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

116 5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik
einem Gummistopfen, der an einer Schnur kreist, bis er losgelassen wird, überzeugt nicht. Die
Bahnkurve ist nicht so leicht zu erfassen, da sie zu schnell durchlaufen wird. Deshalb wird mit einem
Video, gezeigt, wie der Gummistopfen nach dem Abschneiden weiter fliegt. Als günstig erwies
sich außerdem ein Bild eines LKWs auf einer Drehfolie mit einer Ladung auf einer Schiebefolie.
Während in dieser „Simulation“ der LKW eine Linkskurve fährt, „fliegt“ die Ladung geradeaus; aus
Sicht des LKW-Fahrers flog sie nach rechts hinaus.
Auch hier sollte Reibung als Kraft diskutiert werden und die Schüler gefragt werden, ob es nicht ein
Widerspruch zum Gelernten ist, dass beim Fahrradfahren bei konstanter Kraft die Geschwindigkeit
konstant bleibt. Die Schüler sollen erkennen, dass die Summe aller Kräfte hier Null ist. Das erste
newtonsche Gesetz wird dann auch mit der Summe der Kräfte formuliert. Anschließend sollte
gleich das dritte newtonsche Gesetz behandelt werden.
Schließlich müssen noch weitere Anwendungen des zweiten newtonschen Gesetzes behandelt werden.
Dabei konzentriert man sich in der Regel auf einen Körper, wobei aber auch immer wieder der
zweite beteiligte Körper beachtet werden sollte. Es ist sinnvoll, zuerst mit Modellbildung das qualitative
Verständnis zu vertiefen und danach das quantitative Rechnen zu üben. Als ein erstes Modell
eignet sich die schiefe Ebene, da hier nochmals deutlich wird, dass die einzelnen Kräfte eine Gesamtkraft
ergeben, die die Beschleunigung bestimmt (siehe Kapitel 4.4.3). Außerdem ist das Modell
der fallenden Kette (als Fortsetzung des Modells einer ziehenden Masse) sinnvoll, da hier betont
wird, dass alle bewegten Massen in a = ΣF / m berücksichtigt werden müssen und außerdem ein
Beispiel gezeigt werden kann, das analytisch in der Schule nicht lösbar ist (siehe Kapitel 4.4.3). Bei
beiden Modellen kann auch intensiv mit Vorhersagen mit der Simulation gearbeitet werden und so
Fehlvorstellungen aufgearbeitet werden, wobei die Darstellung der Größen mit Pfeilen entscheidend
ist. Ebenso können dabei Graphen interpretiert werden. In neusprachlichen Klassen, bei denen Lehrer
mit der knappen Unterrichtszeit konfrontiert sind und deshalb nur wenig Modellbildung machen
wollen, wurde empfohlen, hier bereits den Fall mit Luftreibung zu modellieren, der ansonsten erst
bei den Fallbewegungen vorgesehen ist.
� �
Auch das Lösen von Rechenaufgaben zum Grundgesetz der Mechanik a = ΣFangreifend
/ m muss ge-
übt werden, auch wenn es immer nach dem gleichen Prinzip geht. Dabei stellt sich allerdings die
Frage, was mit F gemeint ist: Wenn F der Betrag der Kraft F � , also | F |
� , d.h. die Länge des Vek-
tors F � , ist und somit immer positiv ist (wie in Schulbüchern der Mittelstufe, z.B. FEUERLEIN,
NÄPFEL (1992)), dann wird die Richtung bei eindimensionalen Bewegungen evtl. durch ein Minuszeichen
angegeben. Wenn dagegen physikalisch sinnvoller F die Komponente des (eindimensionalen)
Vektors F � , d.h. ein Wert mit Vorzeichen, ist (wie in Oberstufenschulbüchern, z.B. GAITZSCH
ET AL., 1996), dann kann es sowohl positiv als auch negativ sein. Die Schüler bevorzugen erfahrungsgemäß
die erste Variante. Die zweite Variante ist aber die physikalisch sinnvollere. Schließlich
hat man es ja bei den Größen a und v auch so gehandhabt, dass sie negativ sein können. Man
muss sich also einmal entscheiden und es konsequent durchziehen. In den Unterrichtsmaterialien
des Konzeptes wurde die zweite Variante gewählt. Bei den Schülern sollte man hier aber sehr großzügig
sein.