Physical modeling with dynamic models
Description
In science teaching, hypothesis-based experimentation requires that learners have a basic idea of the relationships they are investigating. In the teaching structure called physical modelling, working with a dynamic model is intended to close the gap between a scientific question and a hypothesis that can be tested in an experiment. The implementation of the concept derived from epistemological considerations is analysed in an exploratory study in a mixed methods design in which N = 41 student teachers use GeoGebra models to prepare for an experiment in an undergraduate optics laboratory course. Video recordings are used to identify factors and behavioural patterns of working with a dynamic model. These characteristics are examined for connections with the quality and quantity of the formulated hypotheses as well as the actions in the experiment depending on individual learning preconditions. The data shows that the formulation of complex hypotheses and their testing in an experiment occur after thorough work with the dynamic model. As a result, design recommendations for dynamic models are derived, which are supposed to enable a targeted investigation of the modelled system. These recommendations are implemented in a teaching concept for optics, which includes the modelling of optical phenomena and the verification of model statements through experiments.
Abstract (German)
Im naturwissenschaftlichen Unterricht setzt hypothesengeleitetes Experimentieren bei den Lernenden eine Grundvorstellung über die untersuchten Zusammenhänge voraus. Die Arbeit mit einem dynamischen Modell soll im didaktischen Konzept der physikalischen Modellbildung die Lücke zwischen einer naturwissenschaftlichen Fragestellung und einer im Experiment überprüfbaren Hypothese schließen. Die Anwendung des aus erkenntnistheoretischen Überlegungen abgeleiteten Konzepts wird in einer explorativen Studie im Mixed-Methods-Design analysiert, in der sich N = 41 Lehramtsstudierende mit GeoGebra-Modellen auf ein Experiment im Praktikum der Optik vorbereiten. Anhand von Videoaufnahmen werden Faktoren und Verhaltensmuster der Arbeit mit einem dynamischen Modell identifiziert. Diese Merkmale werden in Abhängigkeit individueller Lernvoraussetzungen auf Zusammenhänge mit der Qualität und Quantität der formulierten Hypothesen sowie den Handlungen im Experiment untersucht. Aus den Daten wird ersichtlich, dass die Formulierung komplexer Hypothesen und ihre Überprüfung in einem Experiment erst bei gründlicher Arbeit mit dem dynamischen Modell erfolgt. Als Ergebnis werden Gestaltungsempfehlungen für dynamische Modelle abgeleitet, die eine zielgerichtete Untersuchung des modellierten Systems ermöglichen. Sie werden in einem Unterrichtskonzept für die Optik umgesetzt, das sich durch die Modellierung optischer Phänomene und die Überprüfung der Modellaussagen in Experimenten auszeichnet.Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Physikalische Modellbildung mit dynamischen Modellen
Identifiers
- DOI
- 10.30819/5710;
Publishing Information
- Publisher
- Logos
- Imprint Place
- Berlin (Germany)
- ISBN
- 978-3-8325-5710-2
- Imprint Pagination
- 366 p.
- Journal Volume
- 364
- Series
- Studien zum Physik- und Chemielernen
- ISSN
- 1614-8967
- University
- Goethe University Frankfurt
- Degree
- PhD
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 55078091
- Subject category
- S96: KNOWLEDGE MANAGEMENT AND PRESERVATION;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- EDUCATION; LEARNING; SIMULATION