Themenvorschläge von Prof. Dr. Lutz Kasper für Bachelor- und Master-Arbeiten im Fach Physik

(Stand: März 2023)

Vorbemerkungen

Liebe Studierende,
mit der wissenschaftlichen Arbeit schließen Sie einen Teil Ihres Studiums bzw. das Studium vollständig ab. Es soll Ihre Befähigung zum wissenschaftlichen Arbeiten belegen und es sollte für Sie wie auch für uns Betreuende einen Höhepunkt darstellen. Das kann nur gelingen, wenn Sie sich mit einem Thema auseinandersetzen, fü,r das Sie Feuer gefangen haben! Insofern sollte Ihr erster Ansatz sein, sich frühzeitig eigene Gedanken zu einem für sie attraktiven Thema zu machen. Oft sind es die Fächerkombination und bestimmte "Steckenpferde" aus dem Studium, die Ihre ganz individuelle Expertise ausmachen. In diesem Sinn soll die nachfolgende Themenliste nur eine Anregung sein, um Ihre persönlichen Interessen zu wecken. Sie ist keinesfalls vollständig oder erschöpfend. Sprechen Sie uns bitte rechtzeitig für eine Planung Ihrer Bachelor- bzw. Masterarbeit an.

Bachelor-Themen

"Wow-Experimente" - ein Videoprojekt der PH Schwäbisch Gmünd

Die Physik-Abteilung der PH Schwäbisch Gmünd (Kasper, Blessing, Sauer) hat 2021 mit dem Projekt "Wolkes Wissenswerkstatt" den bundesweit ersten Platz beim MINTchallenge des Stifterverbandes gewonnen. Im Rahmen dieses Projektes sollen Kinder der 5. bis 7. Schuljahrgangsstufe für naturwissenschaftliche Themen interessiert und zum Mit- Experimentieren angeregt werden. Dafür werden Videos mit hohen Qualitätsstandards konzipiert und produziert. Im Rahmen einer Bachelor-Arbeit sollen geeignete "Wow- Experimente" identifziert und umgesetzt werden. Für die Erstellung der /des Videos kann das Equipment des SkillsLab Naturwissenschaften zur Verfügung gestellt werden.
Dieses Thema ist für den Bereich der Sekundarstufe 1 geeignet.

Data Science mit der OpenSenseMap im Physikunterricht

Die OpenSenseMap ist eine freie Plattform, auf der weltweit Sensoren zu einer Sammlung von Umweltdaten verschiedener Art beitragen (z.B. Feinstaub, Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit etc.). Ein großer Vorteil ist es, dass Schulen, Universitäten oder Privatpersonen sich daran beteiligen können, indem sie eigene Messstationen zur Verfügung stellen.
In einem laufenden Forschungsprojekt hat die PH Schwäbisch Gmünd fünf regionalen Schulen Bausätze solcher Messstationen zur Verfügung gestellt. Bislang sind diese aber noch nicht ans Netz (in die OpenSenseMap) gegangen. Mit dieser Arbeit soll ein Unterstützungskonzept für interessierte Schulen entwickelt werden, die es den Lehrkräften technisch ermöglicht und darüber hinaus auch Nutzungsszenarien für den Einsatz im naturwissenschaftlichen Unterricht vorschlägt.
Dieses Thema ist für den Bereich der Sekundarstufe 1 geeignet und erfordert Basiserfahrungen im Umgang mit Arduino-Controllern.

Entwicklung einer digital unterstützten Experimentieranleitung für die Hochschullehre

Im Rahmen dieser Themenstellung soll der Fokus auf ein konkretes Experiment gelegt werden. Im Rahmen der Kooperation mit der Universität Ulm sollen ausgewählte Experimente des physikalischen Praktikums auch Physikstudierenden der PH Schwäbisch Gmünd im Rahmen von Lehrveranstaltungen zugänglich gemacht werden. Die Auswahl des konkreten Experimentes erfolgt in Absprache mit dem themenstellenden Lehrenden. Der didaktische Wert der Bachelor-Arbeit soll darin bestehen, dass Lernende in ihrem Verständnis des ausgewählten Experimentes durch eine didaktisch gut strukturierte und ggf. mit digitalen Elementen angereicherten Experimentieranleitung unterstützt werden. Diese Experimentieranleitung ist Kern der Arbeit, die dann für Studierende an beiden Hochschulen hilfreich sein kann.
Dieses Thema ist für den Bereich Hochschuldidaktik geeignet und erfordert die Bereitschaft zur Vertiefung in ein experimental-physikalisches Teilgebiet (z. B. "Michelson- Interferometer" im Rahmen der Wellenoptik).

Smartphone-Experimente mit externen Sensorboxen für den Physikunterricht

Die App phyphox der RWTH Aachen hat sich in den letzten Jahren zu einem Standard- Werkzeug für die digitale Messwerterfassung im naturwissenschaftlichen Unterricht entwickelt. In einer aktuellen Neuentwicklung werden zurzeit externe Sensorboxen entwickelt, die die experimentellen Möglichkeiten noch einmal deutlich erweitern können. Die Entwickler haben mir einen Satz dieser Sensorboxen zur Verfügung gestellt, um damit Anwendungen im Kontext von Physiklernen zu explorieren. Neuentwicklungen von Experimenten oder neue Varianten bekannter Experimente können im Rahmen einer Bachelor-Arbeit dokumentiert und ggf. evaluiert werden.
Dieses Thema ist für den Bereich der Sekundarstufen I und II geeignet.

Master-Themen

Einsatz von Comic-Vignetten in der Lehrkräfteausbildung

In einem aktuellen Entwicklungsprojekt der Physik- und Technikabteilung (VidNuT) haben wir Videovignetten zum Einsatz in der Lehrkräfteausbildung entwickelt. Dabei liegt der Fokus auf der Identifikation von Schülervorstellungen in den dargestellten kurzen Unterrichtsszenen. In einem geplanten Folgeprojekt sollen diese Videovignetten evaluiert werden. Als ein Teil dieses Projektes ist der Vergleich von Video- und Comicvignetten vorgesehen. Comicvignetten lassen sich deutlich einfacher erstellen und bringen keine Hürden (z.B. Datenschutz) mit sich. Wie sich diese Comicvignetten erfolgreich (z.B. hinsichtlich eines bestimmten Kompetenzzuwachses) für die Ausbildung von Lehrkräften einsetzen lassen, soll im Rahmen dieser Masterarbeit untersucht werden. Ein digitale Toolbox zur Erstellung solcher Vignetten liegt aus einem abgeschlossenen Forschungsprojekt vor und kann dafür genutzt werden.
Dieses Thema kann grundsätzlich im Rahmen aller Lehramtsstudiengänge (GS / Sek) bearbeitet werden. Allerdings soll ein inhaltlicher Fokus auf Schülervorstellungen im Bereich des Physikunterrichts der Sek I liegen.

Smartphone-Experimente für den Physikunterricht

Die Corona-Pandemie hat Lehrkräfte aller Fächer vor neue Herausforderungen gestellt. Ganz besonders betroffen sind davon die naturwissenschaftlichen Fächer, für die das Experimentieren als Erkenntnismethode charakteristisch ist. Um Schülerinnen und Schülern in Phasen von häuslicher Arbeit (aktuelle Pandemie, individuelle Krankheitsphasen, Ferienzeiten, ...) die Möglichkeiten zum Experimentieren zu geben, soll eine Serie von Smartphone-basierten Experimenten entwickelt und evaluiert werden. Hierbei sollen neben fachlichen Aspekten insbesondere auch Kompetenzen zur Data Literacy (Messdaten erheben, Daten auswerten, präsentieren und interpretieren) gefördert werden.
Dieses Thema ist für den Bereich der Sekundarstufen 1 und 2 geeignet.

¨Küchenexperimente¨ als Hausaufgabenexperimente für den Physikunterricht

Die Corona-Pandemie hat Lehrkräfte aller Fächer vor neue Herausforderungen gestellt. Ganz besonders betroffen sind davon die naturwissenschaftlichen Fächer, für die das Experimentieren als Erkenntnismethode charakteristisch ist. Um Schülerinnen und Schülern in Phasen von häuslicher Arbeit (aktuelle Pandemie, individuelle Krankheitsphasen, Ferienzeiten, ...) die Möglichkeiten zum Experimentieren zu geben, soll eine Serie von Experimenten entwickelt und evaluiert werden, für deren Durchführung nur einfach zu beschaffende Materialien erforderlich sind. Hierbei kommt es auf eine curriculare Anbindung an den aktuellen Bildungsplan und auf die Beachtung sicherheitsrelevanter Aspekte an.
Dieses Thema ist sowohl für den Bereich Primarstufe als auch für den Bereich Sekundarstufe 1 geeignet.

Testung eines Fragebogens zu Schülervorstellungen im Bereich Astronomie

Im Rahmen eines Forschungssemesters habe ich einen Fragebogen zu Schüler-und Studierendenvorstellungen über grundlegende astronomische Zusammenhänge entwickelt und mit einer Kohorte (n = 109) pilotiert. Daraus ergaben sich Hinweise auf mögliche Adaptionen und Weiterentwicklungen.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll der Prozess der Fragebogenentwicklung mit einer zweiten Pilotierung weitergeführt werden. Dafür soll eine zweite Befragungswelle vorbereitet, durchgeführt und ausgewertet werden. Erste Erfahrungen mit der Software SPSS oder mit R sind hier von Vorteil (aber nicht Voraussetzung).

Metaphern - auch ein Thema für das Physiklernen?

Dieses spezielle Thema eignet sich ganz besonders bei einer Fächerkombination Physik/ Deutsch. Nach verschiedenen theoretischen linguistischen Ansätzen (z.B. Lakoff & Johnson) steuern metaphorische Sprachkonzepte unbewusst auch unser Denken. Damit wird es auch zu einem Thema für Lernprozesse (auch im Physikunterricht). Was macht es mit Lernenden, wenn sie immer von "fließender Wärme", "fließendem Strom" oder "Energiefluss" lesen? Welche Vorstellungen und Konzepte werden somit sprachlich unterstützt (oder verhindert)? Auf der Basis nur sehr geringfügig vorliegender Literatur, die Metaphern und Physiklernen gleichzeitig berücksichtigt und einiger eigener Vorarbeiten kann mit dieser Arbeit noch fachdidaktisches Neuland betreten werden. Methodisch kommen dabei Metaphern-Analysen von z.B. Lehrbüchern oder digital verfügbaren Textsorten als auch Sprach-Studien mit Schülerinnen und Schülern infrage.
Dieses Thema ist für den Bereich der Sekundarstufen 1 und 2 geeignet.

Weitere "Open-Topic"-Arbeiten

Uber die konkreten Themen hinaus sind in Absprache mit mir alle von Ihnen vorgeschlagenen Themen für Bachelor- und Master-Arbeiten im Zusammenhang mit z.B. den folgenden Themenfeldern willkommen:

•  kontextorientiertes Physiklernen; Lernen mit Alltagskontexten  #
•  Kulturgeschichte der Naturwissenschaften (didaktisches Stichwort: "Nature of Science")
•  Erzählen im Physikunterricht
•  Einsatz von Comics oder Graphic Novels im naturwissenschaftlichen Unterricht
•  Coding im Physikunterricht (Arduino, Python, R, ...)
•  ... Ihre Idee?