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

254 8 Zusammenfassung
ebenso vielen „Masse beeinflusst Kraft“. D.h. diese Schüler haben das zweite newtonsche Gesetz
nicht verstanden, sondern nur die Formel F = m� a gelernt.
Mit Hilfe des „Maryland Physics Expectations Survey“ wurde festgestellt, dass die Gymnasiasten
(N = 336) eine deutlich andere Sicht von der Natur physikalischen Wissens und von der Natur des
Lernens physikalischen Wissens haben als Experten (Kapitel 6.6.2). Diese Sicht verschlechtert sich
im Mittel sogar noch leicht (teilweise signifikant) durch den Mechanikunterricht. Auffällig ist auch,
dass Schüler aus der Oberstufe des bayerischen Gymnasiums bei der deutschen Testversion deutlich
ungünstigere Ansichten äußern als Studenten aus amerikanischen Universitäten bzw. Colleges beim
amerikanischen Originaltest. Am größten ist der Unterschied bei der Rolle der Mathematik, denn
bei den bayerischen Schülern hat ein größerer Anteil die Ansicht, dass Gleichungen für das Aufgabenlösen
einfach hingenommen und gelernt werden müssen. 83 % der Schüler stimmen außerdem
der Aussage zu, dass es bei physikalischen Aufgaben darum geht, die richtige Gleichung zu finden.
Die Einteilung der Items in die einzelnen Subskalen kann allerdings aufgrund von Faktorenanalyse
und Reliabilitätsanalyse kritisch gesehen werden. Es wurde ferner festgestellt, dass ein gewisser
Zusammenhang zwischen den Vorstellungen über die Natur der Physik bzw. über das Lernen der
Physik und dem Verständnis des newtonschen Kraftkonzeptes besteht, aber kein Zusammenhang
zwischen diesen Vorstellungen und dem relativen Lernzuwachs in der newtonschen Mechanik (Kapitel
6.6.4).
Insgesamt heißt das, dass der herkömmliche Mechanikunterricht weit hinter den gestellten Erwartungen
zurückbleibt und nur wenig qualitatives Verständnis erreicht.
8.2 Ideen des entwickelten Unterrichtskonzeptes
Dynamisch ikonische Repräsentationen als bildhafte, bewegte Darstellungen physikalischer Größen
ermöglichen es dem Lehrer, physikalische Größen und Aussagen auf verschiedene Arten zu veranschaulichen
(Kapitel 3.2). Sowohl der zeitliche Verlauf einer Größe als auch die Beziehungen zwischen
verschiedenen Größen können auf verschiedenen Abstraktionsniveaus gezeigt werden. In
dem entwickelten Unterrichtskonzept wurden dynamisch ikonische Repräsentationen als Hilfe zur
Veränderung von Schülervorstellungen genutzt, insbesondere die Darstellung vektorieller Größen
durch Vektorpfeile.
Dadurch wird ein Einstieg in die Kinematik über eine allgemeine zweidimensionale Bewegung
möglich, an der die kinematischen Größen eingeführt werden (Kapitel 5.3.1 – 5.3.2). So werden die
Schüler von Anfang an mit dem vektoriellen Charakter der Größen Geschwindigkeit und Beschleunigung
vertraut. Die Betrachtung des Geschwindigkeitsänderungsvektors v �
∆ kann außerdem als
Elementarisierung des Beschleunigungsvektors gesehen werden. Zur Messwerterfassung zweidimensionaler
Bewegungen werden vier verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen (Kapitel 5.3.3),
wobei in der unterrichtlichen Umsetzung vor allem die PC-Maus, auch in Schülerübungen, verwendet
wurde.
In der Dynamik kann mit dieser Darstellung und mit einer kontinuierlichen Messung gezeigt werden,
dass das Grundgesetz der Mechanik (= zweites newtonsches Axiom) selbst bei veränderlicher
Kraft in jedem Augenblick gilt. Auch Versuche mit mehreren Kräften und Reibungskräften sowie