Physikdidaktik | Methoden und Inhalte.

Vorwort zur 4. Auflage
Inhaltsverzeichnis
Autorenverzeichnis
1 Empirische Forschung in der Physikdidaktik
	1.1  Grundlagen empirischer Forschung
	1.2  Das Untersuchungsfeld der Didaktik der Physik
	1.3  Theorie und Evidenz
	1.4  Kriterien der Glaubwürdigkeit
		1.4.1  Objektivität
		1.4.2  Reliabilität
		1.4.3  Validität
		1.4.4  Signifikanz
		1.4.5  Relevanz und Effektstärke
	1.5  Das Untersuchungsdesign und die Stichprobe
		1.5.1  Deskription und Korrelation – über internationale Vergleichstests
		1.5.2  Intervention und Kausalität – experimentelle und quasi-experimentelle Forschung
		1.5.3  Längsschnitt und Quasi-Längsschnitt
		1.5.4  Zur Auswahl der Stichprobe
	1.6  Analyse von Unterricht
	1.7  Unterrichtsvideografie
	1.8  Abschließende Bemerkungen
	Literatur
2 Qualitative Forschung in den naturwissenschaftlichen Fachdidaktiken
	2.1  Planung eines qualitativen Forschungsprojektes – ein erster Überblick
	2.2  Erster Schritt: Theoretische Fundierung eines Forschungsprojektes
	2.3  Zweiter Schritt: Datenerhebung
		2.3.1  Festlegung des Samples
		2.3.2  Festlegung der Datenerhebungsmethode
		2.3.3  Festlegung der technischen Unterstützung
	2.4  Dritter Schritt: Datenauswertung
		2.4.1  Festlegung der Datenauswertungsmethode
		2.4.2  Festlegung der technischen Unterstützung
	2.5  Allgemeines zur Dateninterpretation
	2.6  Überprüfung der Gütekriterien
	2.7  Fazit
	Literatur
3 Aus- und Fortbildung von Physiklehrerinnen und Physiklehrern
	3.1  Lehrerausbildung
		3.1.1  Besonderheiten in der Lehrerausbildung in der Bundesrepublik Deutschland
		3.1.2  Die Vereinbarung von Bologna: Bachelor und Master
		3.1.3  Lehrerausbildung und Unterrichtskompetenz
		3.1.4  Reform der Studieninhalte
		3.1.5  Schulpraktische Studien
		3.1.6  Die zweite Phase der Lehrerbildung
	3.2  Lehrerfortbildung
		3.2.1  Lernen im Beruf
		3.2.2  Kriterien für erfolgreiche Lehrerfortbildung
		3.2.3  Bundesweite Fortbildungsprogramme
		3.2.4  Regionale Lehrerfortbildung
		3.2.5  Schulinterne Lehrerfortbildung
		3.2.6  Unterrichtsvideos in der Lehrerausbildung
	3.3  Zusammenfassung und Ausblick
	Literatur
4 Kompetenzen und Anforderungen an Lehrkräfte
	4.1  Professionskompetenz
		4.1.1  Motivationale Orientierungen
		4.1.2  Selbstregulative Fähigkeiten
			Umgang mit persönlichen Ressourcen
			Lernstrategien
		4.1.3  Überzeugungen und Werthaltungen
			Unterricht, subjektive Theorien und Reflexion
			Überzeugungen von Physiklehrkräften
	4.2  Professionswissen
		4.2.1  Fachwissen
		4.2.2  Fachdidaktisches Wissen
		4.2.3  Zusammenhang zwischen Fachwissen, fachdidaktischem Wissen und Unterricht
		4.2.4  Pädagogisches Wissen
	4.3  Fazit
	Ergänzende Literatur
	Literatur
5 Schülerlabore
	5.1  Labore als außerschulische Lernorte: Erfolgsgeschichte einer Bildungsinnovation
	5.2  Komplexe Lernumgebung: Einheit in der Vielfalt von Schülerlaborkonzepten
		5.2.1  Gemeinsame Ziele und Gestaltungsmerkmale
		5.2.2  Fachspezifische Differenzierungen der Angebote
		5.2.3  Schülerlabore – ein deutsches Phänomen?
		5.2.4  Begriffsklärung und Kategorien von Schülerlaboren
	5.3  Schülerlabore in der Praxis
		5.3.1  Lernen im klassischen Schülerlabor
		5.3.2  Forschen im Schülerforschungszentrum
		5.3.3  Lehren und Lernen im Lehr-Lern-Labor
		5.3.4  Das DLR_School_Lab Oberpfaffenhofen – ein besonderer außerschulischer Lernort
	5.4  Wirkungsforschung: Die kontraintuitive Effektivität der Laboraktivitäten
	5.5  Folgerungen für modernen Physikunterricht: Eine Renaissance des erfahrungsbasierten Lernens?
		5.5.1  Experimente als Werkzeuge und Flügel des Geistes
		5.5.2  Lernen durch Experimentieren: Ist-Zustand
		5.5.3  Gestaltung von Laborprojekten: Gelingenskriterien für forschendes Lernen
		5.5.4  Forschend lernen: Unterrichtsmuster verändern
	5.6  Die Hefe im Teig: Brauchen wir auch künftig Schülerlabore?
	Literatur
6 Nature of Science – Über die Natur der Naturwissenschaften lernen
	6.1  Über die Natur der Naturwissenschaften lernen – Ziele und Inhalte
		6.1.1  Naturwissenschaften und Wirklichkeit
			Erkenntnistheoretische Probleme
			Naturwissenschaftsdidaktische Auffassungen und Ziele
		6.1.2  Was sind Naturwissenschaften?
			Wissenschaftstheoretische Aspekte
			Wissenschaftstheoretische Inhalte und Ziele
		6.1.3  Technik- und wissenschaftsethische Aspekte
			Technik und Technikfolgen
			Technik- und wissenschaftsethische Leitideen
	6.2  Standardmethoden der Naturwissenschaften
		6.2.1  Zur induktiven Methode
		6.2.2  Zur hypothetisch-deduktiven Methode
		6.2.3  Naturwissenschaften als abstrakte und historische Tradition
	6.3  Theoriebildung in der Physik – Modellbildung im Physikunterricht
		6.3.1  Über Theoriebildung in der Physik
		6.3.2  Über Modellbildung im Physikunterricht
		6.3.3  Anmerkungen zur Bedeutung von Experimenten in der Physik und im Physikunterricht
	6.4  Über die Natur der Naturwissenschaften lernen
		6.4.1  Ansichten über die Natur der Naturwissenschaften
		6.4.2  Warum NOS im Unterricht thematisieren?
		6.4.3  Inadäquate Ansichten über NOS
		6.4.4  Adäquate Ansichten über NOS
		6.4.5  Warum es schwierig ist, von eindeutig adäquaten Ansichten zu sprechen
		6.4.6  NOS im Unterricht vermitteln
		6.4.7  Zusammenfassung
	Literatur
7 Quantenphysik
	7.1  Vorbemerkungen
	7.2  Experimente der Quantenphysik
		7.2.1  Experimente, die mit Quantelung erklärt werden können
		7.2.2  Experimente, die man stochastisch beschreibt
		7.2.3  Experimente, die man mit Interferenz erklärt
		7.2.4  Experimente zum Komplementaritätsprinzip
	7.3  Vorstellungen zur Quantenphysik
		7.3.1  Quantenobjekte als kleine Kügelchen
		7.3.2  Quantenobjekte als Wellen
		7.3.3  Welle oder Kügelchen, je nach Experiment
		7.3.4  Etwas verteiltes Stoffliches
		7.3.5  Die Kopenhagener Interpretation
		7.3.6  Unbestimmtheit und Schrödingers Katze
		7.3.7  Zur Nichtlokalität
	7.4  Formalismen für Vorhersagen
		7.4.1  Ein verbaler Formalismus für Interferenz und Komplementarität
		7.4.2  Der Zeigerformalismus
		7.4.3  Der Formalismus mit den Wahrscheinlichkeitspaketen
		7.4.4  Lösen der stationären Schrödinger-Gleichung
	7.5  Abschließende Bemerkungen
	Literatur
8 Elementarteilchenphysik in der Schule
	8.1  Elementarteilchenphysik im Überblick
		8.1.1  Experimentelle Methoden
		8.1.2  Die Materiebausteine des Standardmodells
		8.1.3  Die fundamentalen Kräfte im Standardmodell
		8.1.4  Die Entdeckung des Higgs-Bosons
		8.1.5  Neutrinos
		8.1.6  Verletzung der CP-Symmetrie
		8.1.7  Existenz von Dunkler Materie
	8.2  Inhalte für den Unterricht
	8.3  Erkenntnismethoden und experimentelle Herausforderungen der Teilchenphysik
		8.3.1  Teilchenbeschleuniger
		8.3.2  Detektoren
	8.4  Feynman-Diagramme als spezielle Beschreibung in der Teilchenphysik
	8.5  Ausgewählte Beispiele für den Unterricht
		8.5.1  Beschleunigerexperimente und das „Prinzip des Sehens“
		8.5.2  Auswahl von Ereignissen
	Weiterführende Literatur
9 Astronomie im Unterricht
	9.1  Wissensstand in der Astronomie
	9.2  Offene Fragen in Astronomie und Kosmologie
	9.3  Für den Unterricht
	9.4  Erkenntnismethoden der Astronomie
	9.5  Spezielle Beschreibungs- und Darstellungsweisen in der Astronomie
		9.5.1  Das Hertzsprung-Russell-Diagramm
		9.5.2  Die Himmelskarte
		9.5.3  Falschfarbenfoto aus der Röntgenastronomie
	9.6  Ein ausgewähltes Beispiel für den Unterricht: Helligkeit und Distanzmessung
	Weiterführende Literatur
10 Chaos und Strukturbildung
	10.1  Deterministisch und unvorhersagbar
	10.2  Chaotische Schwingungen
		10.2.1  Das exzentrische Drehpendel
		10.2.2  Das chaotische Überschlagspendel
		10.2.3  Der chaotische Prellball
		10.2.4  Elektromagnetische Schwinger
		10.2.5  Chaotisches Wasserrad
		10.2.6  Der tropfende Wasserhahn
	10.3  Dissipative Strukturen
		10.3.1  Bénardkonvektion als dissipative Struktur
		10.3.2  Sand als dissipative Struktur
		10.3.3  Dissipative Strukturbildung bei der Entstehung von Flussnetzwerken
	10.4  Fraktale
		10.4.1  Elemente der fraktalen Geometrie
		10.4.2  Fraktale als physikalische Objekte
		10.4.3  Fraktale als nichtlineare Systeme
		10.4.4  Fraktale als Thema des Physikunterrichts
	10.5  Nichtlineare Physik im Unterricht
	Literatur
11 Wege in die Nanowelt: Skalierungs- und Strukturprinzipien, Werkzeuge der Erkenntnisgewinnung, Modelle und Experimente
	11.1  Mikro, Nano und technologischer Wandel
	11.2  Bilder eines komplexen Nanokosmos
	11.3  Reisen in die Nanowelt: Skalierungen
		11.3.1  Hören in der Zwergenwelt
		11.3.2  Augen für die Zwergenwelt
	11.4  Tastend in die Nanowelt: rastermikroskopische Abbildungsverfahren
		11.4.1  Die Blackbox erkunden und modellieren: Bohrs Spazierstock als Werkzeug der Erkenntnisgewinnung
		11.4.2  Rastertunnelmikroskopie: Prinzip und Nahfeldabbildung im akustischen Modell
		11.4.3  Computergestützte Abtastung und Visualisierung von Messdaten
		11.4.4  Der Sound der Nanowelt: Ein klassisches Modell des Quantenpferchs
	11.5  Rasterkraftmikroskopie: Prinzip und Anwendungen in der Nano-Biophysik
		11.5.1  Funktionsmodelle der Rasterkraftmikroskopie für den Unterricht
		11.5.2  Kraftspektroskopie an Proteinen: komplexe Verwandlungen begreifen
		11.5.3  Strukturbildung bei Gummibändern: Kraftspektroskopie in Aktion
		11.5.4  Nanomechanik in Genetik und Epigenetik: Die Entfaltung von Komplexität und ihre Steuerung
		11.5.5  Nano-Prozesse hören: Das Ohr als natürliches Nanosensorsystem
	11.6  Nano im MINT-Unterricht: Experimentieren, Modellieren, kreative Prozesse anstoßen
	Literatur
12 Biophysik
	12.1  Struktur biologischer Moleküle
		12.1.1  Bausteine des Lebens
		12.1.2  Zwischenmolekulare Kräfte und Reaktionen
		12.1.3  Freie Energie – Leben im Wechselspiel von Enthalpie und Entropie
		12.1.4  Proteine – Maschinen des Lebens
		12.1.5  Proteinfaltung und Konformationsänderungen
	Infobox 12.1: Röntgenbeugung und Proteinkristallografie
	Infobox 12.2: Spektroskopie
	12.2  Biophysik der Zelle
		12.2.1  Membranen
		12.2.2  Filamente und makromolekulare Netze
		12.2.3  Ionentransport durch Membranen
		12.2.4  Ionenkanäle und Pumpen
	Infobox: 12.3: Optische Fluoreszenzmikroskopie
	Infobox 12.4: Elektronenmikroskopie
	Infobox 12.5: Diffusion und Brown’sche Bewegung
	12.3  Molekulare Maschinen
		12.3.1  Enzymatische Reaktionen
		12.3.2  Molekulare Motoren
		12.3.3  Vergleichende Aspekte
	Infobox 12.6: Prinzip einer Laserfalle
	12.4  Hochentwickelte Prozesse
		12.4.1  Nervenleitung (neuronale Signalübertragung)
		12.4.2  Photosynthese
	12.5  Biophysik im Unterricht
		12.5.1  Über Physik und Biologie im Physikunterricht
		12.5.2  Experimente und Analogversuche im Unterricht
		12.5.3  Schwierigkeiten beim Lernen der Biophysik
	12.6  Zusammenfassende Bemerkungen
	Weiterführende Hinweise
13 Die Physik des Klimawandels: Verstehen und Handeln
	13.1  Unsere Erde: Ein ganz besonderer Planet
	13.2  Die Sonne als Motor und Energiequelle
		13.2.1  Wie viel Energie bekommt die Erde von der Sonne?
	13.3  Die Energiebilanz der Erde
		13.3.1  Ein Planet wird bestrahlt
		13.3.2  Die Rolle der Atmosphäre und der Treibhauseffekt
	13.4  Vom Wetter zum Klima
		13.4.1  Der Unterschied zwischen Wetter und Klima
		13.4.2  Das Klimasystem der Erde
		13.4.3  Wetter- und Klimamodelle
	13.5  Der Klimawandel
		13.5.1  Der anthropogene Treibhauseffekt
		13.5.2  Rückkopplung- und Verstärkungseffekte
		13.5.3  Auswirkungen des Klimawandels
	13.6  Klimawandel im Unterricht: Verstehen und Handeln
		13.6.1  Konkretes Handeln: Was tun?
		13.6.2  Übersicht der Kompetenzen zur Physik des Klimawandels: Verstehen und Handeln
	Literatur
14 Gravitationswellen
	14.1  Was sind Gravitationswellen?
	14.2  Doppelsternsysteme
	14.3  Laserinterferometer
	14.4  Durchbruch im Jahr 2015
	14.5  Kollidierende Neutronensterne
	14.6  Ausgewählte Beispiele für den Unterricht
	14.7  Ausblick
	14.8  Quellen und weiterführende Literatur
	Weiterführende Literatur
Stichwortverzeichnis