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

2 Schülervorstellungen zur Kinematik und Dynamik 17
Sollen die Gymnasiasten nach dem Mechanikunterricht bei den eindimensionalen Bewegungen aber
Zeit-Graphen auswählen, geben ca. 50 % eine Antwort, die wenigstens einem gewissen Beschleu-
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nigungsverständnis entspricht ( a ~ ∆ v oder a ~ ∆v
), während ca. 40 % nur der Geschwindigkeit
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entsprechend ( a ~ v ) antworten (siehe 6.4.2.3). Die Kombination von „Beschleunigungsrichtung
ermitteln“ und „Graphen interpretieren“ ist bei eindimensionalen Bewegungen offensichtlich deutlich
schwerer als jede dieser Aufgaben allein. Sollen aber bei einer eindimensionalen Bewegung mit
Richtungsumkehr nur Vorzeichen angegeben werden, geben ebenso ca. 40 % Antworten, als wäre
nach der Geschwindigkeit gefragt worden (siehe 6.4.3.1). Ca. ein Drittel antwortet entsprechend der
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Schnelligkeitsänderung a ~ ∆ v und ca. ein Sechstel schafft eine Antwort, die wenigstens bis auf
den Umkehrpunkt richtig ist.
2.2.4 Zum Begriff „Kraft“
Zu Schülervorstellungen zum Begriff „Kraft“ wurden schon viele Untersuchungen durchgeführt.
SCHECKER (1985) legte in seiner Dissertation eine kurze Zusammenfassung der bis dahin gemachten
Untersuchungen über Schülervorstellungen vor (Es handelt sich hierbei um die Untersuchungen
von ARONS (1981), CHAMPAGNE et al. (1980), CLEMENT (1982), MCCLOSKEY (1983), JUNG, WIES-
NER, ENGELHARDT (1981), LEBOUTET-BARELL (1976), SCHENK (unveröffentlichtes Manuskript von
1983), TROWBRIDGE ET AL. (1980 und 1981), VIENNOT (1979), WARREN (1979), WATTS (1983) und
WHITAKER (1983)). Es kann hier nicht darum gehen, alle Ergebnisse der vielen bisher durchgeführten
Studien darzulegen, sondern lediglich darum, einen Überblick über die wichtigsten Erkenntnisse
zu geben. Andere neuere Übersichten über Schülervorstellungen zur Mechanik findet man z.B. bei
WIESNER (1994) und bei MÜLLER ET AL. (2004).
2.2.4.1 Der Clusterbegriff „Kraft“
Der Begriff „Kraft“ ist bei den Schülern - wie viele andere Worte der Umgangssprache - ein Sammelbegriff,
der nicht scharf definiert ist und vielfältige Bedeutungen haben kann. SCHECKER bezeichnet
einen solchen Begriff als „Clusterbegriff“ (Schecker, 1985, S. 270, oder Schecker, 1984b,
S. 196). „Kraft“ ist dabei nur ein sprachliches Zeichen für den Clusterbegriff Energie/Kraft/
Schwung/Wucht/Stärke/Gewalt usw.; es sind verschiedene Namen, die den gleichen Clusterbegriff
beschreiben. So ist auch „ F = m ⋅ a “ nur eine Formel für „Kraft“, wobei es für den Schüler noch
ganz andere Formeln geben kann. „Alle mechanischen Vorgänge (In-Bewegung-Setzen, Bewegung,
Bewegungsänderung, Verformung) erfolgen unter dem Einfluss von Kräften. Körper können Kraft
haben, Kraft ausüben, eine Kraft erfahren, Kraft speichern, Kraft verbrauchen usw. Kräfte sind die
bestimmenden Antriebe für alle Veränderungen in den Konfigurationen der materiellen Dinge“
(Schecker, 1985, S. 270). Die physikalischen Begriffe „kinetische Energie“, „Impuls“, „Leistung“,
„Kraft“ und „Kraftstoß“ passen so zu einzelnen Aspekten des Clusterbegriffes „Kraft“, jedoch
stimmen die Schülervorstellungen zum Teil mit keinem physikalischen Konzept überein. Es ist
nicht so, dass der Schüler das eine Wort „Kraft“ für verschiedene Begriffe verwendet, die er inhaltlich
trennen kann, oder dass er nur die Begriffe wie Vokabeln verwechselt; vielmehr sieht er keinen