Forschungsgebiete:

Lernzyklen im Naturwissenschaftsunterricht
(mit Franz Riffert, Uni Salzburg; Josef Kriegseisen, PH Salzburg; Gerda Hagenauer, Uni Bern)

Bei dem vorliegenden Projekt geht es um die wissenschaftliche Überprüfung der Effektivität und Effizienz des sogenannten Learning cycle (Lernzyklen) Unterrichtsansatzes in naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern (Physik& Chemie) bei SchülerInnen im Alter zwischen 12 und 14 Jahren.
Konkret soll überprüft werden, ob der Lernzyklenansatz
(1) zu einer Verbesserung der 'Science-Reasoning-Fähigkeit' (=wissenschaftliches problemlösen) von Schülerinnen beitragen kann, die als wesentliche Teilkompetenz der naturwissenschaftlichen Kompetenz verstanden wird. Hierzu werden die Science Reasoning Tasks von Shayer & Wylam (1980) eingesetzt.
(2) zu einem verbesserten Verständnis der Natur der Naturwissenschaften und der naturwissenschaftlichen Methoden beiträgt.
(3) zu einer Verbesserung von wünschenswerten emotional-motivationalen SchülerInnenmerkmalen, wie Selbstwirksamkeit, Interesse und Lernmotivation führt, welche ihrerseits wiederum einen positiven Einfluss auf das Unterrichtsverhalten und in der Folge auf die Leistung der Schülerinnen haben sollte (vgl. Helmke 2012). Zur Überprüfung dieser Fragestellungen werden Begleitfragebögen eingesetzt, welche überwiegend aus bewährten Messinstrumenten der empirischen Bildungsforschung bestehen. Diese Faktoren werden sowohl situativ, als auch im Sinne zeitüberdauernder Traits erhoben.

Um die Fragestellungen dieser Studie zu beantworten, wird quasi-experimentelles Design mit Prä-Post-Messung gewählt (Zeitraum: 2 Schuljahre 2014/2015 & 2015/2016). (Ein Randomized Control Trial ist aus ethischen und schulorganisatorischen Gründen nicht möglich.
An der Studie partizipieren sieben Lehrerinnen an NMS der Jahrgangsstufen 6 bis 8. aus sieben NMS (Neue Mittelsschule). Die Teilnahme der Schülerinnen und Lehrerinnen erfolgt freiwillig; die Durchführung der Studie ist mit dem Landesschulrat für Salzburg akkordiert und eine Genehmigung liegt vor.
Um die Treatmentvalidität abzusichern wurden im Vorfeld der Studie zwei Workshops zum Thema 'Learning Cycles' durchgeführt; darüberhinaus wird der Unterricht durch entsprechende Fortbildungsveranstaltungen vom Forscherteam begleitet. Außerdem wird die Treatmentvalidität formativ evaluiert indem während der Untersuchung laufend entsprechende Kurzfragebögen eingesetzt werden.

Verständnis und Anwendung von Formeln im Physikunterricht und –studium
(mit Rainer Müller, IFdN TU-BS)

Die Darstellung und Rezeption von physikalischen Formeln in Studium und Schule ist bisher, so gut wie völlig unerforscht, deshalb stellt es ein interessantes und fruchtbares Forschungsgebiet dar. Die folgenden Forschungsfragen sollen illustrieren, wie sich dem Gebiet genähert werden kann:

• Gibt es einen Zusammenhang zwischen dem hohen Mathematisierungsgrad und dem Desinteresse an Physik?
• Wie werden Formeln bei Studierenden, Schülerinnen und Schülern genutzt?
• Helfen Formeln beim Verständnis von Physik oder sind sie nur Hilfsmittel zum Lösen von Aufgaben?
• Welche Hilfen kann man beim Lernen von Formeln geben?
• Gibt es einen Weg das selbstständige Konzipieren von Formeln, zu erlernen?
• Existieren bevorzugte Darstellungsweisen von Formeln?
• Wann und wieso wirken Formeln abschreckend?
• Wie häufig werden Formeln im Schulunterricht genutzt?
• Wie hoch ist die Formeldichte in Schul- und Physikbüchern?
• Was haben Lehrerinnen und Lehrer für ein Verhältnis zur Mathematisierung in der Physik?
• Besteht die Möglichkeit die wichtige Kompetenz – Verständnis und Anwendung von Formeln – zu ergründen und das Lehren und Lernen zu verbessern?

Entwicklung von Alltagskontexten in der Physik
(mit Rainer Müller, IFdN TU-BS)

Alltagstauglichkeit von erlerntem Wissen und die Möglichkeit Wissen im Alltag anwenden zu können ist sehr wichtig, damit das Erlernte nicht als „träges Wissen“ abgespeichert wird. Deshalb sollten SchülerInnen lernen physikalische Erkenntnisse auf Erfahrungen und Fragen aus ihrem Leben anzuwenden. Es scheint möglich, so gut wie alle physikalischen Themengebiete mittels Alltagskontexten zu erschließen. Die Verknüpfung zwischen Alltagstauglichkeit, der Entwicklung eines naturwissenschaftlichen Weltbildes und der kritischen Hinterfragung von Erlebtem stehen hierbei im Vordergrund.
Des Weiteren wird die Forderung Physik „alltagstauglicher“ zu gestalten vieler Orts immer größer. Da SchülerInnen einerseits Physik nicht interessiert, andererseits als nicht alltagsrelevant ansehen, müssen neue Konzepte erarbeitet werden, um die Lebenswelt der SchülerInnen in einen physikalischen Zusammenhang einzubetten.
Dies kann durch die Erarbeitung von alltagsgebundenen Physikinhalten, wie zum Beispiel Physik im Film, Physik im Computerspiel oder dem „Problem der Unsichtbarkeit“ geschehen. 

Verwendung von Experimenten im Sachunterricht
(mit den Mitarbeitern des IFdN TU-BS) 

Über Fragebögen wird das Verständnis von Wissenschaft und Experiment bei SachunterrichtslehrerInnen analysiert. Die Verwendung von Experimenten im Unterricht wird ebenfalls anhand eines Fragebogens erforscht. 

Natur der Naturwissenschaften
(mit Inske Preißler, TU Clausthal) 

Die einfache Darstellung der Natur der Naturwissenschaften gestaltet sich schwierig, da hier nicht nur eine Sichtweise vertreten wird, sondern wie bei jeder Sicht auf die Welt, unterschiedliche Denkweisen berücksichtigt und erläutert werden müssen. Es erscheint wichtig, dass sich angehende (Naturwissenschafts-)Lehrer mit diesem Thema beschäftigen, damit ihnen einerseits der (meta)theoretische Inhalt der Physik deutlicher wird und sie andererseits auf Forderungen des Kerncurriculums reagieren können, nämlich: Die Natur der Naturwissenschaft im Unterricht zu vermitteln.
Es wird versucht eine Übersicht zu schaffen, die sowohl verständlich ist, als auch die Komplexität des Themas Natur der Naturwissenschaft nicht untergräbt und zu stark reduziert. 

Mediale Moderne

Die Mediale Moderne als neues Zeitalter zeigt eine sehr starke Veränderung des Denkens, der Kunst und der Kultur auf. Deshalb scheint es ratsam, den Übergang von der Postmoderne in die Mediale Moderne, auch aus der Sicht der Naturwissenschaften, zu ergründen. 

Untersuchung von Metallen und Polymeren mittels Mechanischer Spektroskopie
(mit Harmut Neuhäuser, IPKM; Hans-Rainer Sinning, IfW; Sigurd Schrader, IGW, TFH Wildau; Igor S. Golovin, Physical Metallurgy Department Moscow, Institute of Steel and Alloys, Moscow, Russia) 

Die Untersuchung der Inneren Reibung (Vibrating-Reed) stellt eine einfache und interessante Möglichkeit dar, atomare Prozesse zu analysieren. Hierbei ist es möglich thermisch-aktivierte Prozesse von thermisch-nicht-aktivierten Prozessen zu unterscheiden. Aktivierungsenergien können bestimmt und Aussagen über Ermüdungserscheinungen getroffen werden.
Bis jetzt wurden viele Arten von Eisen-Aluminium Legierungen mit unterschiedlichsten Konzentrationen untersucht. Dünne Schichten aus PPV (ein Polymer, welches bei der OLED-Herstellung verwendet wird) wurden auf ihre mechanischen Eigenschaften und ihr Alterungsverhalten untersucht.