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

118 5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik
mensionale zerlegt werden können. Dass die
Eine Kugel der Masse m = 5,0 g wird in
horizontale und vertikale Bewegung beim waag- einer Flüssigkeit mit hoher geschwindigkeitsabhängiger
Reibung FReib = k�v mit k
rechten Wurf unabhängig voneinander sind, gilt
= 0,14 Ns/m fallengelassen. Zeichne
aber nur, wenn keine Luftreibung wirkt.
neben die Kugel Pfeile für die Gewichtskraft,
Reibungskraft, Gesamtkraft, die
Passend zur Simulation des Modells zum Fall Beschleunigung und die Geschwindigkeit
mit Luftreibung kann eine qualitative Prüfungs- für folgende Fälle: 1. kurz nachdem die
Kugel fallen gelassen wurde, 2. nach
aufgabe gestellt werden. Beim Fall einer Kugel längerer Fallzeit, bei der sich ein Gleich-
in Öl wirkt eine geschwindigkeitsabhängige Reigewicht eingestellt hat. Wie groß ist diese
Geschwindigkeit?
bung proportional zur Geschwindigkeit, die die
Schüler noch nicht kennen. Das Verständnis für Abb. 5.22: Beispiel einer Testaufgabe, bei der ikonische
Darstellungen verlangt sind.
den ähnlichen Ablauf kann durch das Zeichnen
von Pfeilen für die einzelnen Kräfte und die kinematischen Größen abgeprüft werden (siehe Abb.
5.22).
Wenn die Schüler erst einmal daran gewohnt sind, physikalische Aussagen in ikonischen Darstellungen
auszudrücken, dann können ihre Fähigkeiten auch in Testaufgaben mit ikonischen Darstellungen
geprüft werden. Dadurch sind qualitative, Verständnis verlangende Aufgaben zu Vorgängen
möglich, die quantitativ nicht bearbeitet werden können. Die Art der Leistungsbewertung und die
Art der Prüfungsaufgaben sind natürlich entscheidend dafür, wie Schüler lernen. Wenn primär fakten-
oder algorithmenorientiert geprüft wird, gibt es keine Notwendigkeit, das Thema so zu durchdenken,
dass ein Verständnis erreicht wird (Renkl, 2002, S. 595 + S. 598). Deshalb sind qualitative,
Verständnis voraussetzende Aufgaben nötig. Weitere Beispielaufgaben aus einer Schulaufgabe, in
denen ebenfalls die Größen durch Pfeile darzustellen sind, betreffen den senkrechten Wurf und eine
Transferaufgabe, in der - obwohl das Grundgesetz der Mechanik F = m·a erst im eindimensionalen
Fall behandelt war - nach der wirkenden Kraft auf eine Kugel gefragt wurde, die von einer Person
an einem Faden auf einem Kreis herumgeschleudert wurde.
Bei der Behandlung der Kreisbewegung kann man nun darauf bauen, dass die Schüler bereits wissen,
dass die Beschleunigung nach innen weist. An einer Simulation kann man außerdem a ~ 1/r
und a ~ v² vermuten. Eine deduktive Herleitung der Zentripetalbeschleunigung a = v²/r wird aus
Zeitgründen und wegen geringem Nutzen der mathematischen Umformungen nicht empfohlen.
Wenn man die Gleichung begründen will, ist deshalb eine kurze qualitative Begründung sinnvoller:
Bei doppelter Schnelligkeit ist auch der im Zeitintervall ∆t überstrichene Winkel doppelt so groß,
was bei kleinen ∆t näherungsweise zur vierfachen Geschwindigkeitsänderung führt (siehe Abb.
5.23) (Dorn, Bader, 1975, S. 119; Heuer, 1980, S. 73). Trotz dieses Wissens über die Beschleunigung
gehen die Schüler in der Regel von einer Kraft nach außen aus. Hier ist nun auch nochmals an
die Versuche anzuknüpfen, die bereits beim ersten newtonschen Gesetz diskutiert wurde. Außerdem
stellen sich alle Schüler an einem aufgezeichneten Kreis auf und versuchen durch Schläge oder Tritte
auf ein geradeaus fahrendes, batteriebetriebenes Fahrzeug dieses auf die Kreisbahn zu zwingen
(Labudde, 2002, S. 281). Anhand der einfachen Versuche, sehen die Schüler, dass auf das Fahrzeug
eine Kraft nach innen auszuüben ist und der Mitfahrer im Vergleich zum Fahrzeug von einer Kraft
nach außen ausgeht, die objektiv nicht vorhanden ist und als Scheinkraft bezeichnet wird. Das Ge-