Konzeption und Evaluation eines Kinematik/Dynamik-Lehrgangs zur ...
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240 7 Weiterer Einsatz von Teilen des Gesamtkonzeptes Antwort Untersuchung Treatmentgruppe 2 MultiMechanicsProject, 2004, N = 33, 2 Leistungskurse Rheinland-Pfalz Kontrollgruppe WILHELM 1994, nach trad. Unterricht, N = 188, 10 bayerische Klassen Treatmentgruppe 1 WILHELM 2003, nach Konzept, N = 151, 7 bayerische Klassen Vorzeichen richtig 36 % ♠ 7 % ♥ ♠ 39 % ♥ Vorzeichen fast-richtig 6 % 10 % 10 % + :=“schneller“ - :=“langsamer“ 15 % 36 % ♥ 14 % ♥ Vorzeichen entsprechend v � statt a � 36 % 41 % ♥ 25 % ♥ restliche Vorzeichenkombinationen 6 % 6 % 12 % Pfeile richtig: ��� 36 % ♠ 9 % ♥ ♠ 42 % ♥ Pfeile fast-richtig: �0� 9 % 19 % 18 % Pfeile entsprechend der +/- Antwort: �0� 3 % 4 % 7 % Pfeile entsprechend v � statt a � : �0� 52 % ♣ 62 % ♥ 27 % ♥ ♣ restliche Pfeilkombinationen 0 % 6 % 6 % Tab. 7.5: Auswahlhäufigkeiten bei der Aufgabe „Beschleunigung beim Münzwurf“ vor und nach konventionellem Unterricht, Quelle: Eigene Erhebung. Werte mit gleichem Symbol (♥, ♠ bzw. ♣) unterscheiden sich signifikant (χ²-Test, 0,01-Niveau). 7.3.3.4 Aufgaben zur eindimensionalen Dynamik Um das Verständnis des newtonschen Kraftbegriffes bzw. des zweiten newtonschen Gesetzes abzuprüfen, wurde ebenso der Test „Fragen zu Kraft und Bewegung“ eingesetzt (siehe Kapitel 6.4.2.1 und 6.5.1), bei dem nur eindimensionale Bewegungen betrachtet werden. Beim Vortest waren die Leistungskursschüler zwar wie erwartet besser als die bayerischen Schüler, aber die Unterschiede in allen Fällen sind nicht signifikant (5 %-Niveau). Wenn die möglichen Antworten als Text formuliert waren, waren die Ergebnisse der Schüler der beiden Kurse beim Nachtest signifikant besser als bei konventionell unterrichteten bayerischen Elftklässlern (50 % statt 32 %, Effektstärke d = 0,53) (siehe Tab. 7.6). Der Unterschied zur bayerischen Treatmentgruppe ist dagegen auch beim Nachtest nicht signifikant. Wenn die Schüler zu beschriebenen Bewegungen dagegen je den passenden Zeit-Kraftgraphen auswählen sollten, waren die MultiMechanics-Project-Schüler im Nachtest sowohl signifikant besser als die herkömmlich unterrichteten Elftklässler (53 % statt 21 %, Effektstärke d = 0,95) als auch signifikant besser als die Schüler der Treatmentgruppe (53 % statt 34 %, Effektstärke d = 0,48). Berechnet man die individuellen relativen Zugewinne der Schüler, so sind die Unterschiede auch hier signifikant. Bei den Schülern der beiden Leistungskurse liegt außerdem der Fall vor, dass die Kraftitems mit Grapheninterpretation leicht (aber nicht signifikant) besser als die Kraftitems mit Textantworten gelöst werden, was nur sehr selten bei einzelnen Klassen auftritt. Bei den anderen beiden Schülergruppen werden die Graphenaufgaben signifikant schlechter beantwortet. Die MultiMechanics- Project-Schüler scheinen also auch in schwierigen Kontexten keine Probleme mit Grapheninterpre-
7 Weiterer Einsatz von Teilen des Gesamtkonzeptes 241 tation zu haben und die falschen Antworten gehen unabhängig von der Darstellung auf falsche Vorstellungen zurück. Itemgruppe Schülergruppe vorher nachher rel. Zugewinn MultiMechanics Project (N = 30) 24 % 50 % ♠ 34 % 7 Textaufgaben (zum Schlitten) Tradit. Bayern (N: 373 bzw. 188) 14 % 32 % ♥ ♠ (20 %) nach Konzept (N = 211) 16 % 39 % ♥ 27 % MultiMechanics Project (N = 30) 16 % 53 % ♠ ♣ 45 % ♣ 7 F(t)-Aufgaben Tradit. Bayern (N: 373 bzw. 188) 9 % 21 % ♥ ♠ (14 %) nach Konzept (N = 211) 11 % 34 % ♥ ♣ 26 % ♣ Tab. 7.6: Vergleich der Ergebnisse der Kraft-Subgruppen beim Test „Fragen zu Kraft und Bewegung“. Werte mit gleichem Symbol (♥, ♠ bzw. ♣) unterscheiden sich signifikant (Mann- Whitney-U-Test, 5 %-Niveau zweiseitig) 7.3.3.5 Ergebnisse beim FCI-Test Trotz einiger Kritik an dem FCI-Test kann der Gesamtwert des international bekannten und genutzten Tests zur Erhebung des Verständnisses des newtonschen Kraftkonzeptes verwendet werden (siehe Kapitel 6.5.1). Vergleichswerte von deutschen Physikleistungskursen sind allerdings nur sehr wenige bekannt: SCHECKER und GERDES (1999, S. 80) geben Vor- und Nachtestwerte von zwei konventionell unterrichteten Leistungskursen aus Bremen an (sowie von zwei Leistungskursen der DFG-Studie „Physiklernen mit Modellbildungssystemen“, die im Durchschnitt geringere Nachtestwerte erreichten). Unabhängig davon, ob man die Schüler des MultiMechanics Project nun mit diesen Bremer Leistungskursen, mit konventionell unterrichten bayerischen Klassen (siehe Kapitel 6.5.1.2) oder mit den Klassen des Projektes „Innovativer Kinematik-/Dynamikunterricht“ (siehe Kapitel 6.5.1.3) vergleicht, ergibt sich: Die Schüler haben nicht nur die höchsten Vortestwerte, sondern auch die höchsten Nachtestwerte und den größten relativen Zugewinn (siehe Tab. 7.7). Der Unterschied zu den herkömmlich unterrichteten bayerischen Klassen ist dabei bei Vortest, Nachtest und relativen Zugewinn signifikant (0,001-Niveau). Der Unterschied zu den bayerischen Klassen der Treatmentgruppe ist ebenso bei Vortest und Nachtest signifikant (0,05-Niveau), aber nicht beim relativen Zugewinn. Dass beim relativen Zugewinn zwischen diesen beiden Gruppen kein signifikanter Unterschied ist, obwohl im MultiMechanics Project mehr Zeit im Leistungskurs zur Verfügung stand, gibt Anlass zu der Vermutung, dass das schülerorientierte Vorgehen mit viel Gruppenarbeit keinen wesentlichen Vorteil gegenüber lehrergeleiteten Vorgehen in Bezug auf das Verständnis des newtonschen Kraftbegriffes ergibt, sondern didaktische Vorgehensweisen entscheidender sind. Als weitere Vergleichsmöglichkeit bietet sich an zu schauen, wie Studenten naturwissenschaftlicher bzw. technischer Studiengänge zu Beginn ihres Studiums, also nach einem Mechanik-Schulunterricht, beim FCI-Test abschneiden. Zu bedenken ist allerdings, dass der entsprechende Unterricht hier einige Jahre zurückliegt und nur ein Teil der Studenten einen Physikleistungskurs besucht
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7 Weiterer Einsatz von Teilen des Gesamtkonzeptes 241<br />
tation zu haben <strong>und</strong> die falschen Antworten gehen unabhängig von der Darstellung auf falsche Vorstellungen<br />
<strong>zur</strong>ück.<br />
Itemgruppe Schülergruppe vorher nachher rel. Zugewinn<br />
MultiMechanics<br />
Project (N = 30)<br />
24 % 50 % ♠ 34 %<br />
7 Textaufgaben<br />
(zum Schlitten)<br />
Tradit. Bayern<br />
(N: 373 bzw. 188)<br />
14 % 32 % ♥ ♠ (20 %)<br />
nach Konzept<br />
(N = 211)<br />
16 % 39 % ♥ 27 %<br />
MultiMechanics<br />
Project (N = 30)<br />
16 % 53 % ♠ ♣ 45 % ♣<br />
7 F(t)-Aufgaben<br />
Tradit. Bayern<br />
(N: 373 bzw. 188)<br />
9 % 21 % ♥ ♠ (14 %)<br />
nach Konzept<br />
(N = 211)<br />
11 % 34 % ♥ ♣ 26 % ♣<br />
Tab. 7.6: Vergleich der Ergebnisse der Kraft-Subgruppen beim Test „Fragen zu Kraft <strong>und</strong><br />
Bewegung“. Werte mit gleichem Symbol (♥, ♠ bzw. ♣) unterscheiden sich signifikant (Mann-<br />
Whitney-U-Test, 5 %-Niveau zweiseitig)<br />
7.3.3.5 Ergebnisse beim FCI-Test<br />
Trotz einiger Kritik an dem FCI-Test kann der Gesamtwert des international bekannten <strong>und</strong> genutzten<br />
Tests <strong>zur</strong> Erhebung des Verständnisses des newtonschen Kraftkonzeptes verwendet werden<br />
(siehe Kapitel 6.5.1). Vergleichswerte von deutschen Physikleistungskursen sind allerdings nur sehr<br />
wenige bekannt: SCHECKER <strong>und</strong> GERDES (1999, S. 80) geben Vor- <strong>und</strong> Nachtestwerte von zwei<br />
konventionell unterrichteten Leistungskursen aus Bremen an (sowie von zwei Leistungskursen der<br />
DFG-Studie „Physiklernen mit Modellbildungssystemen“, die im Durchschnitt geringere Nachtestwerte<br />
erreichten). Unabhängig davon, ob man die Schüler des MultiMechanics Project nun mit diesen<br />
Bremer Leistungskursen, mit konventionell unterrichten bayerischen Klassen (siehe Kapitel<br />
6.5.1.2) oder mit den Klassen des Projektes „Innovativer <strong>Kinematik</strong>-/<strong>Dynamik</strong>unterricht“ (siehe<br />
Kapitel 6.5.1.3) vergleicht, ergibt sich: Die Schüler haben nicht nur die höchsten Vortestwerte, sondern<br />
auch die höchsten Nachtestwerte <strong>und</strong> den größten relativen Zugewinn (siehe Tab. 7.7). Der<br />
Unterschied zu den herkömmlich unterrichteten bayerischen Klassen ist dabei bei Vortest, Nachtest<br />
<strong>und</strong> relativen Zugewinn signifikant (0,001-Niveau). Der Unterschied zu den bayerischen Klassen<br />
der Treatmentgruppe ist ebenso bei Vortest <strong>und</strong> Nachtest signifikant (0,05-Niveau), aber nicht beim<br />
relativen Zugewinn. Dass beim relativen Zugewinn zwischen diesen beiden Gruppen kein signifikanter<br />
Unterschied ist, obwohl im MultiMechanics Project mehr Zeit im Leistungskurs <strong>zur</strong> Verfügung<br />
stand, gibt Anlass zu der Vermutung, dass das schülerorientierte Vorgehen mit viel Gruppenarbeit<br />
keinen wesentlichen Vorteil gegenüber lehrergeleiteten Vorgehen in Bezug auf das Verständnis<br />
des newtonschen Kraftbegriffes ergibt, sondern didaktische Vorgehensweisen entscheidender<br />
sind.<br />
Als weitere Vergleichsmöglichkeit bietet sich an zu schauen, wie Studenten naturwissenschaftlicher<br />
bzw. technischer Studiengänge zu Beginn ihres Studiums, also nach einem Mechanik-Schulunterricht,<br />
beim FCI-Test abschneiden. Zu bedenken ist allerdings, dass der entsprechende Unterricht<br />
hier einige Jahre <strong>zur</strong>ückliegt <strong>und</strong> nur ein Teil der Studenten einen Physikleistungskurs besucht
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