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

5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik 87
Grundlegende Prinzipien dieses Unterrichts sind die Einführung der kinematischen Begriffe anhand
von zweidimensionalen Bewegungen, die Betrachtung der Änderungen x �
∆ und v �
∆ und die Nutzung
dynamisch ikonischer Repräsentationen. Als wichtiger Schritt für eine aktive Auseinandersetzung
werden Vorhersagen gefordert und qualitative Aufgaben verwendet. Eine wichtige Rolle spielen
komplexe Experimente, in denen mehrere Kräfte und Reibung wirken, und der Einsatz graphischer
Modellbildung.
5.2 Vorarbeiten in Würzburg
Im Jahr 1994 wurde in einer empirische Erhebung (Wilhelm, 1994) ermittelt, wieweit bayerische
Gymnasiasten (10 Gymnasialklassen, 188 Gymnasiasten) und Fachoberschüler nach dem Dynamikunterricht
bei Aufgaben zu eindimensionalen Bewegungen noch entsprechend den typischen
Schülervorstellungen antworten und bei welcher Fragestellung eher „aristotelisch“ bzw. eher „newtonsch“
geantwortet wird (Wilhelm, 1994, S. 72 – 146; Heuer, Wilhelm, 1997). Außerdem wurde in
dieser Arbeit ein neues Unterrichtskonzept für die Dynamik geradliniger Bewegungen vorgeschlagen
und teilweise im Unterricht getestet (Wilhelm, 1994, S. 147 - 188). Grundideen dieses Vorschlages
waren � die Nutzung verschiedener Darstellungen mit Hilfe dynamisch ikonischer Repräsentationen,
wie sie auch hier genutzt werden, � die Betonung des Gespräches mit den Schülern, die
die Ergebnisse formulieren und beschreiben bzw. vorhersagen sollten und � die Nutzung von Versuchen,
bei denen variable Kräfte, mehrere Kräfte gleichzeitig und Reibungskräfte wirken, sowie
eine kontinuierliche Messung mit einem Messwerterfassungssystem. Dazu wurde ein Versuchsaufbau
(Wilhelm, 1994, S. 155 - 172) entwickelt, bei dem man die Hangabtriebskraft, die auf einen
Luftkissengleiter wirkt, ständig verändern kann und kontinuierlich erfasst und zusätzlich noch eine
konstante Zugkraft, eine konstante Schubkraft durch einen Propeller, eine konstante Gleitreibungskraft
oder eine geschwindigkeitsabhängige, bremsende Wirbelstromkraft wirken kann. Für die Kinematik,
die nicht das Thema dieser Arbeit von WILHELM (1994) war, wurde dennoch bereits in
dieser Arbeit vorgeschlagen, bei der Beschleunigung den Geschwindigkeitsänderungsvektor v �
∆ als
Differenz der Geschwindigkeit vor und nach jedem Zeitintervall als Elementarisierung zu verwenden.
Zu diesem Konzept wurden zwar einige Unterrichtserfahrungen gesammelt, aber kein kompletter
Lehrgang unterrichtet. Außerdem wurde das Konzept, abgesehen von den Grundideen, nicht
ausführlich und detailliert beschrieben und keine empirischen Untersuchungen zur Effektivität
durchgeführt.
JÄGER hat in einer Staatsexamensarbeit dieses Dynamik-Konzept mit einem Konzept zur eindimensionalen
Kinematik ergänzt und schulische Erfahrungen mit dem Gesamtkonzept im Schuljahr
1995/96 beschrieben (Jäger, 1996). Im Schuljahr 1996/97 wurde erneut eine weitere Klasse (11.
Jahrgangsstufe) mit diesem mittlerweile leicht veränderten Konzept unterrichtet und von KOLLER in
einer Staatsexamensarbeit mit verschiedenen empirischen Erhebungen begleitet (Koller, 1997).
GALMBACHER hat in einer weiteren Examensarbeit zu diesem Unterricht - hauptsächlich zum Kinematikteil
(eindimensional) - ein Lehrbuch für Schüler geschrieben (Galmbacher, 1997). ALBERT
hat in einer Staatsexamensarbeit eine Fülle von Experimenten zum dritten newtonschen Gesetz mit
Messwerterfassung entwickelt und damit dieses Unterrichtskonzept um ein weiteres Thema ergänzt.