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

68 4 Interventionsstudie zur graphischen Modellbildung mit VisEdit
sind für das Verständnis physikalischer Zusammenhänge wenig hilfreich. Eine Einführung in Vis-
Edit und in die Modellbildung im Rahmen der Kinematik einschließlich dem Arbeiten mit den Simulationen
ist so in einer Unterrichtsstunde möglich.
Bei der Anwendung des zweiten newtonschen Gesetzes gibt es zahlreiche Möglichkeiten für Modellbildung.
Ein im Unterricht behandeltes Beispiel ist ein Wagen auf der schiefen Ebene. Der Vorteil
dieses thematischen Bereichs liegt darin, dass hier sukzessive weitere Kräfte hinzugefügt werden
können. Dass nur eine konstante Hangabtriebskraft wirkt, ist noch einfach. Interessanter wird
es, wenn durch eine Feder am Fahrbahnende eine weitere Kraft ins Spiel kommt, die den Wagen
wieder nach oben reflektiert, denn es handelt sich in diesem Falle um eine ortsabhängige Kraft. Da
der Wagen in diesem Modell unrealistischerweise wieder die Ausgangshöhe erreicht, wünschen
sich die Schüler eine Berücksichtigung der
Reibung, so dass eine dritte Kraft hinzukommt
(siehe Abb. 4.10). Diese Rollreibungskraft
ist zwar betragsmäßig konstant,
aber von der Bewegungsrichtung, also der
Geschwindigkeitsrichtung, abhängig. Die
Vorteile dieser Modellbildung sind, dass der
entsprechende reale Versuch immer wieder
vorgeführt werden kann, die Schüler sich
eine realistische Berechnung mit Berück- Abb. 4.10: Modell zur schiefen Ebene mit Reflexion und
sichtigung der Reibung wünschen und insge- Reibung
samt ein komplexer Ablauf (mit komplexen
Graphen, siehe Abb. 4.11) vorliegt, bei dessen
Modellierung einige Fehlvorstellung
auftreten, die diskutiert werden können. Hier
wird das Grundprinzip deutlich, dass immer
alle Kräfte berücksichtigt werden müssen
und diese mit ihrer Richtung addiert die
„Summe der angreifenden Kräfte“ ergeben,
die die Beschleunigung bestimmt. Es ist sogar
möglich, eine vierte Kraft zu berücksichtigen,
wenn man annimmt, dass auf dem
Wagen ein ferngesteuerter Propeller montiert
ist. Da nicht nur das Modell gemeinsam er- Abb. 4.11: Ausgabe zum Modell der schiefen Ebene
stellt wurde, sondern auch mit den entstandenen
Simulationen gearbeitet wurde, indem die Schüler schriftlich Vorhersagen machen sollten,
wurden dazu zwei Unterrichtstunden benötigt. Wenn man noch mehr vorhersagen lässt und ausführlicher
diskutiert, könnte man auch drei oder vier Unterrichtsstunden lang sinnvoll mit diesem Vorgang
im Unterricht arbeiten. Sinnvoll ist z.B. ein Vergleich des Modells mit einer Realmessung.