Achtung:

Sie haben Javascript deaktiviert!
Sie haben versucht eine Funktion zu nutzen, die nur mit Javascript möglich ist. Um sämtliche Funktionalitäten unserer Internetseite zu nutzen, aktivieren Sie bitte Javascript in Ihrem Browser.

Idee und Konzept des Paderborner Physik Praktikums

Die Anfänge der Physikalischen Praktika

Als Friedrich Kohlrausch 1860 die ersten „praktischen Übungen“ entwickelte, um seine Studenten an das wissenschaftliche Experimentieren heranzuführen, hatte er folgende Philosophie: „Der thunlichst weite Spielraum (…) soll dem Arbeitenden das notwendige Maß geistiger Selbstthätigkeit (…) bewahren. Nicht die nach einem Schema ausgeführte Aufgabe ist das, was einen Wert besitzt, sondern das geistige Eigentum, welches der Arbeitende bei der Ausführung erwirbt (Kohlrausch 1900).

Etwa 80 Jahre später „optimierte“ Wilhelm Westphal das Praktikum für den beginnenden Massenbetrieb an den Universitäten und konzipierte Versuche mit fertigen Aufbauten samt präzisen Anleitungen und Musterlösung. Die Entwicklung experimenteller Fähigkeiten und das „wissenschaftliche Denken“, für Kohlrausch „der Hauptzweck des Praktikums“, traten in den Hintergrund. Bei der Durchführung der Versuche wird im Wesentlichen nicht experimentiert, sondern ein "Strickmuster" abgearbeitet. Empirische Studien bestätigen, dass sich die Studierenden den größten Teil der Praktikumszeit mit der Aufnahme von Messwerten beschäftigen. Die Durchführung der Versuche erfolgt kaum theorie- oder fragengeleitet bzw. reflektiert (Haller 1999). Eine strukturierte Diskussion oder Reflexion der verwendeten Methode, der erhobenen Messdaten bzw. der errechneten Ergebnisse erfolgt in den Praktikumsgruppen in der Regel nicht, obwohl diese Aspekte eine zentrale Stellung in der wissenschaftlichen Forschung einnehmen.

Das Paderborner Modell

Das Paderborner Physik Praktikum verfolgt das Ziel, die experimentellen Kompetenzen, die ein Experimentalphysiker für seine Forschung benötigt, vom ersten Semester an strukturiert und aufeinander aufbauend mit dennoch freien Aufgabenstellungen zu fördern. Zu den experimentellen Kompetenzen zählen das Entwickeln der Fragestellung, das Planen und Dimensionieren des Versuchs, das Aufbauen des Experiments, das Testen und Optimieren, das Erfassen der Messwerte, die Auswertung der Messung, das Interpretieren der Ergebnisse und das Reflektieren des Experiments sowie die obligatorische Problemerkennungs- und Problemlösefähigkeit. Gleichzeitig sollen die Kommunikations- (z.B. Beurteilen und Diskutieren), Sozial- (u.a. Kooperationsfähigkeit und aufmerksames Zuhören) und Selbstkompetenzen (Zeitmanagement, Selbstständigkeit, Konzentrationsfähigkeit) der Studierenden systematisch entwickelt werden. Die Studierenden sollen im Verlauf der fünf Semester ein "Gefühl für die Physik" entwickeln. Dieses "Gefühl", verbunden mit der Begeisterung für ihr Fach, bilden die Basis für eine erfolgreiche Berufslaufbahn als Physiker in der Universität oder Industrie.

Struktur der Praktika

Das Paderborner Physik Praktikum 3P erstreckt sich über fünf Semester. Die einzelnen Abschnitte sind so konzipiert, dass anhand spezieller Experimente die Kompetenzfacetten zunächst separat und später integriert gefördert werden. Während im ersten Semester noch sehr einfache Aufgaben zu Planung oder Optimierung von Aufbauten bewältigt werden müssen, werden bereits im zweiten Semester Messgeräte gebaut, um sie im nächsten Schritt tatsächlich zu verwenden. Gleichzeitig nimmt in den fünf Semestern das Anforderungsniveau der Experimente und damit die Komplexität der einzelnen Facetten zu. In den letzten beiden Praktikumssemestern kommen alle systematisch erlernten Kompetenzen zur Anwendung. Es wird frei experimentiert, d.h. die Experimente werden selbst geplant, aufgebaut, optimiert und zur Aufnahme von Messwerten verwendet. 

Einführungsvorlesung mit ersten Übungsexperimenten

Fünf 90minütige Vorlesungen zu Beginn des ersten Semesters dienen dazu, das Grundwissen für das strukturierte Experimentieren, die Aufnahme von Messwerten, ihre Auswertung und Diskussion sowie das Schreiben einer ersten Veröffentlichung in Form eines Berichts zu vermitteln. Im Anschluss an jede Vorlesung werden in Präsenz-Übungen die Inhalte mit einer konkreten Aufgabenstellung angewendet und vertieft. Im Anschluss an die fünfte Vorlesung schreiben die Studierenden ihren ersten Praktikumsbericht aus den in den Präsenzübungen erarbeiteten Bausteinen.

Ablauf eines Praktikumstages

Die Praktikumstage gliedern sich in alternierend aufeinander aufbauende Diskussions- und Experimentierphasen. Drei Zweierteams entwickeln, optimieren oder verwenden verschiedene Experimente zu einem gemeinsamen Oberthema (Inhalt und Kompetenzfacette betreffend). Alle sechs Studierenden diskutieren gemeinsam in moderierten Gesprächsrunden ausgewählte Gesichtspunkte zu den Experimenten.

Diskussionsrunden

In den typischerweise drei Diskussionsrunden eines Praktikumstages lernen die Studierenden, sich fundiert und präzise auszutauschen. Es werden die Experimentierphasen vor- und nachbereitet und Theorie und Praxis vor dem Hintergrund der konkreten Aufgabenstellung gedanklich und sprachlich verknüpft. Die Studierenden lernen voneinander und durch das Vorbild des Betreuenden die Fachsprache der Physik und das kategoriengeleitete Diskutieren z.B. über den Vergleich unterschiedlicher Messmethoden oder die Ursache von Messfehlern.

Experimentierphasen

An jedem Praktikumstag beschäftigen sich die Studierenden mit verschiedenen experimentellen Aufbauten und nähern sich so dem Oberthema auf unterschiedliche Weise. Sie verknüpfen ihr fachliches und prozedurales Wissen mit ihren experimentellen Fertigkeiten und entwickeln so ihre experimentelle Kompetenz. Als Team arbeiten sie gemeinsam, müssen ihr Vorgehen und ihre Tätigkeiten aufeinander abstimmen und arbeiten an ihren Selbst- und Sozialkompetenzen.

Materialien

Den Studierenden werden Anleitungen und Materialien, Messgeräte u.ä. zum Experimentieren zur Verfügung gestellt. Es gibt typischerweise keine fertig aufgebauten Versuche. Die Anleitungen führen kurz ins Thema ein und enthalten knapp und präzise formulierte Aufgaben. Im ersten Semester finden sich in den Anleitungen eine Liste der sinnvollerweise zu verwendenden Materialien. Bereits für die etwas komplexeren Versuche im zweiten Semester entscheiden die Studierenden selbst, mit welchen Materialien sie die gestellten Aufgaben bewältigen wollen. Außerdem werden zur Vorbereitung und/oder  Auswertung der Versuche elearning-Elemente zur Verfügung gestellt, z.B. Video-Tutorials, die in relevante Themen wie z.B. das Anfitten von komplizierten Funktionen einführen.

Betreuung

Eine zentrale Rolle kommt in diesem Konzept den Praktikumsbetreuern zu: Sie sind Experten, Vorbilder und Botschafter ihres Fachs, die die Begeisterung der Studierenden für die Physik wesentlich mitgestalten. Sie haben die Aufgabe, den selbstgesteuerten Lernprozess der Studierenden zu begleiten, zu fördern und zu lenken. Sowohl in den Diskussionsrunden als auch in den Experimentierphasen setzen die Betreuer individuell auf die Kompetenzstufen der Studierenden zugeschnittene inhaltliche Impulse bzw. formulieren den Prozess moderierende Fragen anstatt Lösungen vorzugeben oder direkt auf Fehler hinzuweisen. Darüber hinaus beobachten und bewerten die Betreuer die Kompetenz der Studierenden  und geben ein konstruktives Feedback geben.

Betreuerworkshop

Das in diesem Konzept breite Aufgabenspektrum der Betreuer erfordert eine umfassende Schulung. Im Rahmen eines viertägigen Workshops, geleitet durch ein interdisziplinäres Dozententeam, erarbeiten die Teilnehmenden rezeptiv bzw. aktiv das grundlegende Handwerkszeug für die Moderation der Praktikums-Tage und die Lernbegleitung in den Experimentierphasen, wenden es in praktischen Übungen an und reflektieren das eigene Handeln. Die Teilnehmenden bringen ihr Vorwissen und ihre Professionalität  in den strukturierten Lernprozess ein, entwickeln vorhandene Kompetenzen weiter bzw. bilden neue aus.
Die ziel- und anwendungsorientierte Verknüpfung von Physik und Lehr-Lern-Theorie gewährleistet das interdisziplinäre Team von Fachphysiker und Pädagogin. Der Workshop wird in Kooperation mit der Stabsstelle Bildungsinnovationen und Hochschuldidaktik der Universität Paderborn angeboten sowie im hochschuldidaktischen Weiterbildungsprogramm „Professionelle Lehrkompetenz für die Hochschule“ in NRW angerechnet.

Evaluation

Der Kompetenzerwerb im Paderborner Physik Praktikum 3P wird im Rahmen einer wissenschaftlichen Evaluation erforscht. Kompetenz wird dabei definiert als die Verknüpfung von inhaltlichem und prozeduralem Wissen, dass sich in einer tatsächlichen Handlung oder einem Sprechakt manifestiert. Die Untersuchung erfolgt mittels Wissenstests, Beobachtungen und Materialanalysen sowie durch Befragungen mit Fragebögen und Interviews. Im Fokus der Untersuchungen steht die Entwicklung der experimentellen und sprachlichen Kompetenzen der Studierenden.

Die Universität der Informationsgesellschaft