Gute Lehre in der Physik bedeutet für mich,

• die Natur mit einfachen, verständlichen Konzepten zu beschreiben und Zusammenhänge zu verstehen,
• dieses physikalische Verständnis zu vermitteln und
• dabei gleichzeitig die Grundlagen guten Physikunterrichts zu leben.

Insgesamt sollen meine Lehrveranstaltungen die Zeit der Teilnehmenden wert sein. Besonders im Lehramtsstudium sollen sie ein (positives) Beispiel für den späteren eigenen Unterricht sein:

• Inhaltlich sollen sie die Konzepte auf passendem Niveau richtig und anschaulich erklären und dadurch gleichzeitig Freude an gutem Unterricht vermitteln.
• Methodisch ist es mir (in Praktika wie Vorlesungen gleichermaßen) wichtig, auf unterschiedliche Bedürfnisse Einzelner einzugehen und gleichzeitig die Zusammenarbeit und ein positives Gruppengefühl unter den Studierenden zu fördern.
• Menschlich möchte ich eine wertschätzende und dadurch angenehme Arbeits- und Lernatmosphäre erschaffen.

Gemeinsam erarbeiten meine Kolleg/innen in der Arbeitsgruppe Physik und Schule und ich das übergreifende inhaltliche Konzept für alle Lehrveranstaltungen zur Physik-Fachdidaktik an der Universität Mainz.

Die folgenden Lehrveranstaltungen halte ich regelmäßig und/oder bin maßgeblich an ihrer Gestaltung beteiligt gewesen:Physik-Lehramtspraktikum („Demonstrationspraktikum“ zu Lehrerexperimenten im Unterricht):

• Ziel der Demonstrationspraktika ist, dass sich die Studierenden erarbeiten, wie sie Physik anhand von Experimenten im Schulunterricht vermitteln können. Diese Praktika stellen ein zentrales Element der Physik-Lehramtsausbildung an der Universität Mainz dar. Für die Gestaltung und Durchführung beider Demonstrationspraktika zur Mittel- und Oberstufenphysik bin ich zuständig.

Lehr-Lern-Labor (zu Schülerexperimenten im Unterricht):

• Aufbauend auf dem Demonstrationspraktikum zu Lehrerexperimenten erarbeiten sich die Studierenden im Lehr-Lern-Labor die Grundlagen zu Schülerexperimenten im Physikunterricht. Zum Lehr-Lern-Labor habe ich das Konzept entwickelt, auf dessen Basis es vom Gutenberg-Lehrkolleg als innovatives Lehrprojekt gefördert wurde, und dann die Lehrveranstaltung ausgearbeitet und durchgeführt. Daraufhin wurde das Lehr-Lern-Labor dauerhaft im Curriculum des Mainzer Physik-Lehramtsstudiums verankert und in den letzten Jahren von Kolleg/innen aus der Arbeitsgruppe Physik und Schule durchgeführt.

Vorlesung Struktur der Materie („Experimentalphysik 4“):

• In der Vorlesung zur Struktur der Materie geht es um die Grundlagen der Teilchen-, Kern-, Molekül-, Festkörperphysik und Kosmologie. Im Science- wie im Lehramts-Studiengang Physik habe ich diese Vorlesung mehrmals in Zusammenarbeit mit Kolleg/innen gehalten, und ich habe ich eine Masterarbeit betreut, in der ein neues hochschuldidaktisches Konzept für diese Lehrveranstaltung entwickelt, umgesetzt und evaluiert wurde.

Vorlesung „Gebietsübergreifende Konzepte und Anwendungen der Physik“:

• Diese Veranstaltung gibt zum Ende des Lehramtsstudiums einen Überblick über die Physik aus Sicht der experimentellen und theoretischen Physik und verknüpft die verschiedenen Teilgebiete anhand der grundlegenden Konzepte miteinander. Ich habe den experimentalphysikalischen Teil ausgearbeitet und halte die Vorlesung regelmäßig zusammen mit einem Kollegen aus der theoretischen Physik.

Kombinierte Lehrveranstaltung „Einfach Physik“ zur Mittelstufenphysik:

In den Naturwissenschaften unterstützt der folgende Unterrichtszyklus einen nachhaltigen Lernerfolg:

• Einführung der Grundlagen
• direkt im Anschluss freies Experimentieren zu konkreten Fragestellungen
• abschließende Verknüpfung von Ergebnissen der Experimente mit den Grundlagen

Im Studium in Deutschland finden die Vermittlung der Grundlagen und das Experimentieren allerdings in der Regel nicht im gleichen Semester statt, und eine explizite Verknüpfung ist in der Praxis kaum möglich. Gerade Physik-Lehramtsstudierende sollten aber diesen Ablauf an der Universität selbst erleben, denn sie werden bei der Gestaltung ihres späteren Unterrichts auf ihre eigenen Erfahrungen zurückgreifen. Anders ist die Situation z. B. an schwedischen Universitäten, da dort Lehrveranstaltungen typischerweise sowohl Vorlesungs- als auch Praktikumsanteile haben.

Für Lehramtsstudierende wird die Situation noch verschlimmert, wenn die Themen, die für den Schulunterricht in der Mittelstufe relevant sind, in den Einführungsvorlesungen zur Physik nicht ausführlich genug besprochen werden. Wesentliche Gebiete der Mittelstufenphysik, bei denen die dazugehörigen Konzepte Studierenden oft Schwierigkeiten bereiten, sind: Mechanik (Kräfte), Thermodynamik (ideale Gase), Elektrik (Potential und Strom, einfache Schaltungen), Strahlenoptik (Lichtausbreitung im Raum und an Grenzflächen, optische Abbildungen) und Farben (Intensitätsverteilung, Streuung und menschliches Wahrnehmungsvermögen).

Zu diesen Themen erarbeite ich eine Lehrveranstaltung „Einfach Physik“, die Vorlesungs- und Praktikumsanteile kombiniert. Ich plane…

• die erste Durchführung der Vorlesung für das Wintersemester 2023/24
• die erste Durchführung der kombinierten Lehrveranstaltung mit dazugehörigen Praktikumsexperimenten für das Sommersemester 2024
• einen Vergleich mit der Lehre in Schweden und die Ausarbeitung der endgültigen Version basierend auf den Erfahrungen aus Mainz und Schweden für das Wintersemester 2024/25

Lehrveranstaltungen zur Teilchenphysik im Lehramtsstudium:

Die Vorlesungen „Experimentalphysik 4“ und „Gebietsübergreifende Konzepte der Physik“ sollen überarbeitet werden. Für die Teilchenphysik bietet es sich dabei an, die folgenden Inhalte zu verknüpfen:

• elementare Teilchen und ihre Ladungen (Experimentalphysik)
• Prinzip der Eichinvarianz und elektromagnetische Wechselwirkung (Theorie)
• fundamentale Wechselwirkungen und ihre Charakteristika (Experimentalphysik)
• Dynamik in der speziellen Relativitätstheorie (Theorie)
• Messung von Teilchen (Praktikum)
• Rekonstruktion von Teilchenzerfällen in Daten von Beschleunigerexperimenten (Praktikum)
• Teilnahme an einer Teilchenphysik-Masterclass mit Schüler/innen (didaktisches Praktikum)

Auch hierbei bietet es sich an, Erfahrungen z. B. aus schwedischen Universitäten, wo Vorlesung und Praktikum zur Teilchenphysik eine gemeinsame Lehrveranstaltung darstellen, einfließen zu lassen.

Physik als Sprache:

Auch über die Mathematisierung hinaus kann die Physik mit einer Fremdsprache verglichen werden. Die Physik hat hierbei ein sehr begrenztes Vokabular von Fachbegriffen, die innerhalb von strikten Regeln einzusetzen sind, wobei es absichtlich kaum Spielraum gibt. Mich interessiert, inwieweit sich Konzepte des Fremdsprachenunterrichts auf die universitäre, ggf. auch schulische, Physik-Ausbildung übertragen lassen. Im Gegensatz zum Konzept der Immersion (Sprachbad, CLIL) geht es mir um die Ausarbeitung eines minimalen Physik-Vokabulars mit Regeln für seine Verwendung, um zu testen, wie damit ein Thema der Mittelstufenphysik in der Vorlesung „Einfach Physik“ mit Methoden der Fremdsprachendidaktik erlernt werden kann.

Schulunterricht zur Physik des Klimas:

Es ist mein Ziel, Unterrichtseinheiten zur Physik des Klimas auszuarbeiten, mit denen dieses Thema ab der Orientierungsstufe in jeder Altersstufe aufgegriffen werden kann. Die einzelnen Einheiten sollen aufeinander aufbauen, einen hohen Wiedererkennungswert haben, Themen des Physik- oder Naturwissenschaftsunterrichts im Kontext „Klima“ aufgreifen und fächerübergreifende Anknüpfungspunkte bieten.

Frühstudium für Schüler/innen:

• Es gibt Schüler/innen, deren Interesse an der Physik weit über das Niveau auch guten differenzierenden Schulunterrichts hinausgeht. Für sie organisiere ich das Physik-Frühstudium, das ihnen die Möglichkeit bietet, flexibel an regulären Lehrveranstaltungen teilzunehmen: wahlweise online oder in Präsenz, wahlweise mit oder ohne Prüfungen, mit Beginn jedes Jahr im März oder September.

Mentoring-Programm für Studienanfänger/innen:

• Im Mentoring-Programm engagiere ich mich bei der Betreuung von Studienanfänger/innen.

Studienfachberatung:

• Als offizieller Studienfachberater für Physik-Lehramtsstudierende bin ich Ansprechperson für Studierende z. B. bei Fragen zu Auslandsaufenthalten, Fach- oder Hochschulwechsel.

Regelmäßige Veranstaltungen für Schüler/innen, an deren Konzeption und Durchführung ich beteiligt bin, sind hier aufgeführt. Auf der Seite der Arbeitsgruppe Physik & Schule sind alle Veranstaltungen zu finden. Für Grundschüler:innen:

• Entdeckertag im NaT-Lab: ein geschlossenes Programm in Kooperation mit der Ludwig-Schwamb-Schule Mainz im Rahmen der frühen Hochbegabungsförderung in Rheinland-Pfalz

Für Schüler/innen der Orientierungsstufe:

• Versuch’s mal!: ein jährliches Programm mit 5 Experimentiernachmittagen zum Selbstanmelden für Schüler/innen der 5./6. Klasse

Für Schüler/innen der Mittel- und Oberstufe:

• Schülerlabore: Angebote an der Universität Mainz für Schulklassen und -kurse in der 7.-13. Jahrgangsstufe
• Teilchenphysik-Masterclasses: Angebote im Netzwerk Teilchenwelt für Schülergruppen und zum Selbstanmelden, Projektarbeiten von Schüler/innen am CERN, Stammtische im Fellow-Programm

Für Oberstufenschüler/innen:

• MINT-EC-Camp Teilchenphysik: jährliche mehrtägige Schülerveranstaltung in Zusammenarbeit mit dem MINT-EC-Verein und der Gutenbergschule und Leibnizschule Wiesbaden
• Physik am Samstag: jährliche Vortragsreihe zu moderner Physik für Oberstufenschüler/innen
• KLIMAkademie: jährliche mehrtägige interdisziplinäre Schülerakademie zu den wissenschaftlichen Hintergründen der Klimakrise
• Physik-Programm bei den Schnuppertagen: einen Tag im Semester das Studienfach Physik kennenlernen
• Tag der offenen Tür: beim jährlichen Tag der offenen Tür der Universität Mainz bietet die Physik ein umfangreiches Programm an
• Frühstudium Physik und/oder Meteorologie: ein flexibles Programm für Schüler/innen (wahlweise online oder in Präsenz, wahlweise mit oder ohne Prüfungen) mit Beginn jedes Jahr im März oder September

Materialien für Lehrkräfte zur Gestaltung des Physikunterrichts sind in vielen Abschlussarbeiten, die ich betreut habe, entstanden. Für den Unterricht frei verfügbare Materialien sind hier aufgeführt. Weitere Materialien der Arbeitsgruppe Physik und Schule sind auf der Download-Seite der Arbeitsgruppe verlinkt. Unterrichtsmaterialien „Unser Klima und wir“ für die 3.-6. Jahrgangsstufe:

Materialien zum Download

• komplette Materialien für die Unterrichtseinheit incl. dazugehöriger Geschichte, weiterführender Hausaufgabe und Informationen für Lehrkräfte
• entstanden in einer Zusammenarbeit von Schüler/innen und Wissenschaftler/innen von FridaysForFuture und Scientists4Future Mainz/Wiesbaden

Unterrichtsmaterialien „Leistung? Aber sicher!“ für den Elektrik-Unterricht der Mittelstufe:

Materialien zum Download

• Unterrichtseinheit zum Thema Leistung im elektrischen Stromkreis
• mit offenen Aufgaben zu Schülerexperimenten im Kontext „Sicherungen“/“FI-Schalter“

Unterrichtsmaterialien „Sensoren im Alltag“ für die Mittelstufe:

Materialien zum Download

• Unterrichtsreihe für die Erarbeitung des Themenfelds „Sensoren“
• basierend auf Schülerexperimenten zur Funktionsweise von Sensorelementen

Materialien für einen Schülerexperimentiertag „Cool Physics“

Beschreibung und Materialien zum Download

• Schülerexperimentiertag zur Erarbeitung der Konzepte Wärme und Temperatur im Kontext „Kühlung“

Oberstufenphysik im Kontext der Suche nach dunkler Materie mit dem XENON-Experiment:

Masterclasses im Netzwerk Teilchenwelt nutzen erfolgreich die moderne Teilchenphysik als Motivation für die Physik, werden im Kontext des XENON-Experiments zur Suche nach dunkler Materie aber bislang nicht angeboten. Dabei bietet gerade das XENON-Experiment direkte Anknüpfungspunkte für den Mechanik-, Elektromagnetismus- und/oder Quantenmechanik-Unterricht der Oberstufe in einem besonders aktuellen Kontext.

Eine Masterclass zum XENON-Experiment kann für den Unterricht zur Wiederholung (Stöße, elektrisches Feld) und als Ausblick (Photoeffekt, Atommodelle, Teilchenphysik) auf Inhalte des Oberstufenunterrichts eingesetzt werden. Dafür soll ein modulares Konzept für eine ganztägige Masterclass für Oberstufenkurse entwickelt werden, das flexibel an die Bedürfnisse von Oberstufenkursen angepasst werden kann. Daraufhin soll die Masterclass ausgearbeitet, getestet und subjektiv evaluiert werden.