53 Physik
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The Force Concept Inventory (FCI) is a widely established diagnostic tool for the conceptual understanding of Newtonian mechanics. It consists of 30 multiple-choice questions on kinematics and forces. Many of the distractors reflect widespread preconcepts or misconceptions. By analyzing the frequency of all answers rather than only the correct ones conclusions can be drawn on the conceptual development of students. Using the method of "item response curves" (Morris 2006), the relative frequency of all answers is plotted for each question as a function of the total score achieved in the test. By this, distractors that address common misconceptions can be identified. Furthermore, the conceptual development becomes visible. We have analyzed the results of the FCI over a period of nine years from almost 5000 first-year engineering students at the TH Rosenheim. We compare data taken at the very beginning of physics class with data taken at the end of the term as well as with data from universities in the USA. The consistency of the data is very high. The most frequently selected answers include misconceptions about Newton's third law and the assumption that every movement is based on a force in the direction of the movement. The analysis presented serves as a basis for improving teaching.
SCALE-UP (Student-Centered Active Learning Environment for Upside-down Pedagogies) is a pedagogic approach to foster active learning, originally developed for undergraduate physics courses (Beichner et al., 2007). Instead of receiving lectures in SCALE1UP students work actively together in small groups, mostly at round tables and are guided by teaching staff.
This concept is implemented at Rosenheim University of Applied Sciences, Germany, in several classes of physics and mathematics for engineering students. Classroom observations have been carried out in summer term 2023and winter term 2023/24 in order to investigate student learning in the SCALE-UP setting. The observations are based on ELCOT-3, the Engineering Learning Classroom Observation Tool (Sanders et al., 2018). An observation includes the overt student behavior in combination with the students’ output. The data have been analyzed with respect to the ICAP-framework (Chi&Wylie, 2014), where the different observed activities have been assigned to Interactive, Constructive, Active, and Passive mode. In this contribution we present examples on how students interact with the offered material, that means in which ICAP-modes students work with different learning activities in the SCALE-UP setting. Moreover, we show that in all observed courses students have been learning a substantial part of class time in interactive and constructive mode.
Erkenntnisse der Physics Education Research (PER) zum studentischen Lernen und zur Adressierung von Fehlkonzepten finden bisher in der deutschsprachigen Physik-Lehrbuchliteratur kaum Niederschlag. Deshalb wurden mehrere Online-Materialien erstellt, die diese Lücke füllen und die bei der virtuellen Hochschule Bayern (vhb) kostenlos zur Verfügung stehen. Diese Materialien werden in diesem Beitrag vorgestellt.
Der OPEN vhb-Kurs POWER (Physik Online Warm-up für ERstsemester) ist als Brückenkurs für den Übergang Schule- Hochschule gedacht. Hinsichtlich Themenauswahl und Lernzielen ist er an den Mindestanforderungskatalog Physik der cosh-Gruppe Baden-Württemberg angelehnt. Zusätzlich gibt es drei OER-SMART-vhb – Einheiten, für das vorbereitende Selbststudium im ersten Semester. Besonders berücksichtigt werden graphische Repräsentationen: Bewegungsdiagramme in der Kinematik, zur schrittweisen Erfassung des vektoriellen Charakters der Bewegungsgrößen, Freikörperbilder zur Darstellung von Kräften, die anschlussfähig an das ”Freischneiden” in der Technischen Mechanik sind und Energiebilanz eines Systems (Unterscheidung von Energieübertragung zwischen System und Umgebung und Energieumwandlung im System), die eine Erweiterung zum ersten Hauptsatz ermöglichen.
Studierende der TH Rosenheim können Physik und andere MINT-Fächer in aktuell zwei speziell gestalteten SCALE-UP-Räumen lernen. Das SCALE-UP-Raum- und Lehrkonzept (student-centered active learning environment for upside-down pedagogies) wurde ursprünglich entwickelt von R. Beichner, North Carolina State University. Es unterstützt studierendenzentrierte, aktivierende und kollaborative Lehrveranstaltungen durch die Raumgestaltung: jeweils sechs Studierende arbeiten an runden Tischen in Teams, u.a. an Aktivitäten wie Peer Instruction, Whiteboard-Aufgaben, kollaborativen Arbeitsblätter („Tutorials“), kleineren Experimenten und Simulationen. Durch invertierende Lehrformate wie Just-in-Time-Teaching findet der reine Wissenstransfer in der vorgelagerten Selbstlernzeit statt.
Evaluationen aus Interviews, Fragebögen und Unterrichtsbeobachtungen zeigen positive Rückmeldungen von Studierenden und Lehrenden. Für das SCALE-UP Raum- und Lehrkonzept wurde die TH Rosenheim gemeinsam mit der Ostfalia Hochschule Wolfenbüttel mit der Hochschulperle des Jahres 2022 für „zukunftsorientierte Lernräume“ vom Stifterverband ausgezeichnet. Im Beitrag werden die im Rahmen des Stiftung Innovation in der Hochschullehre-Projekts HigHRoQ der TH Rosenheim erstellten SCALE-UP-Räume, die möglichen Lernaktivitäten und bisherige Evaluationen vorgestellt.
