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

4 Interventionsstudie zur graphischen Modellbildung mit VisEdit 57
in Coach 5 möglich, wobei dort auch die Videoanalyse selbst möglich ist, so dass die Daten nicht
importiert werden müssen.
Zusammenfassend kann man sagen, dass bei Modellbildungssystemen zuerst ein bestimmter Vorgang
vom Schüler beobachtet, in Erinnerung gerufen oder im Experiment untersucht wird. Dann
werden Vermutungen über die zur Beschreibung des Vorgangs heranzuziehenden Größen gemacht
und Hypothesen aufgestellt, zwischen welchen Größen welche Beziehungen bestehen. Dafür ist ein
tieferes Verständnis der physikalischen Grundbegriffe und -regeln notwendig. So muss sich der
Schüler z.B. zuerst fragen, welche Körper in Wechselwirkung stehen und welche Kräfte auf den
betrachteten Körper einwirken. Entsprechend wird ein „Wirkungsgefüge“ erstellt. Dieses Modell
wird dann vom Computer berechnet und vom Schüler durch den Vergleich zwischen einerseits erwartetem
bzw. gemessenem und anderseits simuliertem Verhalten bewertet oder verändert.
Im Gegensatz zu anderen Modellbildungssystemen kann man mit VisEdit auch wie mit einer Tabellenkalkulation
zu einem Satz vorgegebener Werte andere Werte nach Gleichungen berechnen. Die
veränderbaren Werte werden dabei sinnvollerweise in PAKMA über Schieber eingegeben und eine
statische Animation wird entsprechend den berechneten Werten ausgegeben (Beispiel: Heuer,
2003b, S. 33 f.). Man kann dies eine statische Modellbildung nennen im Gegensatz zur dynamischen
Modellbildung, die hier ausschließlich betrachtet wird. Diese statische Modellbildung könnte
aber im Unterricht zur Vorbereitung auf eine dynamische Modellbildung genutzt werden. Des Weiteren
ist es mit VisEdit (über eine Sammelgröße) möglich, dass eine dieser Eingabegröße kontinuierlich
erhöht wird. Damit kann man dann wie mit einem Funktionsplotter Funktionen zeichnen (die
nicht zeitabhängig sind). Auch hier handelt es sich nicht mehr um dynamische Modellbildung, deren
Zweck die Lösung von Differentialgleichungen durch numerische Integration über die Zeit ist.
Aber auch hier wird visuell deutlich, welche Größen auf welche Größen einen Einfluss haben.
Die Möglichkeiten der Programmierung einer Messung, der Vergleich eines Modells mit Messdaten
oder einem Video und die Möglichkeiten einer statischen Modellbildung zeigen, dass Vis-
Edit/PAKMA ein sehr leistungsstarkes Modellbildungssystem ist. Zu beachten ist aber, dass es einige
Einarbeitungszeit kostet, wenn man alle diese Funktionen nutzen will.
4.2 Didaktische Begründung für den Einsatz von Modellbildungssystemen
4.2.1 Betonung der physikalischen Struktur
Wichtige Aussagen über physikalische Abläufe können prinzipiell auf unterschiedliche Weise dargestellt
werden, nicht nur in Graphen. Um die Abläufe von Versuchssituationen zu erklären oder bei
Variation von Parametern vorherzusagen, ist mehr nötig als die aufbereiteten Daten zu kennen.
Hierfür muss der Lernende Vorstellungen einbringen, wie eine Größe eine andere beeinflusst, wobei
auch die Abhängigkeiten von bestimmten Bedingungen und von weiteren Größen zu berücksichtigen
sind. Dies ist aber i. Allg. nur ein Glied in einer Kette von Abhängigkeiten, die zu bedenken
sind, um den gesamten Ablauf zu verstehen. Um Vorstellungen beim Lernenden zu unterstützen,
wie Einzelabhängigkeiten untereinander verknüpft sind, kann man solche Wirkungszusammenhänge
auch dadurch sichtbar machen, dass in einer Skizze an der Tafel die Beziehungen zwi-