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

4 Interventionsstudie zur graphischen Modellbildung mit VisEdit 55
system durchführen kann, aber für Schüler im Detail nicht nachvollziehbar sind.
Die Abb. 4.3 zeigt, wie die Größen in den älteren Modellbildungssystemen STELLA oder Dynasys
eingegeben werden. Durch eine Rohrleitung fließen Ortsänderungen in den Zustandsbehälter Ort.
Die Änderungsrate ds/dt ist das Ventil, das den Zufluss steuert. ds/dt, ist aber die Geschwindigkeit.
Diese entsteht genauso. Häufig wird die Änderungsrate auch gleich v genannt und die Zustandsgröße
dann „Geschwindigkeit“. Die Geschwindigkeit tritt also unvermeidbar doppelt auf – einmal als
normale Größe und einmal als Änderungsrate.
Das Modellbildungssystem VisEdit unterscheidet
sich in einigen Punkten von anderen Modellbildungssystemen,
die meist an STELLA orientiert
sind. Ein struktureller Unterschied ist die Symbo- Abb. 4.4: Eingabe in VisEdit
lik, die hier für sinnvoller gehalten wird. So tritt in
VisEdit (wie in Coach 5) die Geschwindigkeit nicht doppelt, sondern nur einfach auf (Abb. 4.4).
Dadurch werden die Modelle übersichtlicher.
Ein entscheidender Unterschied ist aber, dass in STELLA oder Dynasys die Änderungsrate, z.B.
dv/dt, also die Ableitung verwendet wird, während in VisEdit und Coach 5 nur die Änderung, z.B.
)v in einem festen Zeitintervall )t verwendet wird. Das ist sinnvoll, weil sich Schüler mit Ratengrößen
sehr schwer tun, während eine Änderung anschaulicher ist. BLISS (1994, zitiert bei Sander,
2000, S. 49, Originalliteratur nicht ausleihbar) berichtet, dass selbst Studierende Probleme mit der
Änderungsrate hatten. Schließlich aber verwendet eh jedes System zum Berechnen die Änderung –
deshalb sollte man dies auch deutlich machen. In VisEdit und Coach 5 muss die Gleichung für die
Änderung (z.B. ∆x = v�∆t), also die umgeformte Definition von Geschwindigkeit und Beschleunigung,
auch explizit eingegeben werden, während in STELLA/Dynasys der Computer dies selbst
aufgrund der Symbolik tut. Das ist ungeschickt, weil ja die grundlegenden Formeln im Physikunterricht
bewusst gemacht werden sollen.
4.1.2 Besondere Möglichkeiten bei einer Modellbildung mit PAKMA/VisEdit
Die meisten Modellbildungssysteme bieten als einzige Darstellungsmöglichkeit der Berechnung die
Ausgabe von Graphen an. Bei einer Modellbildung in VisEdit und der Ausgabe in PAKMA können
außer Graphen auch dynamisch ikonische Repräsentationen genutzt werden wie Pfeile oder Animationen.
Diese helfen, immer den Zusammenhang zum realen Vorgang im Blick zu behalten und
Fehler im Modell schnell ohne Grapheninterpretation zu erkennen. Während in anderen Programmen
der gesamte Graph auf einmal präsentiert wird, ist es in PAKMA auch möglich, ihn langsam
entstehen zu lassen und dabei passende Animationen und Pfeile zu beobachten, die die Größen auf
andere Weise repräsentieren.
Hat man einen physikalischen Vorgang modelliert, so stellt sich häufig die Frage, inwieweit das
Modell der Wirklichkeit entspricht. Im Gegensatz zu anderen Modellbildungssystemen ist mit Vis-
Edit und PAKMA ein direkter Vergleich von Experiment und Modell möglich, was kein anderes
Modellbildungssystem in dieser Form bietet, obwohl das Wechselspiel von Modellieren und Experimentieren
als wichtig angesehen wird (Sander et al. 2001, S. 149). SANDER (2000, S. 243) und