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

70 4 Interventionsstudie zur graphischen Modellbildung mit VisEdit
die Schüler besonders der ehemalige Weltrekord für Höchstgeschwindigkeit beim Fahrradfahren
(226,1 km/h) faszinierte, bei dem ein Fahrradfahrer 1,2 km hinter einem Chevrolet mit aufmontiertem
Windschutz fuhr (mittlerweile überboten).
Schließlich wurde auch noch eine Unterrichtsstunde zur Modellierung einer Federschwingung verwendet.
Im traditionellen Unterricht wird meist erst begründet, dass man die Gewichtskraft nicht
berücksichtigen muss und dass auch von der neuen Ruhelage aus das hookesche Gesetz gilt, um
dann den Vorgang mit nur einer Kraft beschreiben zu können. Hier konnte der Ablauf von der ungedehnten
Feder aus (entsprechend dem in der achten Klasse gelernten hookeschen Gesetz) unter
Berücksichtigung beider Kräfte modelliert werden. Die Schüler sollten dann nach der Modellierung
auch auf einem Arbeitsblatt für ausgewählte Zeitpunkte Größe und Richtung von Gewichtskraft,
Federkraft und Summe der Kräfte qualitativ mit Pfeilen angeben.
4.5 Unterrichtserfahrungen
4.5.1 Beobachtungen im Unterricht
Eine qualitative Beobachtung der Schüler während dem Unterricht der Interventionsstudie konzentrierte
sich auf die Schwierigkeiten, die die Schüler beim Erstellen der Modelle hatten. Insbesondere
lag das Interesse dabei auf Fehlvorstellungen, die die Schüler nach dem traditionellen Kinematik-/
Dynamikunterricht zeigten, die also im traditionellen Unterricht nicht verändert oder sogar erst erzeugt
wurden.
Zuerst wurden die grundlegenden Definitionen v = )x/)t und a = )v/)t und das fundamentale Gesetz
F = m·a als die Grundlage der Modellbildung wiederholt und insbesondere ausführlich veranschaulicht,
wie der Computer durch Aufaddieren der Änderungen )x bzw. )v den Ort bzw. die Geschwindigkeit
berechnet. Als in späteren Stunden wieder nach einem allgemeinen, immergültigen Zusammenhang
zwischen s und v bzw. v und a gefragt wurde, kam immer sofort eine Bewegungsfunktion
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wie s = v ⋅t
oder v = a ⋅t
oder s = a ⋅t
und es schien, als wäre es den Schülern neu, dass diese nur
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für die Spezialfälle konstanter Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung gelten. Die Frage nach der
Definition von v oder a konnte in der Regel keiner beantworten. Nur gemeinsam und mit etwas Hilfe
gelang es den Schülern dann zu reproduzieren, dass es auf die Änderungen dieser Größen ankommt,
wie diese berechnet werden und dass diese aufaddiert werden. Dies ist nicht verwunderlich,
denn die Definitionen, die am Anfang des Kinematikunterrichts einmal auftauchen, werden später
nie wieder gebraucht. Man müsste also unbedingt mehr Aufgaben stellen, die mit den Definitionsgleichungen
zu lösen sind.
Ein Modell für die schiefe Ebene nur mit Hangabtriebskraft war relativ einfach zu erstellen. In einer
weiteren Modellbildung sollte dann die Feder berücksichtigt werden, die am Ende der Bahn angebracht
war. Mit zwei Kräften (Hangabtriebskraft und Federkraft) waren die Schüler aber überfordert:
In der Formel F = mθ a war für die Schüler F die eine wirkende Kraft und nun wussten sie
nicht, welche Kraft denn nun F ist. Dass alle Kräfte berücksichtigt werden mussten, hatten sie zwar