of fluid flow. In addition, our data indicate that some students have more general difficulties in describing and reasoning about technical situations, such as applying equations containing multiple variables, distinguishing spatial differences in a quantity from its changes with respect to time, or realizing the meaning of idealizations. We also present some evidence that different levels of activation of students during instruction influence the prevalence of these difficulties and discuss some implications for instruction.
Der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) verschiedener teiltransparenter,
gebäudeintegrierbarer Photovoltaik-Module wurde
mit und ohne Entnahme elektrischer Leistung kalorimetrisch gemessen.
Durch die Leistungsentnahme sinkt die Oberflächentemperatur
des Moduls um bis zu 4 K. Gleichzeitig reduziert sich der
g-Wert aufgrund der geringeren sekundären Wärmeabgabe. Die
Größe der Abnahme hängt von der entnommenen Leistung ab
und stimmt sehr gut mit einem einfachen, auf dem Energiesatz
basierenden Rechenmodell überein.
The 12th International Conference on Physics Teaching in Engineering Education (PTEE 2024) took place from 15th to 17th of May, 2024 at TH Rosenheim. This “Program and Abstracts” contains the conference time schedule as well as the abstracts and video links of the 3 keynotes and the abstracts of the 46 contributions. The contributions cover actual themes in teaching engineers at universities and universities of applied sciences. Among others they are related to: SoTL (Scholarship of Teaching and Learning), influence of the pandemic on teaching, artificial intelligence in learning and teaching including learning analytics, and innovative concepts for lectures and labs in physics and engineering subjects.
Wir sind begeisterte JiTTler. Nach mehr als drei Jahren JiTT (Just-In-Time Teaching) und PI (Peer Instruction) in sechs verschiedenen Physik- oder Bauphysik-Anfängervorlesungen wollen wir Ihnen unsere praktischen Erfahrungen vorstellen, die Sie als KollegInnen einladen und ermutigen könnten, sich auch auf dieses Experiment in Ihrer Grundlagenlehrveranstaltung einzulassen. Dabei ist JiTT die Basis und PI eine wesentliche Ergänzung für den Unterrichtsablauf. Die Methoden JiTT und PI sind in diesem Heft (vgl. Keller, Meissner und Fleischer, 2016) kurz erklärt mit entsprechenden Verweisen auf Literaturangaben, Details zu den Methoden finden sich auf der Seite des Projekts (HD MINT, 2016) und unsere Art der Umsetzung im zweiten Abschnitt.
Wie sind wir vorgegangen? Wir haben unsere Lehrveranstaltungen als „didaktisches Labor“ betrachtet und verschiedene Methoden mit Varianten getestet. Bei der einen Lehrveranstaltung (LV) wurde der seminaristische Unterricht gleich als Ganzes auf die neue Methode umgestellt, während bei den anderen LVen JiTT und PI sukzessive eingeführt wurden. Über Studentenumfragen (Fragebogen im Rahmen der Evaluation und über Sonderfragebögen) sowie durch Einzelinterviews wurde Feedback eingeholt und der Unterricht angepasst. Der Konzept-Test über Mechanik „Force Concept Inventory“ (FCI; Hestenes et al. 1992) dient als Instrument, um das Vorwissen der Studierenden und ihren Lernfortschritt zu messen. Er wird seit 2013 jedes Semester durchgeführt.
In dieser Arbeit wird mit Hilfe des „Force Concept Inventory“, einem etablierten Diagnostik-Test, der Lernzuwachs im Konzeptverständnis von Studienanfängern in der Newtonschen Mechanik untersucht. Das Ergebnis wird aufgeschlüsselt nach dem Einfluss der Lehrmethode, der Studienzugangsberechtigung und dem Umfang schulischen Physikunterrichts. Die Daten basieren auf Testergebnissen von 778 Studierenden aus acht verschiedenen ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen an der Hochschule Rosenheim über den Zeitraum der drei Studienjahre 2013/14 bis 2015/16.
Im Ergebnis zeigt sich, dass bei Verwendung aktivierender und auf das Konzeptverständnis hinzielender Lehrmethoden im Vergleich zu traditionellem seminaristischen Unterricht
ein signifikant höherer Lernzuwachs im Bereich der Mechanik erzielt wird. Im Detail weisen die Daten im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen darauf hin, dass dieser Lernzuwachs nahezu gleich für die Gruppen mit unterschiedlicher Hochschulzugangsberechtigung bzw. unterschiedlichem Umfang schulischen Physikunterrichts ist. Das bedeutet insbesondere, dass die Heterogenität der Studienanfänger in ihrem Konzeptverständnis der Mechanik innerhalb des ersten Studienjahres erhalten bleibt.