Physikdidaktik
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Didactics of Physics - Projects

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Computers in Physics Education

Period: 30.11.1987 - 30.11.1990
Project management: Dr. Thomas Bethge,  Prof. Dr. Horst Schecker
Financing: BLK/BMBFFreie Hansestadt Bremen
Cooperation:
Members: Dr. Thomas Bethge, Prof. Dr. Hans Niedderer , Prof. Dr. Horst Schecker

Computers in Physics Education is an R&D project that focuses on the use of numerical modelling systems (Stella, Powersim, Dynasys) in high school physics and introductory university physics. We have developed a large number of models for various domains of physics. This application of system dynamics is embedded in a comprehensive approach for using computers in physics education. The focus of our approach lies on integrating measuring and modelling. The aim is to bridge the gap between experiment and theory by working on an experiment and a dynamic model in parallel. Experiments serve as empirical starting points for modeling, while modeling results stimulate new experiments or new ways of evaluating experimental data. One example is a close mapping of measurements from decay experiments with corresponding decay-models. Computer-based modeling has been successfully performed in several high-school courses ("Leistungskurse Physik") and on the university level. Evaluation studies show that students learn to work with the modeling software from about 2 or 3 simple introductory examples (typically about linear motion). They work in pairs on own models from there on. The software can be used in many domains: mechanics, fields, oscillations, thermodynamics, nuclear physics, quantum physics. The content of the physics courses can thus be extended to more complex and interesting examples -- like the motion of parachutists -- that are otherwise mathematically -- not physically -- too complicated for a quantitative analysis. In our research we investigate, whether -- apart from positive effects on the courses contents and the students motivation -- effects on a deeper and sound qualitative understanding of physical theory is reached by working with the tools. We expect such effects because the software gives a graphical representation of the relationships between the quantities used in the models. The students should recognize that the same basic theoretical structures reappear in models for rather different phenomena in a given domain. Models e.g. about the motion of meteors and bungee jumpers have the same core structure represented in the graphical model layer.


Publications:


Book
Schecker, H.: Physik modellieren, Stuttgart: Klett (1998)
Bethge, T. & Schecker, H. (Hrsg.): Software-Werkzeuge zur Modellbildung im Physikunterricht - Konzepte und Erfahrungen, Bremen: Universitätsverlag (97 S.) (1990)
Article in books
Schecker, H.: Integration of Experimenting and Modeling by Advanced Educational Technology: Examples from Nuclear Physics. In: Tobin, K. & Fraser, B.J. (eds.): The International Handbook of Science Education, Dordrecht: Kluwer, Part I (1998), 383-398
Niedderer, H. & Schecker, H.: Labrotory Tasks with MBL and MBS in Introductiory Physics Classes for Prospective High School Teachers. In: E. F. Redish, J. S. Rigden (Eds.). The changing role of physics departments in modern universities, Proceedings of the International Conference on Undergraduate Physics Education (ICUPE), New York: Wiley (1997), 461-474
Schecker, H.: Bremer Interface-System: Didactic guidelines for a universal, open, and user-friendly MBL-system. In: Tinker, R. (Hrsg.): Microcomputer Based Labs: Educational Research and Standards, Berlin: Springer (1996), 351-367
Schecker, H: The didactic potential of computer aided modeling for physics education. In: Ferguson, D.L. (Hrsg.): Advanced Technologies for Mathematics and Science, Berlin: Springer (1993), 165-208
Bethge, T. & Schecker, H.: Modellbildung im Physikunterricht. In: Wedekind, J. & Walser, W.: Modellbildungssysteme - Konzepte und Realisierungen, Duisburg: CoMet (1992), 83-98
Schecker, H.: Zum Einsatz von Modellbildungssystemen im Physikunterricht. In: Bethge, T. & Schecker, H. (Hrsg.): Software-Werkzeuge zur Modellbildung im Physikunterricht - Konzepte und Erfahrungen, Bremen: Universitätsverlag (1990), 71-81
Article in journals
Sander, F., Schecker, H. & Niedderer, H.: Wirkungen des Einsatzes grafikorientierter Modellbildung im physikalischen Praktikum. In: Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 7 (2002), 147-165
H. Schecker & P. Wessels: Dann machen wir's numerisch. In: Der Magnet, Nr. 17, Herbst 1999 (Stuttgart: Klett) (1999), 14-15
Schecker, H.: Warum nicht mal numerisch? - Computergestützte Modellbildung erschließt interessante Phänomene für den Physikunterricht. In: Plus Lucis (1999), 3 (1999), 17-21
Schecker, H.: Modeling physics: System dynamics in physics education. In: The Creative Learning Exchange 5 (2) (1996), 1-8
Schecker, H.: Mit Computerprogrammen auf dem Weg zum physikalischen Konzept?. In: Naturwissenschaften im Unterricht - Physik 42 (1994), 22 (1994), 34-37
Schecker, H.: Learning physics by making models. In: Physics Education 28 (1993), 2 (1993), 102-106
Schecker, H.: Computer als Werkzeuge im Physikunterricht. In: Wiebel, K.H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven, Alsbach: Leuchtturm (1992), 149-151
Bethge, T. & Schecker, H.: Experimentieren mit Ideen. In: Computer und Unterricht 1 (1991), 4 (1991), 20-24
Schecker, H. & Bethge, T.: Fallschirmspringer und Meteore. In: Computer und Unterricht 1 (1991), 1 (1991), 29-34
Niedderer, H., Schecker, H. & Bethge, T.: The role of computer aided modelling in learning physics. In: Journal of Computer Assisted Learning 7 (1991), 2 (1991), 84-95
Schecker, H. & Bethge, T.: Computerunterstützte Modellbildung im Physikunterricht. In: physica didactica 17 (1990), 1 (1990), 51-59
Bethge, T. & Schecker, H.: Modellbildungswerkzeuge im Physikunterricht. In: LOG IN, 10 (1990), 1 (1990), 51-54
Niedderer, H., Schecker, H., Bethge, T.: Computer-based modelling, student-centered teaching strategy and the develepment of physics concepts. In: Paper presented at the NATO Advanced Research Workshop "Student Development of Physics Concepts: The Role of Educational Technology". Pavia, (1989)
Article in proceedings
Schecker, H.: Physik transparent und gestaltbar - Grafikorientierte Modellbildung im Physikunterricht. In: Behrendt, H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Chemie und Physik, Alsbach: Leuchtturm (1996), 87-103
Schecker, H. & Bethge, T.: Computereinsatz im Physikunterricht - Verzahnung von Experiment und Modellbildung. In: Behrendt. H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie, Alsbach: Leuchtturm (1994), 187-189
Schecker, H.: System Dynamics in High School Physics. In: Proceedings - Education - of the 1994 International System Dynamics Conference, Stirling, Scotland, July 1994, System Dynamics Society (1994), 74-84
Schecker, H. & Niedderer, H.: über den Beitrag des Computereinsatzes zur Entwicklung physikalischer Kompetenz. In: Wiebel, K.H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie, Alsbach: Leuchtturm (1991), 147-149
Schecker, H.: Was erwarten Schüler vom Computereinsatz im Physikunterricht?. In: Wiebel, K.H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie, Alsbach: Leuchtturm (1991), 144-146
Schecker, H. & Bethge, T.: Der Einsatz von Rechnern zur Modellbildung im Physikunterricht (I). In: Wiebel, K.H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven, Alsbach: Leuchtturm (1990), 323-325
Bethge, T. & Schecker, H.: Der Einsatz von Rechnern zur Modellbildung im Physikunterricht (II). In: Wiebel, K.H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven, Alsbach: Leuchtturm (1990), 320-322
Schecker, H., Niedderer & H., Bethge, T. : Computerunterstützte Modellbildung im Physikunterricht. In: DPG, FA Didaktik der Physik (Hrsg.): Vorträge auf der Frühjahrstagung 1989 in Bonn, Gießen: DPG (1989), 360-364
Bethge, T. & Schecker, H.: Modellversuch "Computereinsatz im Physikunterricht". In: DPG, FA Didaktik der Physik (Hrsg.): Vorträge auf der Frühjahrstagung 1989 in Bonn, Gießen: DPG (1989), 441-446
self-published
Schecker, H. & Bethge, Th.: Fachübergreifender Einsatz gestaltbarer Software-Tools - Abschlußbericht des Modellversuchs, Universität Bremen, Institut für Didaktik der Physik (1994)
Schecker, H., Bethge, T. & von Dwingelo-Lütten, R.: Das Bremer Interface-System, Bremen: Wissenschaftliches Institut für Schulpraxis (1993)
Niedderer, H., Bethge, T. & Schecker, H.: Computereinsatz im Physikunterricht. Abschlußbericht des Modellversuchs (4 Bände), Bremen: Universität, Institut für Didaktik der Physik (1992)
Schecker, H., Bethge, T. & Niedderer, H.: Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitung des Modellversuchs "Computereinsatz im Physikunterricht", Universität Bremen: Institut für Didaktik der Physik (1992)
Bethge, T. & Schecker, H.: Materialien zur Modellbildung und Simulation im Physikunterricht, Bremen: Universitätsverlag (1992)
Niedderer, H., Bethge, T. & Schecker, H.: Didaktische Rahmenkonzeption - Der Computer als Werkzeug für den Unterricht. Endbericht des Modellversuchs "Computereinsatz im Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe", Band I, Universität Bremen 1991, (polykop., 94 S.) (1991)

Last change: 12.11.2017