W1180 Samstag, 28. Oktober 2000, 9:30 Uhr - 11.40 (Pkt. Nr. 6)

Martin Erik Horn & Helmut F. Mikelskis, Universität Potsdam


Entwicklung und Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Holographie mit Untersuchungen von Lernprozessen zur Interferenzoptik

Obwohl holographische Bilder immer öfter im Alltag anzutreffen sind und die Holographie ein anwendungsorientiertes Thema für die Oberstufenoptik darstellt, findet eine Behandlung der Holographie im Physikunterricht derzeit nur selten statt. Deshalb wird im Rahmen der Promotionsarbeit eine Unterrichtsreihe zur Holographie im Umfang von etwa zwölf Schulstunden entwickelt, erprobt und hinsichtlich Lernzuwachs, Motivation der Schülerinnen und Schüler, sowie Praktikabilität evaluiert. Dabei bietet sich die Holographie insbesondere dazu an, Wissen zur Interferenzoptik weiterzuentwickeln /1/.

Im Rahmen des Vortrags werden Voruntersuchungen vorgestellt und die Planung für die Hauptuntersuchung erläutert. Im einzelnen sind dies:
Voruntersuchung zu Schülervorstellungen zur Holographie
Die Schülervorstellungen über Entstehung und Eigenschaften von Hologrammen sind rudimentär und widersprüchlich, wie eine Befragung von Mittelstufenschülern zeigt. Motivierend und prägend wirken vor allem Darstellungen von vermeintlichen holographischen Figuren in Science-Fiction-Filmen.
Schulbuchanalyse
Ausgangspunkt dieser Analyse ist die These, dass die Holographie von Physiklehrerinnen und Physiklehrern nicht nur deshalb als Unterrichtsstoff zurückhaltend aufgegriffen wird, weil sie als schwierig und komplex gilt, sondern auch deshalb, weil die Darstellung in Physikbüchern oft problematisch erscheint oder gänzlich fehlt. Tatsächlich können in den untersuchten Büchern Ansatzpunkte für eine Vielzahl von Misskonzepten im Bereich der Holographie beobachtet werden.
Analyse von Konzepten zur Holographie von Studenten im physikalischen Praktikum für Fortgeschrittene
Im Rahmen des Fortgeschrittenenpraktikums wurden die Teilnehmer vor Durchführung des Versuchs zur Holographie während des üblichen Vorgesprächs zu ihren Vorstellungen zur Holographie befragt. Eine Reihe von Fehlkonzepten kann in von diesen Studenten angefertigten Concept Maps nachgewiesen werden.
Pilotstudie/Erprobung des Unterrichtskonzeptes
Nach Auswertung der Voruntersuchungen wird ein vorläufiges Unterrichtskonzept entwickelt und mit Studenten in Anfangssemestern, die schulähnlich im Klassenverband unterrichtet werden, erprobt. Die Ergebnisse dieser Pilotstudie fließen in eine Überarbeitung des Unterrichtskonzeptes zur Holographie ein.
Ausgangspunkt der entwickelten Unterrichtsreihe ist die Tatsache, dass die Schülerinnen und Schüler mit dem Begriff des Hologramms lediglich eine dreidimensionale Struktur verbinden und diesen Begriff nicht mit Interferenzeffekten in Verbindung bringen. Die Erzeugung von einfachen, frei im Raum schwebenden Bildern mittels Ritzfiguren bietet dabei einen motivierenden und handlungsorientierten Einstieg. Das physikalische Prinzip dieser mechanisch herstellbaren Hologramm-Vorstufe wird in der Literatur /3/ ausführlich beschrieben. Eine didaktische Reduktion auf Reflexion an Hohl- bzw. Wölbspiegeln, die in Plexiglasscheiben eingeritzt werden, sichert ein für Schüler angemessenes Niveau. Der Übergang zu physikalischen Hologrammen kann über die Diskussion von Interferenzeffekten an dünnen Schichten und die Fresnelsche Zonenplatte vollzogen werden /2/.

Hauptuntersuchungspunkte dieser Wirkungsuntersuchung sind dabei die Tragweite moderner experimenteller Zugänge im Spannungsfeld zwischen Compu-

Übersicht über die Zeitplanung
Untersuchungsdesign und Evaluation

tersimulationen und theoretischem Vorgehen, wobei die Erschließungsmächtigkeit der gängigen Modellbildungen (Strahlenmodell, Wellenmodell, Zeigermdell, Teilchenmodell) und deren kognitive Wechselwirkungen im Lernprozess analysiert werden. Ein entsprechendes Simulationsprogramm ist in Vorbereitung. Die Unterrichtsreihe wird im Schuljahr 2000/2001 an Brandenburger Gymnasien in der Hauptuntersuchung evaluiert. Untersuchungsinstrumente sind dabei die Erstellung von Vor- und Nachtests, von Concept Maps, Videographie sowie Einzelinterviews. In einer Kontrolluntersuchung sechs Monate nach Durchführung der Unterrichtsreihe werden mittels eines weiteren Tests der längerfristige Wissenserwerb untersucht.

Literatur:
/1/ Martin E. Horn, Helmut F. Mikelskis: "Holographie" als Thema im Physikunterricht,
in: Renate Brechel (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie, Band 20, Vorträge der GDCP-Jahrestagung in München 1999, Seite 352 - 354, Alsbach 2000.
/2/ Martin E. Horn, Helmut F. Mikelskis: Probleme beim Erlernen der Holographie, Verh. d. DPG, Bd. 35 (2000), S. 180
und Tagungs-CD der DPG-Frühjahrstagung in Dresden 2000.
/3/ William T. Plummer, Leo R. Gardner: A mechanically generated hologram? Applied Optics, Vol. 31, No. 31/1992, p. 6585-6588.



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