Bøger udgivet af Springer Spektrum

Lars-Jochen Thoms entwickelt das weltweit erste ferngesteuerte Labor zur spektrometrischen Untersuchung von Leuchtmitteln. Mit diesem Fernlabor können Lernende über das Internet z.¿B. Spektren verschiedener Leuchtmittel aufnehmen, den Abfall der Beleuchtungsstärke mit steigendem Abstand messen, die spektrale Abstrahlcharakteristik studieren und die Eignung dieser Leuchtmittel für bestimmte Einsatzzwecke bewerten. Der Autor untersucht in einer experimentellen Laborstudie, in der die Teilnehmer selbstständig in einer Online-Lernumgebung arbeiten, wie sich die Art der Informationsdarbietung bei verschiedenen Führungsgraden (Inquiry-Level) auf den Wissenserwerb beim entdeckenden Lernen im Fernlabor auswirkt. Seine Ergebnisse zeigen, dass der Erwerb von Wissen eine an den Wissensbereich angepasste Art der Informationsdarbietung erfordert und dass der Führungsgrad beim forschend-entdeckenden Lernen zu den dargebotenen Informationen und dem zu erwerbenden Wissen passen muss.Der Autor: Lars-Jochen Thoms ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Dozent für Physik und Physikdidaktik am Lehrstuhl für Didaktik der Physik der Ludwig-Maximilians-Universität München.

Ali Masoudi Alavi untersucht die kristallinen Reaktionsprodukte bei der chemischen Härtung von Natrium- und Kalium-Wassergläsern mit Aluminium-Tetrametaphosphat. Der Autor findet dabei Hinweise auf den Härtungsmechanismus und zeigt, dass die Härtungsreaktion in zwei Stufen erfolgt. Im ersten Schritt findet eine Ionen-Austausch-Reaktion zwischen den Alkali-Ionen des Wasserglases und Aluminium-Ionen des Metaphosphats statt. In einem zweiten Schritt erfolgt die mehrstufige Depolymerisation der cyclischen Phosphat-Strukturen hin zu Alkali-Hydrogenphosphaten als finales Depolymerisationsprodukt.

Nina Kallweit entwickelt theoretisch und empirisch begründete didaktische Impulse für gelingendes politisches Lernen in der Grundschule am Beispiel der Phänomene Krieg und Frieden.Ihre Ergebnisse begründen ein Plädoyer für eine grundlegende und diskursive Entwicklung eines Politikverständnisses im Sachunterricht. In forschungsmethodischer Hinsicht zeigt die Untersuchung Potenziale der Phänomenografie als qualitativ ausgerichtetem sachunterrichtsdidaktischen Forschungsansatz auf.

Johanna Rellensmann untersucht, wie Schülerinnen und Schüler selbst erstellte Skizzen beim Lösen mathematischer Modellierungsaufgaben zum Satz des Pythagoras nutzen. In der explorativ-deskriptiven Untersuchung analysiert sie Aufgabenbearbeitungen von Schülerpaaren mithilfe einer typenbildenden qualitativen Inhaltsanalyse. Die Ergebnisse weisen eine große Bandbreite unterschiedlicher Skizzen und deren Nutzung aus. Durch den Vergleich von erfolgreichen und nicht erfolgreichen Modellierungsprozessen mit Skizzen leitet die Autorin Hypothesen über die Merkmale wirksamer Skizzen(-nutzung) ab.

Hans-Jürgen Stoppel beschäftigt sich im Rahmen von Projektkursen der gymnasialen Oberstufe in Nordrhein-Westfalen mit der Entwicklung von epistemologischen Beliefs und selbstreguliertem Lernen von Schülerinnen und Schülern. Mithilfe von Mixed Methods untersucht er als Forscher und Lehrer über ein Schuljahr hinweg in Projektkursen zu Codierung und Kryptographie detailliert epistemologische Beliefs und ihre Veränderungen in Verbindung mit selbstreguliertem Lernen. Er beschreibt die Auffassung von Mathematik der Schülerinnen und Schüler als Komponente epistemologischer Beliefs im Hinblick auf die Definition von Mathematik, den Erwerb mathematischen Wissens und des mathematischen Verständnisses sowie die entsprechenden Veränderungen. Die Vertiefung des Kursthemas erlaubt es, die Ergebnisse auch zu Schlüssen auf den Übergang von der Schule zur Hochschule heranzuziehen.

Die Fähigkeit, mathematische Bearbeitungen von Kindern adäquat zu deuten, gehört zu den zentralen Kompetenzen von Lehrkräften im Fachbereich Mathematik. Diagnostische Deutungen mathematischer Aufgaben durch Lehramtsstudierende und deren Entwicklung stehen daher im Mittelpunkt dieses Buches. Annika Pott untersucht, wie diagnostische Kompetenzen angebahnt und theoretisch fundiert vermittelt werden können. Sie interpretiert die Ergebnisse ihrer empirischen Studie hinsichtlich der Umsetzung universitärer Ausbildung von Lehrkräften für sonderpädagogische Förderung sowie Grundschullehrkräften für den Lernbereich Mathematik.

Claus Grupen erörtert in diesem essential in einem kurzen historischen Abriss die Astroteilchenphysik und beschreibt die neuesten Resultate, ohne ins mathematische Detail zu gehen. Als Einstieg in dieses neue Forschungsgebiet verstanden, gibt er einen Überblick darüber, was sich am Himmel, zwischen den Sternen und zwischen den Galaxien abspielt. Es ist inzwischen schon vieles recht gut verstanden, aber mit jeder gefundenen Lösung tun sich auch neue Fragen auf - auf dieses Fragenspektrum mit einigen Antworten geht der Autor ebenfalls ein. Heute ist die Astroteilchenphysik ein aktives, interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Astronomie, kosmische Strahlung und Elementarteilchenphysik umfasst und vereinigt.

Hans Paetz gen. Schieck zeigt in diesem essential nicht nur, wie rasant sich das Gebiet der Atome, Kerne und Teilchen bis zu den Quarks und Gluonen entwickelt hat. Er erläutert auch, wie alles begonnen hat - hier spielt die Person von Ernest Rutherford eine alles überragende Rolle. Das Gebiet der Kernphysik und unser Wissen über die Kerne haben sich seit 100 Jahren fundamental gewandelt. Aus eher philosophischen Vorstellungen haben sich konkrete Kenntnisse entwickelt über die Bausteine unserer Welt, deren Größe und hierarchische Ordnung und darüber, welche fundamentalen Kräfte zwischen ihnen wirken.

Dieses essential bietet eine verständliche Einführung in die Kombinatorik und ihre Anwendungen. Nach einem Kapitel über Grundlagen mit der Klärung wichtiger Begriffe wie Menge, Multimenge, Partition und Permutation werden im zweiten Kapitel Methoden zum Zählen von Teilmengen unter verschiedenen Nebenbedingungen und entsprechende Anwendungen vorgestellt. Danach folgt die Approximation von Summen durch die Euler-Maclaurinsche Summenformel. Den Abschluss bildet ein Kapitel über die Methodik des Zählens verschiedener Muster.

Auf der Basis psychologischer Forschungsarbeiten, die Aufgaben durch ihren Anfangs- und Zielzustand sowie die Operationen zur Lösung charakterisieren, untersucht Matthias C. Lehner Einflüsse auf Schwierigkeit und individuelle Prozesse beim Lösen von Mathematikaufgaben im universitären Kontext. Im theoretischen Teil werden schwierigkeitsgenerierende Merkmale aufgezeigt, die nachweislich das Lesen und Lösen von Mathematikaufgaben beeinflussen. Mit der empirischen Untersuchung von 756 Testbögen sowie der Analyse von Blickbewegungen weist der Autor nach, dass Aufgaben mit offenem Zielzustand schwieriger zu lösen sind. Insbesondere die Notwendigkeit, beim Lösen einer Aufgabe mit verschiedenen Repräsentationsebenen zu arbeiten, kann als schwierigkeitsgenerierendes Merkmal identifiziert werden.

Dieser neue ISTRON-Band bietet einen bunten Strauß aktueller Beispiele für einen Mathematikunterricht mit Realitätsbezug. Modellierungskompetenz ist gefragt und wird in Lehrplänen gefordert. Realitätsbezogener Mathematikunterricht motiviert die Schülerinnen und Schüler. Diese Art von Unterricht trägt wesentlich zur Modellierungskompetenz bei durch die Beantwortung der wichtigen Frage: "Wozu sollen wir das lernen?".Die Autorinnen und Autoren sind erfahrene Lehrerinnen und Lehrer sowie Mathematikdidaktikerinnen und Mathematikdidaktiker, die für dieses Buch im Mathematikunterricht erfolgreich einsetzbare und schon erprobte Unterrichtsvorschläge aufgeschrieben haben.

Dieses essential soll als Einführung für eine zeitgemäße öffentliche Diskussion zur Gentechnologie dienen. Die Gentechnik betrifft uns alle in vielen Bereichen und wir müssen uns trauen, bunter und weiter zu denken. Tatsächlich kann bereits das komplette Erbgut von Viren und Bakterien chemisch erzeugt und ¿zum Leben erweckt¿ werden. Mit der Genchirurgie ist die Medizin an einem Scheidepunkt: Wollen wir Erbkrankheiten therapieren oder genetisch ¿reparieren¿? Und die Analyse tausender menschlicher Erbgute fördert Informationen zutage, die mit komplexen Krankheiten, aber auch Merkmalen wie Intelligenz in Verbindung stehen. Wie sollen wir dieses Wissen nutzen? Es stellt sich kaum noch die Frage, ob wir Gentechnik wollen, sondern vielmehr, wie wir sie anwenden.

Rolf J. Neveling stellt angehenden Lehrerinnen und Lehrern das Handwerkszeug für einen guten Mathematikunterricht vor. Im Zentrum seines essentials steht der reguläre, unspektakuläre Unterricht. Der Autor erläutert die Gestaltung von Stunden, die Motivation im schulischen Alltag, die Vorbereitung und das Schreiben von Klausuren, die Vorbereitung schriftlicher und mündlicher Prüfungen, die Notengebung sowie die Verwendung von Medien. Didaktische Vorstellungen spielen dabei natürlich eine Rolle, sie stehen aber zugunsten der praktischen Beispiele und Tipps im Hintergrund.Der Autor:Dr. Rolf J. Neveling unterrichtete viele Jahre an einem Gymnasium in Wuppertal; er arbeitete einige Jahre als Lehrer im Hochschuldienst an der Technischen Universität Dortmund und führte Lehraufträge an der Universität Siegen durch. Lange gehörte er zudem der Redaktion des Mathetreffs der Bezirksregierung Düsseldorf an. Der Einsatz von Rechnern in mathematischen Lernprozessen ist eines seiner Interessengebiete und war auch Thema seiner Promotion.

Anna Beniermann gelingt es, erstmals Daten zur Akzeptanz der Evolution und der Evolution des menschlichen Bewusstseins bevölkerungsrepräsentativ zu erheben und im Kontext weiterer Faktoren - wie Gläubigkeit und die Sicht auf Gehirn und Geist -zu analysieren. Die Autorin stellt fest, dass Einstellungen zu Evolution und deren Verhältnis zu religiöser Gläubigkeit und dualistischem Denken vielschichtiger und komplexer sind als oft angenommen und in vorangegangenen Studien dargestellt. Insbesondere ist die häufig vorgenommene Kategorisierung in die Ansichten Kreationismus, Theistische Evolution und Naturalismus nicht ausreichend. Derartige Klassifizierungen können geradezu irreführend sein.

Ziel des Buches ist das Studium von Symmetrien und Parkettierungen, die Künstler und Mathematiker schon seit langer Zeit interessieren. Berühmte Beispiele sind die von den Arabern in der Alhambra geschaffenen Werke und die Bilder des holländischen Malers Maurits Escher. Die Mathematiker haben sich erst im 19. Jahrhundert des Themas intensiv angenommen. Dabei führt die Visualisierung der mathematischen Zusammenhänge zu sehr ansprechenden Bildern. Drei Ansätze werden in diesem Buch beschrieben. In Teil I wird dargestellt, dass es 17 prinzipiell verschiedene Möglichkeiten von Parkettierungen der Ebene gibt, die so genannten "Ebenen Kristallgruppen". Ergänzend dazu werden Ideen von Harald Heesch beschrieben, der zeigte, wie diese theoretischen Ergebnisse praktisch umgesetzt werden können: Er gab einen Katalog von 28 Verfahren an, die man selbst - sozusagen auf den Spuren von Escher - kreativ zur Schaffung künstlerisch anspruchsvoller Parkettierungen verwenden kann. Bei den entsprechenden Untersuchungen für die komplexe Ebene in Teil II werden Bewegungen durch bijektive holomorphe Abbildungen ersetzt. Das führt in die Theorie der Gruppen von Möbiustransformationen: Kleinsche Gruppen, Schottkygruppen usw. Dort gibt es auch interessante Verbindungen zur hyperbolischen Geometrie. Schließlich wird in Teil III noch ein dritter Aspekt des Themas behandelt, die Penroseparkettierungen. Dabei geht es um Ergebnisse aus den siebziger Jahren, als erstmals einfach zu beschreibende und beweisbar nichtperiodische Parkettierungen der Ebene angegeben wurden.

Frank Reinhold erarbeitet ein Modell zur inhaltlichen Gestaltung und Implementierung digitaler Lernumgebungen in der Mathematikdidaktik am Beispiel der Entwicklung des Bruchzahlbegriffs. Der Autor evaluiert eine digitale Lernumgebung in Form eines iBooks zum Einsatz auf iPads für dieses Themengebiet, die im Forschungsprojekt ALICE:Bruchrechnen entwickelt wurde. Er analysiert die Ergebnisse von 476 Schülerinnen und Schülern am Gymnasium und 245 Schülerinnen und Schülern an der Mittelschule und stellt Implikationen und Handlungsempfehlungen für den Mathematikunterricht und die mathematikdidaktische Forschung vor. Damit liefert die Arbeit einen differenzierten Blick auf die Wirkmechanismen von Tablet-PCs in der sechsten Jahrgangsstufe und zeigt Wege auf, wie digitale Medien gewinnbringend in den Regelunterricht integriert werden können.

Dieses essential bietet eine verständliche Einführung in die philosophischen Grundprinzipien der Wissenschaften. Beantwortet werden Fragen wie: Was bedeutet eigentlich ¿logisch¿? Was ist Deduktion, was ist Induktion? Welche Wissenschaften sind rein deduktiv? Kann ein wissenschaftliches Modell wahr oder falsch sein? Warum ist jedes wissenschaftliche Modell eine Deutung von Beobachtungen?

Dieses essential bietet eine Einführung in die theoretischen Grundlagen und Anwendungen der verallgemeinerten Funktionen. Nach zwei typischen Anwendungen verallgemeinerter Funktionen wird die Theorie entwickelt, wobei zum besseren Verständnis nur die fundamentalen Ideen vorgestellt werden, sodass keine funktionalanalytischen Kenntnisse vorausgesetzt werden. Danach folgt eine systemtheoretische Untersuchung von LTI-Systemen unter Einbeziehung der Dirac-Distribution und die Modellierung gezupfter schwingender Saiten. Den Abschluss bildet die Modellierung technischer Rauschprozesse am Beispiel des kontinuierlichen weißen Rauschens.

Dieses Buch vermittelt in leicht verständlicher Sprache Techniken zum Lösen linearer Gleichungssysteme. Der Fokus liegt dabei auf dem Gauß-Verfahren, da man hiermit Systeme beliebiger Größe und Form vollständig lösen kann. Die ersten beiden Kapitel sind der Behandlung quadratischer Systeme mit zwei oder drei Unbekannten gewidmet, um dem Leser die prinzipielle Vorgehensweise zu schildern. Darauf aufbauend wird das Gauß-Verfahren für Systeme beliebiger Größe ¿ quadratische und nicht-quadratische ¿ geschildert und anhand zahlreicher Beispiele illustriert. Der Darstellung der Lösungsmenge von Systemen mit unendlich vielen Lösungen ist ein eigener Abschnitt gewidmet. Weiterhin werden Strategien zur Behandlung von Textaufgaben, die auf lineare Gleichungssysteme führen, aufgezeigt.

Jessica Kunsteller untersucht, welche Rolle Ähnlichkeiten beim Mathematiklernen einnehmen. Zur wissenschaftlichen Betrachtung dieses Begriffs zieht die Autorin die Philosophie von Ludwig Wittgenstein heran. Darüber hinaus verwendet sie die logisch-philosophischen Schlussformen des Philosophen Charles Sanders Peirce zur Analyse von Entdeckungs- und Begründungsprozessen. Die Autorin arbeitet im Verlauf des Buches heraus, dass zahlreiche Lernprinzipien aus der Mathematikdidaktik und ihren Bezugsdisziplinen auf der Nutzung von Ähnlichkeiten basieren. Das Verhältnis zwischen Ähnlichkeiten und Analogien wird hierbei gesondert betrachtet. Anknüpfend an die theoretischen Betrachtungen werden Unterrichtsszenen auf die Nutzung von Ähnlichkeiten untersucht. Die Autorin stellt heraus, welche Ähnlichkeiten Lernende erkennen und nutzen. Weiterhin werden Implikationen des Erkennens und Nutzens von Ähnlichkeiten für den Mathematikunterricht dargelegt.

Das vorliegende essential enthält eine Reihe von Tipps für das erfolgreiche Bestehen des Physikstudiums. Das Besondere daran ist der begeisternde Stil des Autors, der selbst Physik studiert hat und weiß, wovon er spricht. Ob Führen von Vorlesungsskripten, Bearbeiten von Aufgaben oder das effektive Vorbereiten auf Prüfungen - dieses Buch motiviert Studierende der Physik auch in schwierigen Phasen des Studiums und ermuntert potentielle Studienanfängerinnen und Studienanfänger, ein naturwissenschaftliches Studium zu wagen.

Frances Beier widmet sich der Entstehung mathematikbezogener Angst zu Beginn der Sekundarstufe I. Sie untersucht, in welchen Situationen mathematikbezogene Angst auftritt und durch welche Einflussfaktoren sie hervorgerufen wird. Hierzu werden Sozialisationsaspekte, schulische und außerschulische sowie intrapersonale Rahmenbedingungen diskutiert. Diese werden qualitativ überprüft und Zusammenhänge zu Situationen, in denen mathematikbezogene Angst erlebt wird, hergestellt. Die empirische Fallstudie anhand videographierter Interviews nutzt unter anderem das Facial Action Coding System und liefert so Erkenntnisse zu den einflussreichsten Faktoren und formuliert erste Ansätze zur Intervention und Prävention im mathematischen Schulalltag.Die AutorinFrances Beier arbeitete am Institut für Mathematik und ihre Didaktik an der Leuphana Universität Lüneburg und promovierte dort bei Prof. Dr. Dominik Leiss. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen in der Emotionsentstehung bezüglich der Mathematik und der Mathematikdidaktik generell. Derzeit befindet sie sich in einer Weiterbildung zur Erlebnispädagogin.

Christian Stein untersucht anhand einer deutschlandweiten repräsentativen Stichprobe von 600 Gemeinden, ob das Vorliegen eines Landschaftsplans einen positiven, d. h. steuernden Einfluss auf Landschaftszustand und -wandel innerhalb der Kommune hat. Mit Hilfe von Indikatoren zur Flächennutzung aus dem IÖR-Monitor, welche auf geotopographischen Daten basieren, werden statistische Zusammenhänge zur Struktur und Qualität der Landschaft ermittelt. Zudem wird geprüft, inwieweit die kommunale Landschaftsplanung den Landschaftswandel im Sinne einer ökologisch nachhaltigen Entwicklung positiv beeinflusst. Die Ergebnisse der Arbeit bestätigen, dass die kommunale Landschaftsplanung zu einer Verbesserung vor allem von Struktur und Qualität der Landschaft beiträgt. Bedeutsam sind dafür insbesondere deren Qualität und Wirkungsdauer sowie konkrete Umsetzungsvorschläge.