Physikalisches Kolloquium 2017

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Stuttgart

Elektromobilität - Mathematisierung - Digitalisierung

Beim Physikalischen Kolloquium am 1. Dezember 2017 wurden von PARS zahlreiche aktive Kolleginnen und Kollegen, interessierte Pensionäre, Studenten und Abiturienten, aus dem ganzen Land begrüßt. Die Veranstaltung fand wieder im Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart-Büsnau statt. Für die freundliche und hervorragende Unterstützung möchten wir uns bei Herrn Prof. Dr. von Klitzing, Herrn Dr. Eppard und den Mitarbeitern des MPI herzlich bedanken.

Eröffnung des Physikalischen Kolloquiums durch Professor Dr. Klaus von Klitzing


Die diesjährigen Vorträge waren aus den Bereichen „Elektromobilität“, „Bedeutung von Mathe im Physikunterricht“ und „Digitalisierung“. Frau Prof.'in Dr. Nejila Parspour von der Uni Stuttgart, Frau Prof.'in Dr. Gesche Pospiech von der TU Dresden und Herr Prof. Dr. Jochen Kuhn von der TU Kaiserslautern haben freundlicherweise ihre Vorträge zur Verfügung gestellt, welche im Download-Bereich verfügbar sind.

In den Vortragspausen hatten die Teilnehmer die Möglichkeit eine Lehrmittelausstellung mit umfangreichen Unterrichtsmaterialien von der Lehrmittelfirma Leybold Didaktik, vom Schulbuch Verlag Cornelsen und dem Science-Center Experimenta zu besuchen.

Mit dem physikalischen Kolloquium werden den Physiklehrer/innen die Möglichkeit geboten, durch fachwissenschaftliche Expertenvorträge einen Einblick in aktuelle Forschungsarbeiten zu erhalten. Die Lehrkräfte erhalten Impulse für den Schulunterricht, welche an die Schülerinnen und Schüler weitergeben werden und dadurch die MINT-Kompetenzen fördern können.

Die Schulfächer Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) sind die Grundlage zahlreicher moderner Berufsbilder. Sie bilden auch eine Plattform für die Teilhabe an unserer von Wissenschaft und Technik geprägten Welt. Um die Schülerinnen und Schüler für die duale Berufsausbildung und für das Studium an den Universitäten vorzubereiten, werden MINT-Qualifikationen im naturwissenschaftlichen Unterricht gefördert. Kooperationen und Schnittstellen ermöglichen den Informationsaustausch zwischen Schulen und weiterführenden Ausbildungseinrichtungen.

Neben der individuellen Förderung, der Inklusion und der Digitalisierung hat die Kompetenzorientierung eine äußerst zentrale Bedeutung in unserem Bildungseinrichtungen. Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung führen zum Erwerb der Fachkompetenz bei unseren Schülerinnen und Schülern.

Der Physikunterricht leistet wesentliche Beiträge zum Handlungs- und Orientierungswissen. Die Physik bildet nicht nur die Grundlage für technische und medizinische Entwicklungen, sondern sie prägt in vielerlei Hinsicht unser Leben in einer hochtechnisierten Gesellschaft. Technische Entwicklungen bergen neben Chancen auch Risiken mit teilweise weitreichenden Folgen für Umwelt und Gesellschaft. Es gilt, diese im Fach Physik zu erkennen und zu bewerten (Bewertungskompetenzen). In der natürlichen Umwelt finden sich vielfältige Phänomene, welche durch naturgesetzliche Zusammenhänge erklärbar sind (Erkenntnisgewinnung). Ebenso gibt es Dinge, die mit den menschlichen Sinnen nicht unmittelbar wahrnehmbar sind wie beispielsweise elektrische Ladungen, Felder, Atome, Quanten) und die erst durch die Physik zugänglich werden (Sachkompetenz).

Von besonderer Bedeutung sind die Erkenntnisse der Modernen Physik. Umwälzende Entdeckungen seit Beginn des 20. Jahrhunderts haben das Weltbild der Physik – und in der Folge die Sicht des Menschen auf die Welt dramatisch verändert. Die Grundzüge dieser revolutionären Veränderungen mit ihren Folgen für das Selbstverständnis des Menschen und für unseren von den technischen Errungenschaften geprägten Alltag zu kennen und zu diskutieren, gehört im 21. Jahrhundert zur Allgemeinbildung (Kommunikationskompetenz). Diese 4 Kompetenzbereich führen zur Entwicklung der Fachkompetenz.

Eine der zentralen Begriffe jeder Pädagogik ist die „Motivation". Die stärkste Motivationsquelle geht von Sachverhalten, Gegenständen und vor allem Menschen in unserer täglichen Umwelt aus. Aber es bedarf hierzu immer einer anregenden und vermittelnden Person, in diesem Fall einer Lehrerpersönlichkeit. Was vermittelt werden muss, ist die Faszination des Lernens, die identisch ist mit der Faszination des Lebens. Und es ist Aufgabe der Lehrerin und des Lehrers, das hinzukriegen. Durch Vorbild und die Fähigkeit, die Schülerinnen und Schüler zu begeistern und zu befähigen.

Dazu ist es notwendig, die Schule vom Lernenden aus neu zu denken und seine Bedürfnisse wahrzunehmen. Und es muss eine Entscheidung getroffen werden, was die Schülerinnen und Schüler wirklich benötigen, damit sie die heutige Welt verstehen und sie mitgestalten und mit verantworten können. Das ist eine faszinierende Aufgabe und Herausforderung! Wenn die Schule gelingt, kann auch das Leben gelingen!


Kontaktlose Energieübertragung - Funktionsprinzip und Stand der Technik

Prof.'in Dr. Nejila Parspour, Institut für Elektrische Energiewandlung, Universität Stuttgart

Dieser Beitrag handelt vom kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen. Es werden die physikalischen Prinzipien der kontaktlosen Energieübertragung beschrieben, ein Überblick über die existierenden Systeme gegeben und die aktuellsten Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet vorgestellt. Elektromobilität in Kombination mit den regenerativen Energiequellen stellt eine vielversprechende Alternative dar, um die wachsende Mobilität von Personen und Gütern ressourcen- und umweltschonend zu gestalten. Zurzeit werden Elektrofahrzeuge stark gefördert. Damit sie auch ausreichend Akzeptanz in der Bevölkerung finden, dürfen sie gegenüber konventionellen Fahrzeugen keine wesentlichen Nachteile hinsichtlich Reichweite, Komfort und Handhabbarkeit haben. Kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen trägt zum Erreichen dieses Ziels bei.

Induktive Ladesysteme weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Zu erwähnen sind insbesondere Ladekomfort, Zeitgewinn, Erhöhung der Reichweite und geringe Infrastrukturkosten. Das Fahrzeug kann automatisch und ohne Mitwirkung des Fahrers geladen werden, was vor allem bei Schnee und Regen von Bedeutung ist. Durch das automatische Laden an jedem Parkplatz, jeder Ampel oder jedem Straßenabschnitt wird die zur Verfügung stehende Reichweite erhöht. Induktive Ladestationen sind nicht teurer als konventionelle Ladestationen mit Kabeln, haben keinen zusätzlichen Platzbedarf und sind geschützt vor Vandalismus und wartungsarm.


Mathematik im Physikunterricht - Warum? Wie? Wozu?

Prof.'in Dr. Gesche Pospiech, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften - Didaktik der Physik, TU Dresden

Mathematik ist für die Beschreibung physikalischer Prozesse unabdingbar. Jedoch zeigen zahlreiche Untersuchungen, dass sowohl Schüler aller Altersstufen als auch Studierende Probleme haben, mathematische Konstrukte verständnisvoll anzuwenden. Oft überwiegt ein algorithmischer Ansatz, der technische Aspekte in den Vordergrund rückt. Demgegenüber tritt die Rolle der Mathematik als Kommunikationswerkzeug oder als strukturgebende Instanz in den Hintergrund, während gerade diese Funktionen zentral für die Physik als Wissenschaft sind. Dabei wird oft übersehen, dass der Transfer mathematischer Kenntnisse in die Physik nicht direkt möglich ist, sondern immer eine zusätzliche semantische Ebene explizit berücksichtigt werden muss.

Entsprechend zeigen unsere Untersuchungen typische Schwierigkeiten in dem Transferprozess von der Physik in die mathematische Beschreibung.

In dem Vortrag werden diese Probleme beschrieben und mögliche Lösungsansätze vorgestellt, die die Mathematisierung für die Physik und im Physikunterricht sinnhaft machen.


Smartphones, Tablets & Co. als mobile Mini-Labore im Physikunterricht

Prof. Dr. Jochen Kuhn, Fachbereich Physik/Didaktik der Physik, TU Kaiserslautern

Smartphone und Tablet-PC gehören mittlerweile zum alltäglichen Werkzeug speziell der jungen Generation. Neben den teils bekannten negativen Effekten dieser Geräte in der Schule wird mittlerweile auch zusehends erkannt, dass deren technische Entwicklung und der alltägliche Umgang der Lernenden mit diesen Medien den Unterricht auch bereichern können. So stellen solche Geräte kleine, mobile Messlabore dar, die mit den vielfältig integrierten Sensoren unübersichtliche Versuchsapparaturen ersetzen können und den Lernenden aus ihrem Alltag gut vertraut sind. Der Vortrag stellt zunächst den physikdidaktischen und lernpsychologischen Rahmen dar, in dem der Einsatz zum Lehren und Lernen mit Smartphone und Tablet-PC – auch als Experimentiermedium – eingebettet werden kann.

Einen Schwerpunkt bildet dann anschließend die Präsentation ausgewählter Beispiele und Einsatzszenarien in verschiedenen Themenbereichen des Physikunterrichts. Neben Konzepten werden auch erste Untersuchungsergebnisse von Studien zur Implementation dieser mobilen Medien in Physikunterricht, -studium und -lehrerbildung diskutiert. Abschließend erfolgt ein Blick in die Zukunft: Mit welchen Technologien wird in Zukunft in Schule, Studium und Lehrerbildung gelehrt und gelernt werden und wie könnten diesbezüglich Lehr-Lern-Konzepte gestaltet sein?