Konzeption und Evaluation eines Kinematik/Dynamik-Lehrgangs zur ...

5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik 97
ein Geschwindigkeits-Schieber verwendet, was eindrücklich zur Bruchlandung der Rakete auf der
Mondoberfläche führt. Mit einer guten Strategie kann der angegebene Landerekord leicht verbessert
werden. In dem zweiten Beispiel zum Überholen wird ebenfalls ein Verständnis der Beschleunigung
verlangt und außerdem etwas zur Verkehrserziehung unternommen. Das Simulationsprogramm
ist so eingestellt, dass ohne eine Veränderung der Startwerte und ohne Überschreitung der
Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h ein Überholvorgang nicht möglich ist.
Häufig wird in der Kinematik auch der freie Fall behandelt, da man hier eines der wenigen Beispiele
hat, bei dem wirklich eine eindimensionale Bewegung mit konstanter Beschleunigung auftritt. Es
ist aber nicht sinnvoll hier nur den idealisierten Vorgang zu behandeln. Schüler wissen, dass nicht
alle Körper gleich fallen, sondern schwere Dinge bei sonst gleichen Eigenschaften schneller fallen
als leichte. Sie interessieren sich nicht für Bewegungen in evakuierten Fallröhren bzw. auf dem
Mond, sondern für reale Fallbewegungen mit Luftwiderstand, die erst bei der Dynamik behandelt
werden können. Deshalb ist es sinnvoll, alle Fallbewegungen einschließlich des freien Falls erst als
Anwendung der newtonschen Gesetze zu behandeln.
Stunde Inhalt, Thema:
Unterschied Weg - Ort (Fahrradbewegung mit Tachometer),
Maus als zweidimensionaler Sensor,
Bezugssystem, Bahnkurve, Zeitmarken, Ortsvektor (2-dimensional),
1 - 3 Einschub: Wiederholung Vektorrechnung,
Ortsänderungsvektor (2-dimensional), Geschwindigkeitsvektor (2-dimensional),
Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit,
1-dimensional mit Sonarmeter: Orts-, Ortsveränderungs- und Geschwindigkeitsvektor
4 Zeit-Ort-Funktion für Spezialfälle konstanter Geschwindigkeit (1-dimensional)
5 Übung, Geschwindigkeitsänderungsvektoren (2-dimensional)
Additum 1 Schülerübung im Computerraum
6 Der Begriff des Beschleunigungsvektors (2-dimensional und 1-dimensional)
Lage von v
7
� und a � zueinander (schneller, langsamer, Kreis),
Normal- und Tangentialbeschleunigung
8 Übung
Lernziel-
1. Stegreifaufgabe zur Beschleunigung und Verbesserung
kontrolle
9 Einführung in Modellbildung, Modellbildung zur Kinematik mit Graphenvorhersage
Zeit-Geschwindigkeits-Funktion für 1-dimensionale Bewegungen,
10 Ort im Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm,
Bewegungsfunktionen ohne Anfangsgeschwindigkeit,
11 Übung, Bewegungsfunktionen und Bewegungsdiagramme mit Anfangsgeschwindigkeit
12 Übung
13 Übung, Reaktions- und Bremsweg
14 Überholvorgänge, Verhalten im Straßenverkehr
Additum 2 Schülerübung im Computerraum
Tab. 5.1: Grobstruktur des Kinematikunterrichts
Das hier beschriebene Unterrichtskonzept, bei dem der Kinematikunterricht mit der zweidimensionalen
Bewegung begann, wurde im Schuljahr 2001/2002 vom Autor in einer Klasse getestet. Eine
knappe Übersicht über die Grobstruktur des Unterrichts gibt Tab. 5.1. Eine Angabe von Lernzielen
oder Medien ist aus Platzgründen nicht möglich. Für die Einführung und Diskussion der Begriffe
nach dem hier dargestellten Vorgehen sowie der Behandlung qualitativer Aufgaben wurden acht