Im Zuge der Modernisierung des Physikalischen Praktikums für Lehramtsstudenten an der Pädagogischen Hochschule Heidelberg soll ab dem WS 2002/2003 einer der bisherigen Versuche zur Optik durch einen Versuch zur Optischen Holografie ersetzt werden.
Die Einführung dieses neuen Versuchs erfolgt unter zwei Gesichtspunkten: Erstens stellt die Holografie ein sehr neues Gebiet im Bereich der Optik dar und kommt in verschiedensten Bereichen der Wissenschaft und Technik zur Anwendung, so z. B. im Bereich der Sicherheitstechnik und der Materialforschung. Ein solcher Versuch macht das Praktikum aktueller und bringt die Studenten neben den "historischen" Versuchen auch einmal mit neuerer Technologie in Berührung. Hologramme begegnen den Studenten im Alltag (EC-Karte, Geldscheine u.ä.), sind in ihrer Funktionsweise aber eher unbekannt.
Dies führt zum zweiten wichtigen Aspekt: Hologramme wirken auf die meisten Menschen faszinierend. Verstehen zu können, wie sie entstehen und funktionieren und sogar ein eigenes Hologramm herzustellen, stellt für die Studenten eine große Motivation dar. So können wichtige Phänomene der Optik in einer Form vermittelt werden, die Studenten Spaß macht.
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Aufgabenstellung
2 Ziele von Praktika
2.1 Entstehung Physikalischer Praktika
2.2 Ziele Physikalischer Praktika allgemein
2.3 Ziele Physikalischer Praktika in der Lehrerausbildung
3 Der Versuch
3.1 Einführung in die Holografie
3.1.1 Was ist Holografie?
3.1.2 Historische Hintergründe
3.1.3 Verschiedene Arten von Hologrammen
3.2 Der verwendete Aufbau
3.3 Die physikalischen Hintergründe
3.3.1 Das verwendete Holografiematerial
3.3.2 Die Hologramm-Entstehung
3.3.3 Die Entwicklung und Nachbehandlung der Platten
3.3.4 Die Hologramm-Rekonstruktion
3.4 Lernziele des Versuchs
4 Die Planung des Praktikumsversuchs
4.1 Generelles Vorgehen bei der Planung des Versuchs
4.1.1 Fachliche Klärung
4.1.2 Erfassung der Lernperspektive
4.1.3 Didaktische Strukturierung
4.2 Videodokumentation und Videoanalyse
4.2.1 Die erste Anleitung
4.2.2 Erprobung der ersten Anleitung – Ergebnisse und Schlussfolgerungen
4.2.3 Die zweite Anleitung
4.2.4 Erprobung der zweiten Anleitung – Ergebnisse und Schlussfolgerungen
4.2.5 Die endgültige Anleitung
4.2.6 Erprobung der endgültigen Anleitung – Ergebnisse und Schlussfolgerungen
4.2.7 Zusammenfassung der Ergebnisse der Videobeobachtungen
5 Anhang
5.2 Verwendete Materialien und Bezugsadressen
5.2.1 Material
5.2.2 Verbrauchsmaterial
5.2.3 Bezugsadressen
5.3 Praktikumsanleitung Version 2
5.4 Videoauswertungen
5.4.1 Auswertungsbögen zum ersten Video
5.4.2 Auswertungsbögen zum zweiten Video
5.4.3 Auswertungsbögen zum dritten Video
Zielsetzung und Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die didaktische Optimierung eines Praktikumsversuchs zur optischen Holografie für Lehramtsstudenten an der Pädagogischen Hochschule Heidelberg. Die Forschungsfrage konzentriert sich darauf, wie durch die Gestaltung der Praktikumsanleitung Lernprozesse initiiert und die verbale Kommunikation über physikalische Phänomene bei den Studierenden gefördert werden kann.
- Adaption eines bestehenden Versuchsaufbaus auf die lokalen Gegebenheiten.
- Anwendung des Modells der Didaktischen Rekonstruktion zur Versuchsplanung.
- Erprobung und Optimierung der Praktikumsanleitung in mehreren Iterationsschleifen.
- Empirische Untersuchung der Lernprozesse und Kommunikationsmuster mittels Videoanalyse.
Auszug aus dem Buch
Was ist Holografie?
Die Faszination eines Hologramms geht wohl davon aus, dass der Betrachter bei einem guten Hologramm kaum unterscheiden kann, ob er das Objekt selbst sieht oder ob es sich um ein Bild handelt. Oft überprüfen Personen, die ein Hologramm sehen, ob sich dahinter wirklich kein Objekt befindet.
Bei einem Hologramm wird die gesamte optische Information eines Objekts, seine 3 Dimensionen und seine Oberflächenstruktur auf einer dünnen Fotoschicht aufgezeichnet. Die Betrachtung des Objekts kann aus verschiedenen Blickrichtungen erfolgen.
Die Tatsache, dass neben der Amplitude bei der Holografie auch die Phase aufgezeichnet werden kann, war auch der Grund für ihren Namen. Das Wort Holografie entstand aus dem griechischen Wörtern "holos" für "ganz, völlig" und "graphein" für "schreiben, aufzeichnen". Holografie bedeutet also ganzheitliches Aufzeichnen.
Bei der herkömmlichen Fotografie wird lediglich die Amplitude des vom Objekt kommenden Lichts auf einem lichtempfindlichen Film aufgezeichnet. Hier sind also mindestens 2 Blickwinkel notwendig (stereoskopisches Sehen), um Informationen über die dritte Dimension zu erhalten.
Wie bei der Fotografie benötigt man bei der Holografie eine Art Kamera. Bei dem hier verwendeten Aufbau zur Aufnahme von Reflexionshologrammen besteht sie aus einem Laser, einer Aufweitungslinse, einem Umlenkspiegel (um den Weg des Lichtbündels zu verlängern ohne einen größeren Tisch zu benötigen) und einem Objekttisch, auf dem die Fotoplatte direkt auf dem Objekt aufliegt. Durch die Fotoplatte wird der Strahl in einen Referenzstrahl und einen hierzu kohärenten Objektstrahl aufgespalten. Der Objektstrahl wird vom Objekt reflektiert und die beiden Strahlen (Objekt- und Referenzstrahl) überlagern sich. Das entstehende Referenzmuster wird auf der Fotoplatte aufgezeichnet. In dem entstehenden Interferenzmuster sind nun sowohl Phase als auch Amplitude des vom Objekt reflektierten Strahls gespeichert.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation zur Einführung der Holografie in das Physikalische Praktikum und definiert die Aufgabenstellung dieser Arbeit.
2 Ziele von Praktika: Erörtert die historische Entwicklung und die allgemeinen sowie spezifischen Ziele physikalischer Praktika in der Lehrerausbildung.
3 Der Versuch: Führt theoretisch in die Holografie ein, beschreibt den Versuchsaufbau, die physikalischen Hintergründe und die Lernziele.
4 Die Planung des Praktikumsversuchs: Detailliert die methodische Vorgehensweise bei der Planung nach dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion und analysiert die Ergebnisse der verschiedenen Anleitungsversionen mittels Videoauswertung.
5 Anhang: Enthält das Literaturverzeichnis, eine Materialliste, die Praktikumsanleitung Version 2 sowie detaillierte Videoauswertungsbögen.
Schlüsselwörter
Holografie, Reflexionshologramm, Didaktische Rekonstruktion, Lehramtsausbildung, Physikalisches Praktikum, Videoanalyse, Interferenz, Kohärenz, Lernprozesse, Optik, Fachdidaktik, Praktikumsanleitung, Wellenoptik, Kommunikation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der didaktischen Aufarbeitung eines physikalischen Praktikumsversuchs zur Holografie, speziell ausgerichtet auf die Bedürfnisse von Lehramtsstudenten.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit umfasst die physikalischen Grundlagen der Holografie, die technische Realisierung eines Versuchsaufbaus für Schulen und Hochschulen sowie die fachdidaktische Analyse von Lern- und Kommunikationsprozessen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Erstellung einer Praktikumsanleitung, die nicht nur die technische Durchführung ermöglicht, sondern durch gezielte Fragen eine vertiefte Auseinandersetzung mit physikalischen Inhalten und eine verstärkte Kommunikation unter den Studierenden bewirkt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autorin nutzt das Modell der Didaktischen Rekonstruktion nach Kattmann sowie eine kategoriengeleitete Videoanalyse zur Untersuchung der Interaktionen und Lernprozesse innerhalb der Praktikumsgruppen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden neben den theoretischen physikalischen Grundlagen die praktische Versuchsplanung, der Aufbau und die Auswertung der Videoaufzeichnungen zur Qualitätssicherung der Anleitungen dargelegt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Holografie, Didaktische Rekonstruktion, Physikalische Praktika, Kommunikation, Lernprozesse und Interferenz.
Warum ist der Anteil der Privatgespräche bei diesem Versuch so hoch?
Der Versuch erfordert aufgrund der langen Wartezeiten beim Belichten und Entwickeln in abgedunkelten Räumen Phasen, in denen die Studierenden keine aktiven physikalischen Tätigkeiten ausführen können.
Welchen Einfluss hatte die Überarbeitung der Anleitung auf die Studierenden?
Die Aufnahme der theoretischen Inhalte direkt in die Anleitung und die Formulierung zielgerichteter Fragen führte dazu, dass der Anteil der fachbezogenen Kommunikation unter den Studierenden signifikant zunahm.
- Quote paper
- Susanne Gerdon (Author), 2002, Analyse von Lernprozessen im Zusammenhang mit der Erprobung eines Praktikumsversuchs zur Holografie für Lehramtsstudenten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/11433
