Quickphysik

Lehre und Studium

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Aktuelle Lehre im WiSe 25/26

• Übung: Elemente der Physik I
• Experimentieren im Physikunterricht
• Fachdidaktische Vertiefung

Masterarbeiten

• Steigen, Fallen, Werfen – Untersuchung und Modellierung von mechanischen Bewegungen unter Einsatz des Arduino-Mikrocontrollers (laufend)

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• Erarbeitung eines Leitfadens zur Erstellung von Erklärvideos im Fach Physik für Novizenlehrkräfte (laufend)

  Erklärvideos gewinnen in schulischen und außerschulischen Bildungskontexten zunehmend an Relevanz. Durch die breite Verfügbarkeit digitaler Endgeräte ist ihre Erstellung mittlerweile auch für Lehrkräfte ohne technische Vorkenntnisse realisierbar. Dennoch mangelt es vielen an didaktischen und mediendidaktischen Kompetenzen, um Erklärvideos lernwirksam zu gestalten. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines praxisorientierten Leitfadens, der insbesondere Lehrkräfte ohne Vorerfahrung bei der Produktion von Erklärvideos unterstützt. Der Leitfaden soll dazu befähigen, Videos unter Berücksichtigung lerntheoretischer Grundlagen und Prinzipien der Multimedia-Didaktik sinnvoll im Unterricht einzusetzen.

• Freies Explorieren und Experimentieren in der Grundschule – Entwicklung und Erprobung von Unterrichtsmaterial zur selbstbestimmten Erschließung des Themas Magnetismus (abgeschlossen)

  Physikalische Inhalte finden im Sachunterricht der Grundschule vergleichsweise wenig Berücksichtigung. Wie Köster (2006) überzeugend darlegt, sind hierfür auch individuelle Faktoren der Lehrkräfte ausschlaggebend, die als „Lehrgrenzen“ physikalischer Inhalte auftreten und somit zu „Lerngrenzen“ für die Schülerinnen und Schüler werden. In ihrer Untersuchung präsentiert Köster einen alternativen Ansatz, der es Kindern im Grundschulalter ermöglicht, eigenständig ein physikalisches Erfahrungsfeld zu erschließen und dieses aktiv zu nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kinder – trotz weitgehend selbstorganisierter Arbeitsweise – grundlegende physikalische Erfahrungen sammeln, eine wissenschaftsorientierte Haltung entwickeln und ihre sozialen Kompetenzen erweitern. Zudem wird eine gesteigerte Leistungsbereitschaft sowie ein vertieftes Interesse an physikalischen Phänomenen beobachtet. Aufbauend auf den Erkenntnissen Kösters untersucht die vorliegende Studie am Beispiel des Magnetismus, inwiefern Schülerinnen und Schüler physikalische Phänomene eigenständig erfahren können, wobei die Anleitung durch Lehrkräfte weitgehend reduziert wird. Zu diesem Zweck wurden in vier aufeinander aufbauenden Sequenzen Materialien zu diesem Thema entwickelt und den Kindern in einer offenen Lernumgebung bereitgestellt. Das Experimentierverhalten wurde videografisch erfasst und mit dem primären Ziel ausgewertet, verschiedene Typen des Explorationsverhaltens zu identifizieren.

• Energie in der Grundschule - Eine vergleichende Interviewstudie zur Entwicklung von Präkonzepten zur Energie in der Primarstufe (abgeschlossen)

  Die vorliegende qualitative Studie untersucht das Verständnis des Energiebegriffs bei Schülerinnen und Schülern der Primarstufe sowie dessen Entwicklung von der ersten bis zur vierten Jahrgangsstufe. Anhand von Einzelinterviews mit insgesamt zwölf Kindern – jeweils sechs aus der ersten und der vierten Klasse – wurde erfasst, wie Energie thematisiert und begriffen wird. Die Auswertung der Interviews erfolgte mittels qualitativer Inhaltsanalyse nach Mayring unter Anwendung eines induktiv entwickelten Kategoriensystems. Die Ergebnisse zeigen, dass das Energieverständnis im Verlauf der Grundschulzeit nur in begrenztem Maße fortschreitet. Während jüngere Kinder Energie überwiegend mit menschlichen Aktivitäten in Verbindung bringen, beziehen sich ältere Kinder häufiger auf elektrische Energie. Dennoch bleibt das Verständnis gemäß den Kriterien von Driver et al. (1994) und Duit (2007) unzureichend und ist stark von alltagsnahen Vorstellungen und Fehlkonzepten geprägt. Die Studie verdeutlicht damit die Notwendigkeit einer gezielten und systematischen Förderung des Energiebegriffs bereits in der Grundschule.

• Soziokulturelle Faktoren der Wissensgenese: Eine Untersuchung der Ausschließungsmechanismen von Frauen im Wissenschaftsbetrieb des 19. Jahrhunderts am Beispiel von Sophie Germain (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Diese Studie untersucht die soziokulturellen Barrieren, die Frauen im 19. Jahrhundert von der wissenschaftlichen Gemeinschaft fernhielten, am Beispiel der Mathematikerin Sophie Germain. Unter Verwendung der Natur der Wissenschaft (NOS) nach Lederman et al. (2013) und der Wissenschaftssoziologie von Bourdieu (1976), analysiert diese Arbeit die übergeordneten Mechanismen – wissenschaftlicher Habitus, Feld und Kapital –, die Germains Karriere beeinflussten. Nach einer umfassenden Darstellung von Germains Leben und der zeitgenössischen naturwissenschaftlichen, politischen und sozialen Bedingungen, werden die theoretischen Rahmenwerke von NOS und Bourdieu eingeführt. Das Hauptkapitel widmet sich der detaillierten Untersuchung von Germains Biografie im Kontext dieser soziokulturellen Variablen und beleuchtet die Machtstrukturen, die ihre wissenschaftliche Arbeit prägten. Eine abschließende Tabelle listet alle wissenschaftlichen Kontakte Germains auf, um die Vernetzung und den Austausch innerhalb des damaligen wissenschaftlichen Feldes zu verdeutlichen.

• Vom einfachen Schaltkreis zu den Grundschaltungen des Computers – Konzeption einer Unterrichtsidee für die Sekundarstufe 1 unter Verwendung des Breadboards (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: In der Fachdidaktik wird immer wieder die Forderung erhoben, moderne Themen der Physik in den Physikunterricht zu integrieren. Während Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II zumindest Einblicke in Themen wie Quanten- und Teilchenphysik erhalten, bleiben andere Gebiete wie die Festkörperphysik im Physikunterricht weitgehend unberücksichtigt. Wichtige Konzepte und Entwicklungen wie der Transistor, der unsere technische Umwelt maßgeblich beeinflusst hat, bleiben den Schülerinnen und Schülern daher unbekannt. In dieser Arbeit wird eine Unterrichtsidee entwickelt und erprobt, bei der Schülerinnen und Schüler bereits in der Sekundarstufe I ein grundlegendes Verständnis einzelner Inhalte der Festkörperphysik entwickeln können. Das Ziel war die Einführung wesentlicher Bauteile und Konzepte der Festkörperphysik, wie Transistoren oder pn-Übergänge, im Kontext von "Computerschaltungen" und in Bezug auf die kanonischen Inhalte der Elektrizitätslehre. Um den Schülerinnen und Schülern einen systematisch-experimentellen Zugang zu diesen Themen zu ermöglichen, wurden die Inhalte mithilfe eines Breadboards erarbeitet. Das Breadboard ist eine Steckplatine, die eine variable Realisierung von Schaltungen ermöglicht.

• Sprachsensibel Physik unterrichten - Entwicklung und Gestaltung von Unterrichtsmaterial für den Optikunterricht zur Förderung der Bildungs- und Fachsprache (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Der inklusive Physikunterricht stellt Lehrerinnen und Schüler vor besondere Herausforderungen aufgrund des hohen Abstraktionsgrads, des Umgangs mit Modellen und der theoretischen Interpretation von Messergebnissen. Für Schülerinnen und Schüler mit inklusiven Förderschwerpunkten kann die Teilnahme am Physikunterricht daher besonders erschwert sein. Die Verwendung von Fach- und Bildungssprache spielt in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. Eine angemessene Berücksichtigung der Fachsprache und Sprache im Allgemeinen sollte sich auch in den Unterrichtsmaterialien widerspiegeln. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Unterrichtsmaterialien für den Optikunterricht zum Thema Licht und Schatten, die speziell darauf ausgerichtet sind, die Bildungs- und Fachsprache im Physikunterricht zu fördern. Der zugehörige Unterricht wurde in einer 9ten Klasse mehrfach erprobt und das Material sukzessiv überarbeitet

Bachelorarbeiten

• Kräfte erfahrbar machen - Förderung von Stützpunktwissen im Sachunterricht der Primarstufe durch den Einsatz eines Kraftsensors (laufend)

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• Viel heiße Luft um nichts – Entwicklung eines Expe-rimentierkoffers zum Thema Luft für den Sachunter-richt in der Primarstufe (laufend)

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• Das Zusammenspiel von Physik und Architektur – Eine Untersuchung der akustischen Prinzipien von Konzertsälen am Beispiel der Historischen Stadthalle Wuppertal (laufend)

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• Wetter im Baukasten - Entwicklung und Konstruktion eines modularen Bausatzes für eine Wetterstation zur Anwendung in der Primarstufe (laufend)

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• Schwimmen, Schweben, Sinken - Konzeption und Entwicklung didaktischer Begleitmaterialien zum Experimentierkoffer "Auftrieb" in der Grundschule (laufend)

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• Farben erforschen, verstehen, erleben - Entwicklung und Konzeption von Versuchen zu Farbphänomenen in der Primarstufe (laufend)

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• Feuer, Wasser, Erde, Luft - Erfahrungsbasierte Lernfelder in der Primarstufe (laufend)

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• Die perfekte Sandburg – Entwicklung und Erprobung einer Unterrichtsreihe zum Thema „Granulare Materie“ in der Primarstufe (laufend)

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• Wie ein Vogel im Wind - Entwicklung eines Experimentierkoffers zum Thema Luft und Fliegen für die Grundschule (abgeschlossen)

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• Lichtspiele und Schattentricks – Konzeption, Entwicklung und Realisierung eines interaktiven Experimentierbuchs für Kinder der Primarstufe zu physikalischen Phänomenen der Optik (abgeschlossen)

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• Kuchen im Labor - Entwicklung einer sachunter-richtlichen Experimentierreihe zur Untersuchung der physikochemischen Prozesse während der Herstellung eines Kuchens (abgeschlossen)

  Alltagsbezogene Kontexte bieten im Sachunterricht der Grundschule ein besonders hohes Potenzial, um naturwissenschaftliche Phänomene motivierend und nachhaltig zu vermitteln. Insbesondere lebensnahe Tätigkeiten wie das Backen ermöglichen eine anschauliche und handlungsorientierte Auseinandersetzung mit physikalisch-chemischen Prozessen. Vor diesem Hintergrund widmet sich die vorliegende Arbeit der Entwicklung einer explorativen Experimentierreihe, die zentrale naturwissenschaftliche Vorgänge beim Backen eines Kuchens für Schülerinnen und Schüler der Primarstufe erfahrbar macht. Die Arbeit leistet damit einen praxisnahen Beitrag zur naturwissenschaftlichen Bildung im Primarbereich.

• Ein Sprung in die Physik – Entwicklung eines Experimentierkoffers zum Thema „Warum springt der Ball?“ für die Grundschule (abgeschlossen)

  Bewegungsphänomene wie das Springen von Bällen bieten einen motivierenden und lebensweltbezogenen Zugang zu physikalischen Fragestellungen im Sachunterricht der Grundschule. Die vorliegende Arbeit stellt die Entwicklung eines Experimentierkoffers vor, der es Schülerinnen und Schülern ermöglicht, das Sprungverhalten von Bällen systematisch zu untersuchen. Der Koffer enthält altersgerechte Materialien und Versuchsanleitungen, die entdeckendes und handlungsorientiertes Lernen fördern. Ziel ist es, zentrale physikalische Prinzipien durch einfache Versuche erfahrbar zu machen und nachhaltig zu verankern. Die Konzeption unterstützt eine aktive Auseinandersetzung mit physikalischen Inhalten und leistet damit einen praxisnahen Beitrag zur naturwissenschaftlichen Bildung im Primarbereich.

• Sonne, Mond und Sternzeichen – Entwicklung eines Tischplanetariums zur Demonstration der Konstellationen der Tierkreiszeichen am Himmel (abgeschlossen)

  Das Thema „Astronomie und Sternbilder“ bietet in der Primarstufe einen besonders motivierenden Zugang zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen. Eine didaktische Herausforderung stellt dabei die komplexe Beziehung zwischen den sichtbaren Tierkreissternbildern und den kalendarisch zugeordneten Tierkreiszeichen dar, da beide nicht unmittelbar übereinstimmen. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Entwicklung eines erweiterten Tischplanetariums, das aus einfachen Materialien hergestellt werden kann. Ziel des Modells ist es, diese Beziehung anschaulich und altersgerecht darzustellen, um Grundschulkindern ein besseres Verständnis astronomischer Zusammenhänge zu ermöglichen. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur fachdidaktischen Aufbereitung eines anspruchsvollen Themas für den Einsatz im Sachunterricht.

• Knick in der Optik? Entwicklung eines Experimentierkoffers zur explorativen Erforschung der Phänomene Hebung und Brechung in der Grundschule (abgeschlossen)

  Die Lichtbrechung ist ein zentraler Bestandteil des Physikunterrichts, während das eng damit verbundene Phänomen der optischen Hebung häufig vernachlässigt wird. Gründe hierfür liegen unter anderem im Fehlen geeigneter didaktischer Konzepte sowie in dem weit verbreiteten Missverständnis, es handle sich dabei lediglich um eine optische Täuschung. Tatsächlich ist die optische Hebung physikalisch erklärbar, messbar und lässt sich – etwa anhand der scheinbaren Lageveränderung eines Gegenstandes unter Wasser – präzise vorhersagen. Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Bachelorarbeit ein Experimentierkoffer entwickelt, der die Phänomene der Lichtbrechung und optischen Hebung durch alltagsnahe Versuche anschaulich und erfahrbar macht. Ziel war es, die physikalischen Zusammenhänge zwischen beiden Erscheinungen herauszuarbeiten und didaktisch so aufzubereiten, dass sie im Sachunterricht der Grundschule verständlich vermittelt werden können. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur Förderung eines vertieften physikalischen Verständnisses bereits im Primarbereich.

• „Und sie bewegt sich doch“- Eine Lernwerkstatt zu Galilei und der Entdeckung der Jupitermonde für die Primarstufe (abgeschlossen)

  Die Entdeckung der vier größten Jupitermonde durch Galileo Galilei im Jahr 1610 gilt als Meilenstein in der Geschichte der Astronomie und leitete eine grundlegende Wende vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild ein. Galileis Beobachtungen, veröffentlicht in Sidereus Nuncius, widerlegten die Vorstellung, dass alle Himmelskörper die Erde umkreisen, und lieferten einen empirischen Beleg für das kopernikanische Modell. Damit trug seine Arbeit wesentlich zur Etablierung einer naturwissenschaftlich begründeten Kosmologie bei, die auf systematischer Beobachtung und mathematischer Modellierung beruht. Vor diesem historischen Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit eine materialgestützte Lernwerkstatt konzipiert, die Galileis Entdeckung sowie deren wissenschaftshistorische Bedeutung aufgreift. Eingebettet in ein Escape-Room-Szenario, werden zentrale fachliche und historische Inhalte durch vielfältige, schüleraktivierende Stationen vermittelt. Ziel ist es, astronomische Erkenntnisprozesse sowohl inhaltlich als auch methodisch erfahrbar zu machen und forschend-entdeckendes Lernen zu fördern.

• Physik als Instrument der Neugier – Entwicklung einer explorativen Unterrichtseinheit zu akustischen Phänomenen in der Grundschule (abgeschlossen)

  Die vorliegende Arbeit greift das Konzept des genetischen, sokratischen und exemplarischen Lernens nach Martin Wagenschein auf und betont dessen Relevanz für einen verstehensorientierten Physikunterricht. Aufbauend auf diesen Prinzipien sowie der Lehrkunstdidaktik nach Christoph Berg, die Unterricht als ästhetisch gestalteten Lernprozess versteht, wurde eine explorative Unterrichtsreihe zu grundlegenden Phänomenen der Akustik und Resonanz entwickelt. Ziel der Konzeption ist es, physikalische Inhalte nicht als fertiges Wissen zu präsentieren, sondern durch gezielte Reduktion, dialogische Lernprozesse und historische Bezüge nachhaltig verstehbar zu machen. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur didaktischen Umsetzung eines lernförderlichen Physikunterrichts im Sinne Wagenscheins.

• Physik im Garten – Eine explorative Erkundung erstaunlicher Phänomene vor der eigenen Haustür (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Das "Lernen im Kontext" im Fach Physik erweist sich als äußerst motivierend und bietet nicht nur einen Rahmen für das Erlernen fachlicher Inhalte, sondern auch für das Verständnis naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen. Die physikdidaktische Forschung in diesem Bereich zielt unter anderem darauf ab, geeignete Kontexte aus der Lebenswelt von Schülerinnen und Schülern zu identifizieren und entsprechende Lernumgebungen zu gestalten. Ziel der vorliegenden Arbeit von Frau Wipperfeld war es, den Garten als potenziellen Lernort für Grundschulkinder zu erschließen. Indem geeignete naturwissenschaftliche Phänomene identifiziert, explorativ erkundet und fachlich dargestellt werden, sollten die fachlichen Grundlagen für eine weitere didaktische Transformation gelegt werden, sodass der Garten perspektivisch zu einem lebendigen Lernraum gemacht werden kann, in dem Theorie und Praxis auf anschauliche und motivierende Weise verschmelzen.

• Mit Schwung zur Physik – Erarbeitung und Erprobung einer Unterrichtseinheit zur explorativen Erarbeitung des Begriffs Impuls in der Primarstufe (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die Begriffe Impuls, Impulsübertragung und Kraftstoß sind zentrale Konzepte der Physik, da sie grundlegende Einsichten in Bewegungsabläufe und Wechselwirkungen liefern und zahlreiche weiterführende Themenbereiche vorbereiten. Obwohl diese Inhalte in der Sekundarstufe I vorgesehen sind, lassen sich ihre Grundideen altersgerecht vereinfacht auch in der Primarstufe vermitteln. Bislang fehlen jedoch geeignete Unterrichtsreihen für diesen Bildungsbereich. Ziel dieser Bachelorarbeit war es daher, eine explorative Unterrichtssequenz im Umfang von zwei Doppelstunden zu entwickeln, in der Schülerinnen und Schüler der Grundschule die Konzepte „Schwung“ und „Wucht“ durch vielfältige Experimente selbstständig erschließen können. Die Einheit, konzipiert für den Sachunterricht, nutzt kindgerechte Pfeildarstellungen zur Visualisierung physikalischer Zusammenhänge. Die Materialien wurden erprobt und evaluiert, um Lehrkräften konkrete Umsetzungsmöglichkeiten für den Einstieg in diese komplexen Themen zu bieten.

• Auf den Spuren der Resonanz – Eine Untersuchung der Schwingungsmoden geometrischer Platten anhand von Chladnischen Klangfiguren (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die Arbeit untersucht das Phänomen der Chladnischen Klangfiguren aus einer phänomenologischen Perspektive, ohne auf theoretische Vorannahmen zurückzugreifen. Ausgehend von Ernst Chladnis historischer Entdeckung wird aufgezeigt, wie sich das Schwingungsverhalten dünner Platten durch einfache Experimente sichtbar machen lässt. In einer systematischen, explorativen Untersuchung werden verschiedene Einflussgrößen wie Plattenform, Anregungsmethode, Fixierungspunkte und Streumaterial variiert. Die Ergebnisse belegen, dass sich auch ohne mathematische Modellierung vielfältige Erkenntnisse über die Entstehung und Systematik der Muster gewinnen lassen. Die Arbeit zeigt, dass Klangfiguren ein ergiebiges Experimentierfeld darstellen und im schulischen Kontext über die Rolle eines reinen Demonstrationsexperiments hinaus als didaktisch wertvoller Zugang zu akustischen und physikalischen Phänomenen genutzt werden können.

• Verborgener Sternenhimmel - Die Visualisierung von Lichtverschmutzung über der Großstadt Wuppertal mittels Astrofotografie (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Das zunehmende künstliche Licht bei Nacht führt zu einer wachsenden Lichtverschmutzung, die vielfältige Herausforderungen für die Menschheit birgt. Die Auswirkungen, wie der Verlust der Artenvielfalt und die Störung des menschlichen Tag-Nacht-Rhythmus sowie der kulturelle Verlust des Nachthimmels, werden oft unterschätzt. In der vorliegenden Arbeit wird diese Problematik durch die optische Darstellung der Lichtverschmutzung über dem Wuppertaler Nachthimmel verdeutlicht. Ziel ist es, durch astrofotografische Aufnahmen, unterstützt durch Lichtverschmutzungsfilter und eine simulierten Darstellung des ungestörten Nachthimmels, die Auswirkungen der Lichtverschmutzung sichtbar zu machen. Dabei wird ein Ausschnitt des Nachthimmels erstellt, um die Aufhellung des Horizonts zu veranschaulichen.

• Elektrisch geladen - Entwicklung und Erprobung einer Unterrichtsreihe zur Elektrostatik in der Primarstufe (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die vorliegende Arbeit stellt die Entwicklung und Erprobung einer Unterrichtsreihe zum Thema Elektrostatik in der Primarstufe vor. Ziel war es, elektrostatische Phänomene durch forschend-entdeckendes Lernen erfahrbar zu machen und das Verständnis für geladene Materialien zu fördern. Zentrales Instrument war ein selbstgebautes Elektroskop, das zur Visualisierung von Ladungszuständen diente. Nach einer fachlichen Einführung mit Schwerpunkt auf dem triboelektrischen Effekt und der Funktionsweise des Elektroskops folgt eine didaktische Aufarbeitung, die Methoden wie Stationenlernen, kooperatives Lernen und Motivationsförderung integriert. Die Umsetzung der Unterrichtsreihe in zwei Doppelstunden wird im Hinblick auf Planung, Durchführung und Evaluation beschrieben. Abschließend reflektiert die Arbeit methodisch und stellt ergänzende Materialien wie Arbeitsblätter und ein Forscherheft im Anhang bereit.

• Der Mann im Mond - Eine Untersuchung zu Präkonzepten in der Astronnomie und ihrer Berücksichtigung im Sachunterricht am Beispiel des Mondes (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die Arbeit untersucht das pädagogische Spannungsfeld zwischen naturwissenschaftlicher und lebensweltlich-kultureller Perspektivierung von Natur am Beispiel des Mondes. Während die naturwissenschaftliche Sichtweise den Mond als physikalisches Objekt beschreibt, das durch empirische Daten und mathematische Modelle erfasst wird, ist die alltagsweltliche Perspektive von emotionalen, ästhetischen und kulturellen Bedeutungen geprägt. Kindliche Vorstellungen vereinen häufig beide Sichtweisen zu einer vielschichtigen, mitunter widersprüchlichen Deutung. Ziel der Arbeit ist eine theoretische Analyse dieses Spannungsverhältnisses. Nach der Gegenüberstellung der „zwei Monde“ – der wissenschaftlich-rationalen und der kulturell-emotionalen Konstruktion – werden entwicklungspsychologische Aspekte (u. a. nach Piaget), kindliche Mondvorstellungen sowie didaktisches Material zum Thema analysiert. Darauf aufbauend wird das Verhältnis zwischen kindlicher Lebenswelt und fachwissenschaftlicher Sicht reflektiert. Abschließend werden Lösungsansätze zur didaktischen Vermittlung diskutiert, insbesondere unter Rückgriff auf die Konzeption des exemplarischen Lernens nach Wagenschein.

• Gleichgewicht erleben - Eine erfahrungsorientierte Unterrichtseinheit zur Förderung des Verständnisses von Schwerpunkt und Gleichgewicht in der Grundschule (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: In der vorliegenden Arbeit wird eine erfahrungsorientierte Unterrichtseinheit zum Thema "Schwerpunkt und Gleichgewicht" für den Sachunterricht in der Grundschule entwickelt. Die zentrale Idee besteht darin, dass Schülerinnen und Schüler zunächst Erfahrungen am eigenen Körper sammeln sollen, um diese dann auf unbelebte Objekte zu übertragen und wiederzuerkennen. Dadurch soll einerseits dem besonderen pädagogischen Moment des Übergangs zwischen eingebundener und abgelöster Perspektive Rechnung getragen werden und andererseits wird ein neuer Vorschlag zur Behandlung der Thematik gemacht, die sich üblicherweise auf einfache Maschinen und die goldene Regel der Mechanik beschränkt. Die Unterrichtseinheit wurde mit einer dritten und vierten Klasse erprobt.

• Handfertigkeit im Vergleich - Eine Untersuchung der feinmotorischen Fähigkeiten von Kindern in der Primarstufe beim Bau einer Leonardo-Brücke (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Diese Arbeit untersucht die feinmotorischen Fähigkeiten von Grundschulkindern beim Bau einer Leonardo-Brücke. Im Mittelpunkt stehen die Hand-Auge-Koordination, Handgeschicklichkeit und Reasoning-Kompetenz. Mithilfe von Beobachtungen und Interviews wurde analysiert, wie Kinder unterschiedlicher Altersstufen mit identischen Materialien und Anforderungen umgehen. Die Ergebnisse wurden typisiert und geben Aufschluss darüber, inwieweit Kinder der Primarstufe zur eigenständigen Konstruktion fähig sind. Daraus lassen sich didaktische Empfehlungen für den Einsatz feinmotorisch anspruchsvoller Aufgaben im Sachunterricht ableiten.

• Bionik - eine Erfolgsgeschichte? Eine kritische Analyse bionischer Entwicklungsgeschichte unter ausgewählten Aspekten der „Nature of Science“ am Beispiel des Eisbären und des Geckos (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die vorliegende Studie analysiert die Darstellung der Bionik in verschiedenen Medien unter dem Aspekt der Mythenproduktion. Bionik, das Feld, in dem biologische Phänomene technisch nachgeahmt werden, wird oft als linearer und reibungsloser Prozess präsentiert. Diese Arbeit beleuchtet, wie solche Darstellungen durch narrative Techniken wie Monumentalisierung, Idealisierung, emotionale Dramatisierung und naturalisierte Erklärungen geprägt sind, und wie sie das Verständnis von Wissenschaft beeinflussen. Die Arbeit nutzt die Nature of Science (NoS) als theoretischen Rahmen und integriert Allchins Konzept der Mythenkonzeption, um Lehr- und Kinderbücher sowie historische Quellen zu untersuchen. Exemplarisch werden die bionischen Entwicklungen des Wärmehaushalts des Eisbären und der Haftfähigkeit des Geckos betrachtet. Die Analyse dieser Fallbeispiele zeigt, dass die Fortschritte in der Bionik nicht nur von wissenschaftlicher Forschung, sondern auch von sozialen, ökonomischen und politischen Faktoren abhängen.

• Parallele Welt - Eine Experimentierbox zum Thema Spiegel in der Grundschule (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Im herkömmlichen Physikunterricht wird das Phänomen des Spiegels vorwiegend licht-mechanisch durch das Reflexionsgesetz untersucht, wobei Experimente eher als Überprüfungsmethode dienen. Diese methodische Vorgehensweise vernachlässigt jedoch das individuelle Wahrnehmungsvermögen der Schülerinnen und Schüler, die gerade im Sachunterricht von hoher Bedeutung ist. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Experimentierbox, die einen phänomenologischen Ansatz verfolgt und die Wahrnehmung in den Mittelpunkt stellt. Im Gegensatz zur üblichen theoriegeleiteten Arbeitsweise wird ein exploratives Vorgehen angewendet. Die Experimentierreihe besteht aus vier Bausteinen. Zuerst anknüpfend an die Erfahrung des Spiegels als Fenster in einen optischen Raum, der zu zum Konzept des Spiegelraums führt, werden erst im zweiten Schritt Beziehungen zur physikalischen Vorstellung des Spiegels durch Untersuchung der Beleuchtungsbedingungen geebnet. Anwendungsbeispiele wie das Periskop schlagen eine Brücke zwischen diesen Perspektiven. Der vorgeschlagene Experimentierweg ermöglicht ein explorierendes Lernen, das die Schülerinnen und Schüler zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann und ihre Wahrnehmung öffnet. Die Experimentierbox stellt alle Experimente vor, inklusive einer möglichen Reihenfolge, doku-mentiert sie und verdeutlicht Ziele und Ergebnisse.

• Wasser unter Spannung – Entwicklung eines explorativen Experimentiersets zum Thema „Oberflächenspannung“ für die Primarstufe (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Im Sachunterricht spielen Experimente als handlungsorientierte Erkenntnismethode eine entscheidende Rolle. Bei genauerer Analyse von Schulbüchern fällt auf, dass Experimente häufig deduktiv und hypothesengeleitet gestaltet sind. Neben diesem Ansatz bietet das explorative Experimentieren weitere Vorteile. Dabei ändern die Lernenden systematisch verschiedene Parameter, um die Bedingun-gen eines Phänomens zu untersuchen. Durch dieses Vorgehen entwickeln sie eigenständig passende Begriffe zur besseren Beschreibung des Phänomens. Diese Arbeit präsentiert beispielhaft ein exploratives Experimentierset zum Thema Oberflächenspannung für die 4. Klasse. Obwohl es viele modellhafte Erklärungen und Experimente zu diesem abstrakten Thema gibt, ist es durch exploratives Experimentie-ren gut zugänglich. Das entwickelte Experimentierset führt die Schülerinnen und Schüler von qualitativen zu quantitativen Erkenntnissen. Im Lehrplan NRW kann das Thema Oberflächenspannung dem Be-reich 'Natur und Umwelt' unter 'Stoffe, ihre Umwandlung und Stoffkreisläufe' zugeordnet werden. Die Arbeit behandelt zunächst fachwissenschaftliche und fachdidaktische Aspekte zur Oberflächenspannung. Anschließend werden Kriterien für die Entwicklung des Experimentiersets erarbeitet, gefolgt von der Erläuterung des Sets im dritten Kapitel mit fachlichen und didaktischen Anmerkungen.

• Lernen im Kontext - Eine Untersuchung ausgewählter Beispiele für kontextorientiertes Lernen im naturwissenschaftlichen Sachunterricht (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Lehrkräfte stehen vor der Herausforderung, ihre Schülerinnen und Schüler nachhaltig für den Unterricht und die Lerninhalte zu begeistern. Ein hohes Interesse und fortwährende Motivation der Schülerinnen und Schüler sind entscheidend für erfolgreiches Lernen in der Schule. Der naturwissen-schaftliche Unterricht bietet dabei vielfältige lebensnahe Bezüge zur Realität und zum Alltag, die jedoch in der Unterrichtspraxis oft ungenutzt bleiben. Diese Arbeit präsentiert das Lernen im Kontext als einen Lösungsansatz für verschiedene Probleme des traditionellen Unterrichts. Der Ansatz des Lernens im Kontext wird durch die Erläuterung des Kontextbegriffs, die Vor- und Nachteile, die Verzahnung mit der Fachsystematik sowie erste kontextorientierte Ansätze und Projekte vorgestellt. Ein Blick auf Lehrbü-cher zur naturwissenschaftlichen Fachdidaktik zeigt, dass das Lernen im Kontext in der Fachliteratur noch wenig verbreitet oder beachtet wird. Basierend auf Fachliteratur werden eigene Bedingungen für passende innere Kontexte entwickelt. Diese Kriterien werden daraufhin verwendet, um festzustellen, dass in klassischen Schulbüchern zwar innere Kontexte mit lebenspraktischen Bezügen vorhanden sind, diese jedoch nicht als inhaltliche Rahmung für die vertiefte Erarbeitung von Fachinhalten genutzt werden. Tatsächliches Lernen im Kontext wird daher in herkömmlichen Schulbüchern nicht umgesetzt, was weitere Entwicklungen und nachfolgende Arbeiten erforderlich macht.

• Experimente mit einem selbstgebauten Windkanal zur Sichtbarmachung von Luftströmungen (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit Experimenten in einem selbstgebauten Windkanal, die verschiedene Luftströmungen durch variierende Objekte visualisieren und den Lernenden einen anschließenden Vergleich ermöglichen. Der Fokus liegt auf einer aufschlussreichen Bildreihe und deren physikdidaktischer Aufarbeitung. Zu Beginn werden die physikalischen Grundlagen von Strömung und Strömungsmechanik eingeführt, um ein Verständnis für die zugrundeliegenden Prozesse zu schaffen. Der Aufbau und die Funktionsweise des Windkanals werden erläutert, wobei das Verdampfen des Gly-cerins an einem Konstantandraht die Sichtbarmachung von erzeugten Luftströmungen ermöglicht. Die entstandenen Luftströmungen werden im Rahmen weiterer Experimente auf Muster und Formen hin untersucht und verglichen. Ein zentrales Vermittlungsziel ist die Erkenntnis über Zusammenhänge zwi-schen Objektformen und den umgebenden Luftströmungen. Das systematische Experimentieren und Variieren mit verschiedenen Objekten und Formen ermöglicht die Beobachtung der Veränderungen in den Luftströmungen. Dies soll ein grundlegendes Verständnis für Luftströmungen schaffen und die Nut-zungsmöglichkeiten dieser Erkenntnisse aufzeigen. Dabei kann dies das Erkennen von Alltagsobjekten mit aerodynamischer Form oder das Verständnis für die Reduzierung des Luftwiderstands für natürliche Energieeffizienz beinhalten. Abschließend wird das didaktische Konzept für den Einsatz im Sachunter-richt der Grundschule und die Herausforderungen komplexer physikalischer Inhalte diskutiert. Die Ar-beit trägt dazu bei, die Möglichkeiten der aktiven und praktischen Auseinandersetzung der Lernenden mit naturwissenschaftlichen Phänomenen zu erweitern, Neugierde und Entdeckergeist zu fördern sowie Begeisterung und Interesse an naturwissenschaftlichen Themen zu wecken.

• Das bildungsinstitutionelle Frauenbild im Kaiserreich: Eine Untersuchung des Rollenbilds der Frau im 19. und 20. Jahrhundert am Beispiel von Elsa Neumann und Lise Meitner (abgeschlossen)

  Diese Arbeit untersucht die Lebenswege und wissenschaftlichen Beiträge von Elsa Neumann und Lise Meitner, um die Geschlechterrollen und Bildungsmuster im 19. und 20. Jahrhundert zu beleuchten. Durch die Analyse dieser beiden Physikerinnen wird aufgezeigt, wie strukturelle Probleme und gesellschaftliche Bedingungen Frauen in der Wissenschaft beeinflussten. Elsa Neumann, eine der ersten Dozentinnen an der Technischen Hochschule Berlin, kämpfte gegen die akademischen Barrieren des späten 19. Jahrhunderts und leistete wichtige Beiträge zur Elektrochemie. Lise Meitner, eine Schlüsselfigur in der Entdeckung der Kernspaltung, sah sich trotz ihrer wissenschaftlichen Erfolge mit der institutionellen Diskriminierung durch die nationalsozialistische Rassenpolitik konfrontiert. Die Studie zeigt, dass die Herausforderungen, denen Neumann und Meitner gegenüberstanden, von begrenztem Zugang zu Bildung bis hin zu offener Diskriminierung reichten, und reflektiert die evolutionären Veränderungen der Rolle des weiblichen Geschlechts in Schulen und Hochschulen über zwei Jahrhunderte.

• Lesen im Buch der Wolken - Entwicklung und Erprobung einer Unterrichtsreihe zum Thema Wolkenformationen (abgeschlossen)

  Zusammenfassung:Das Thema Wolken, im Sachunterricht oft am Rand behandelt und meist im Kontext des Wetters erwähnt, bietet vielfältige Chancen für eine umfassende, kompetenzorientierte Exploration im Un-terricht. Eine intensive Auseinandersetzung eröffnet Schüler:innen Einblicke in verschiedene Wolkenarten, Entstehung und ihre Rolle bei Wetterphänomenen. Es ermöglicht zudem die Erkundung grundlegender Naturwissenschaftskonzepte wie Beobachtung, Kategorisierung und Beschreibung von Phänomenen. Beschäftigung mit Wolken schärft die Beobachtungsgabe und weckt Neugier – Schlüsselqualitäten im Sachunterricht. Das Ziel der Bachelorarbeit liegt darin, eine fünfstündige Unterrichtseinheit zum Thema "Wolken" zu konzipieren und in einer zweiten Klasse durchzuführen. Die Schwerpunkte der Unterrichtssequenz sind die Ermittlung der bestehenden Vorstellungen der Schüler:innen über Wolken, die Erkundung verschiedener Arten von Wolkenformationen sowie die Förderung ihrer Beobachtungsfähigkeiten. Dies wurde erreicht, indem die Schüler:innen über einen Zeitraum von zwei Wochen Wolkenformationen identifizierten und in einem "Wolkentagebuch" skizzierten und dokumentierten. Die Unterrichtseinheit wurde durch ein Experiment zur Wolkenbildung sowie die Erarbeitung von Informationsmaterialien abgeschlossen.

• Der Lotuseffekt - Entwicklung einer Experimentierbox zur Erkundung selbstreinigender Oberflächen in der Grundschule (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die Bionik, eine Wissenschaft, die die Natur als Vorbild für die Herstellung technischer Gegenstände nutzt, bietet viele Lernanlässe im Sachunterricht. Ein bekanntes Beispiel ist der Lotuseffekt, bei dem die Blattoberfläche der Lotuspflanze Wasser und Schmutz abperlen lässt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung einer Experimentierbox für die Grundschule, die sich mit dem Lotuseffekt beschäftigt. Die Experimente sollen die Schülerinnen und Schüler schrittweise mit den Faktoren vertraut machen, die für die selbstreinigende Eigenschaft von Oberflächen verantwortlich sind.

• Entwicklung eines Experimentiersets zur Untersuchung des einfachen Stromkreises in der Grundschule (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: In dieser Bachelorarbeit steht die Entwicklung eines Experimentiersets zur Untersuchung des einfachen Stromkreises in der Grundschule im Fokus. Kinder kommen früh mit der Anwendung von Strom in Berührung, und das Verständnis für den Stromkreis hat einen unmittelbaren Bezug zu ihrem Alltag, wie im Lehrplan für den Primarbereich festgelegt ist. Experimente bieten sich als effektives Mittel an, um Schülerinnen und Schüler mit der Funktionsweise von Stromkreisen vertraut zu machen, und das Experimentierset ermöglicht ihnen, die Experimente eigenständig durchzuführen. Die Zusammenstellung des Sets berücksichtigt verschiedene Experimente zum Themenkomplex "Stromkreise", wobei die drei elementaren Bausteine - Batterie, geschlossene Verbindung und "Verbraucher" - variiert und alternative Ansätze vorgestellt werden. Der gewählte explorative Ansatz betont die Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schüler bei der Interaktion mit den Experimenten, wobei der Fokus auf dem eigenständigen Experimentieren und Entdecken liegt. Abschließend wird eine mögliche Integration der Experimente in eine Unterrichtsreihe vorgeschlagen, wobei die als optimal erachtete Reihenfolge berücksichtigt wird.

• Schwimmen, Schweben, Sinken - Entwicklung von Experimentiermaterial zum Thema Auftrieb in der Grundschule (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Die Alltagserfahrung des "Auftriebs" ist leicht beobachtbar, jedoch sind die Schülerinnen und Schüler oft mit falschen Vorstellungen konfrontiert, etwa der Annahme, dass etwas untergeht, weil es zu schwer ist. Um das Konzept der Dichte adressatengerecht zu vermitteln, wird in der Arbeit eine Experimentierreihe zum Auftrieb entwickelt. Dabei werden Experimente dokumentiert, vorgestellt und didaktisch begründet. Über fünf aufeinander aufbauende Experimentierbausteine werden die Schülerinnen und Schüler von der Erfahrung des Gewichtsverlusts unter Wasser über Vergleiche und Vermessungen bis hin zum Verständnis des archimedischen Prinzips geführt. Das Ziel besteht darin, Lehrkräften umfassend ausgearbeitetes Experimentiermaterial für die Unterrichtsvorbereitung zu b ieten, das den Auftrieb nachhaltig im Gedächtnis der Schülerinnen und Schüler verankert und ein erkenntnisreiches Unterrichtserlebnis ermöglicht.

• Mit der Stimmgabel die Welt der Klänge erkunden - Konzeption einer Unterrichtsreihe zur Akustik für die Primarstufe (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Das Ziel der vorliegenden Thesis bestand darin, eine Unterrichtssequenz für den Sachunterricht in der Grundschule zu entwickeln und zu erproben. Die Unterrichtssequenz hatte das Ziel, Schülerinnen und Schülern den Umgang mit Stimmgabeln zu vermitteln, sie in die Welt des Klangs einzuführen und ein grundlegendes Verständnis akustischer Schwingungsphänomene zu vermitteln. Zu diesem Zweck wurden Experimentierstationen und -materialien basierend auf einem bereits entwickelten Experimentierkoffer zur Stimmgabel entwickelt. Zusätzlich wurden Arbeitsmaterialien und -blätter für die Schülerinnen und Schüler erstellt. Nach der Durchführung der Unterrichtssequenz wurde eine milde Evaluation durchgeführt, um die Wirksamkeit und Eignung der entwickelten Materialien und Methoden zu überprüfen.

• Vom Schwerpunkt zum Hebelgesetz - Entwicklung eines neuen Experimentiersets für die Schule (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Experimentierkästen sind bedeutsame Hilfsmittel im Physikunterricht, da sie Schülerinnen und Schülern ein praktisches Erlebnis bieten und ihr Verständnis für physikalische Phänomene fördern. Ziel der vorliegenden Thesis war die Entwicklung und Dokumentation eines Experimentierkastens, der ein experimentelles Verständnis der Gleichgewichtsarten und des Hebelgesetzes ermöglicht, ausgehend vom Begriff des Schwerpunktes. Der entstandene Experimentierkasten ermöglicht verschiedene Versuche zum stabilen, labilen und indifferenten Gleichgewicht sowie deren Übergänge. Des Weiteren ermöglicht er die Vermessung des Hebelgesetzes.

• Der Regenbogen im Tropfen? Eine experimentelle Untersuchung der Bedingungen des Regenbogens am einzelnen Tropfen (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: In der vorliegenden Thesis wurde eine explorative Versuchsreihe entwickelt, um das Verständnis für die Entstehung des Regenbogens zu fördern. Dabei wurde ein früherer Vorschlag aufgegriffen, die optischen Bildbedingungen an einem einzelnen Tropfen nachzuvollziehen und auf den Regenbogen zu übertragen. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass viele optische Eigenschaften, die an einer großen transparenten Kugel (wassergefülltes Goldfischglas) gewonnen wurden, äquivalent zu den Eigenschaften des Regenbogens sind. Das Ziel der Thesis bestand darin, eine systematische Variation der Parameter vorzunehmen, um den Übergang von der einzelnen Tropfensphäre zum Naturphänomen des Regenbogens experimentell zu erfassen.

• Brechung vor Hebung? Eine explorative Untersuchung zur symmetrischen Behandlung von Hebung und Brechung (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: Das Thema Lichtbrechung ist ein wichtiger Bestandteil des Physikcurriculums. Die optische Hebung kann dabei als Motivation oder zur Veranschaulichung der Brechung von Licht im Rahmen der geometrischen Optik dienen. Allerdings wird oft auf die optische Hebung verzichtet, da sie als weniger objektivierbar betrachtet wird als die Lichtbrechung. Das Ziel der vorliegenden Thesis war die Entwicklung einer explorativen Versuchsreihe, die anhand der Zylinderlinse ein weiteres Beispiel für die Parallelisierung von Hebung und Brechung vermittelt. Dabei wird die Verwendung und Bedeutung der Begriffe "Hebung" und "Brechung" in Schulbüchern für den Physikunterricht diskutiert und diese in Beziehung zu den Präkonzepten der Schülerinnen und Schüler gesetzt.

• Die Mimetische Miniatur im Sachunterricht - Eine Unterrichtseinheit zum Thema Schatten (abgeschlossen)

  Zusammenfassung: In der vorliegenden Thesis wurde das Ziel verfolgt, eine Unterrichtssequenz zu entwickeln und zu erproben, die Schülerinnen und Schülern im Sachunterricht der Grundschule auf explorative Weise grundlegende Konzepte der Schattenlehre näherbringt. Der Schwerpunkt lag dabei auf den Abbildungseigenschaften von Lichtquellen und Blenden im Prozess der Schattenentstehung. Im Rahmen der Arbeit wurden Experimentierstationen, geeignete Materialien sowie begleitende Arbeitsblätter für die Schülerinnen und Schüler konzipiert. Die Unterrichtssequenz wurde erfolgreich in zwei Klassen einer Remscheider Grundschule durchgeführt und vermittelte zentrale optische Gesetzmäßigkeiten der Schattenlehre auf kindgerechte und zugleich fachlich fundierte Weise.