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

4 Interventionsstudie zur graphischen Modellbildung mit Vis-
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Zunächst werden Grundsätzliches zur Modellbildung, eine didaktische Begründung für den Unterrichtseinsatz
und Forschungsergebnisse in der Literatur vorgestellt (Kapitel 4.1 bis 4.3). Dann werden
die Interventionsstudie und deren Ergebnisse dargelegt (Kapitel 4.4 und 4.5).
4.1 Grundlegendes über Modellbildungssysteme
Ein physikalisches Modell ist „ein reales oder fiktives Gebilde derart, dass reale oder fiktive Beziehungen
zu dem Modellobjekt bestehen“ (Kircher, 1995, S. 95). Dieses Modell von einem Objekt
wird für einen bestimmten Zweck konstruiert, wobei Analogien zwischen bestimmten Entitäten des
Modells und des Objekts bestehen. Demnach „können (a) Gegenstände bzw. Gegenstandsarten
Modelle von bzw. für etwas sein, und es können (b) Theorien oder Satzklassen Modell von bzw. für
etwas sein“ (Essler, 1971, S. 39). Weitere Klassifikationen von Modellen gibt KIRCHER an (1995,
S. 136 – 140). SCHECKER nennt insbesondere gegenständliche Modelle, Gedankenmodelle und mathematische
Modelle (1998b, S. 22). Ein Gedankenmodell ist nach MEADOWS eine möglichst systematische
Reihe möglichst realer Annahmen über ein wirkendes System (Meadows et al., 1973, S.
14).
Die Bildung von Modellen ist eine grundlegende Methode der Physik. Im Kontext systemdynamischer
Modellierung bedeutet Modellbildung die Konstruktion eines Netzwerkes physikalischer Begriffe
und Beziehungen, mit denen das Verhalten eines physikalischen Systems beschrieben und vorausgesagt
werden kann (Schecker, 1998b, S. 23). Ein Modellbildungssystem ist ein Computerprogramm,
mit dem man physikalische Modelle konstruieren, durchrechnen und die Ergebnisse darstellen
kann. Diese Modelle sind formal mathematische Modelle, die wiederum Realisierungen eines
Gedankenmodells sind. Ziel solcher Modelle sind nicht eine Veranschaulichung eines Objektes,
sondern beobachtete Phänomene und Abläufe zu verstehen und neue Erkenntnisse über die komplexen
Zusammenhänge zu gewinnen.
4.1.1 Die Eingabe bei unterschiedlichen Modellbildungssystemen
Im Prinzip gibt es zwei Arten von Modellbildungssystemen: Gleichungsorientierte, programmiersprachennahe
Systeme und graphisch-strukturorientierte Systeme (auch graphikorientiert bezeichnet).
Gleichungsorientiert kann man Modellbildung mit einer Programmiersprache wie Basic oder
Pascal oder in Excel durchführen; dies wird unter dem Begriff „Methode der kleinen Schritte“ im
Unterricht eingesetzt. Allerdings kann man dabei nur das Euler-Verfahren als ein einfaches Näherungsverfahren
verwenden, das bei manchen Vorgängen falsche Ergebnisse liefert. Es gibt dazu
auch eigene Programme wie z.B. das alte Programm Dynamos zum Betriebssystem MS-DOS. Heute
sind Modellbildungssysteme in der Regel aber graphisch-strukturorientiert. Im Schulbereich am
bekanntesten sind STELLA, Powersim, Modus, Coach 5 und VisEdit und vor allem Dynasys, das
nach einer Lehrerbefragung von GRÖBER (2005, S. 34) das in Rheinland-Pfalz am meisten einge-
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