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

6 Evaluation eines Unterrichtskonzeptes 159
zum Zweiten Staatsexamen hat THEISMANN (2003) beim Thema „Schwingungen“ (als Anwendung
der newtonschen Dynamik) die Schüler in fünf Gruppen geteilt, von denen jede drei Stunden eine
harmonische oder anharmonische Schwingung anhand eines Arbeitsblattes eigenständig bearbeitete
und anschließend der Klasse vorstellte, wobei auch Modellbildung integriert wurde 10 . Das eigenständige
Modellieren mit VisEdit fiel den Schülern leicht. Erst durch diese Eigentätigkeit mussten
die Schüler unterscheiden lernen, welche Erkenntnisse dem Experiment entnommen waren und
welchen Stellenwert die Simulation des Modells im Vergleich dazu hat, so dass die Schüler einen
vertieften Einblick in die Arbeitsweise der Physik bekamen.
Die beiden Beispiele zeigten, dass die im Konzept verwendete Modellbildung ein motivierender
und auch erweiterbarer Ansatz ist. Deutlich wurde auch, wie interessant und lehrreich der Vergleich
von Messung und Modell im gleichen Softwareprogramm ist, wobei hier aber ein gewisser Aufwand
betrieben werden musste. Die beiden Arbeiten zeigen ferner, dass das Unterrichtsprinzip
„Vorhersagen im Physikunterricht“ (Kapitel 5.4.4) erfolgreich übernommen wurde.
6.3.3.2 Modellbildung in Prüfungsaufgaben
Interessant ist außerdem, wie Schüler mit Prüfungsaufgaben umgingen, in denen sie ein Wirkungsgefüge
zeichnen sollten. In einer Klasse wurde für die Schüler unerwartet eine Stegreifaufgabe zur
Modellbildung geschrieben (Lehrer = Autor der Arbeit). In den vier Stunden zuvor wurde die schiefe
Ebene mit Reflexion und Reibung modelliert sowie die Hausaufgabe besprochen, in der ein Modell
zu einem Wagen erstellt wurde, der mit einer konstanten Zugmasse bzw. mit einer sich verkürzenden
Kette beschleunigt wurde. In der Stegreifaufgabe wurde die Situation beschrieben, dass eine
Person auf ein Trampolin springt, dessen Netz als eine Feder aufgefasst werden kann (Reibungskräfte
vernachlässigt). Dies ist physikalisch äquivalent zur schiefen Ebene mit Reflexion. Die Schüler
sollten ein vorgegebenes rudimentäres Wirkungsgefüge (siehe Abb. 6.3) auf dem Papier vervollständigen
und angeben, wie die Größen und die Gleichungen heißen, die zu ihrer Berechnung nötig
sind. In der zweiten Teilaufgabe sollten noch für bestimmte Situationen (Trampolin sehr leicht eingedrückt,
tiefster Punkt, Aufwärtsbewegung) die Kräfte (F_g, F_Tramp, F_ges) und Geschwindigkeit
und Beschleunigung als Pfeile eingezeichnet werden. Die Stegreifaufgabe fiel in beiden Teilen
gut aus, wobei es bei dem Wirkungsgefüge große Unterschiede gab. Drei Schüler (20 %) waren
überhaupt nicht in der Lage, ein einigermaßen sinnvolles Wirkungsgefüge zu zeichnen. Die Struktur
der anderen gezeichneten Wirkungsgefüge war im Wesentlichen richtig. Schwierigkeiten gab es fast
ausschließlich mit der Trampolinauslenkung, die vom Ort abhängt und die Federkraft bestimmt. Bei
10 Die Schüler sollten dabei den Ablauf beobachten, Graphen schriftlich vorhersagen, den Ablauf mit VisEdit modellieren
und mit PAKMA messen, Modell und Messung vergleichen, eine ergänzende Simulation mit dynamisch ikonischen
Repräsentationen beobachten und Parameter verändern. Verwendet wurde 1. ein vertikal schwingendes Federpendel
(Messwerterfassung mit der Maus, ebenso in VisEdit programmiert), 2. ein Stabpendel (Messwerterfassung
über einen Joystick über ein selbst geschriebenes Programm und Datenimport in PAKMA), 3. ein Wagenpendel auf
der Luftkissenbahn mit zwei verschieden großen Zuggewichten an den beiden Seiten (Goldkuhle, 1997, S. 63 - 69)
(Messwerterfassung mit der Maus, ebenso in VisEdit programmiert), 4. eine im U-Rohr schwingende Wassersäule
(Messwerterfassung mit dem Videoanalyseprogramm Galileo und Datenimport in PAKMA) und 5. ein Schiefe-
Ebene-Pendel mit einer Kugel auf einer geknickten Rollbahn (Messwerterfassung über eine Digitalwaage über die serielle
Schnittstelle ergab Probleme mit der gewählten, nicht geeigneten Waage).