Lehrstuhl für Didaktik der Physik
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Mechanikkonzept für die 7. Klasse

Idee des Lehrgangs:

Im Rahmen einer integrativen Studie wurde ein Unterrichtskonzept für die Mechanik in der 7.Jahrgangsstufe des Gymnasiums erprobt, welches von zweidimensionalen Bewegungen zu dynamischen Betrachtungen überleitet, wie in der Vergangenheit immer wieder vorgeschlagen (Jung et al., 1977). Angeknüpft wird an die allgemein einsichtige Idee „Von nichts kommt nichts“ oder „Ohne Einwirkung keine Änderung“: Die Einwirkung einer Kraft führt zu einer Änderung der Geschwindigkeit: der Körper erhält eine Zusatzgeschwindigkeit. Dabei wird die Geschwindigkeit als Kombination von Tempo und Richtung der Bewegung definiert, und als Pfeil dargestellt.Als Ankerbeispiel dient im Verlauf des Lehrgangs immer wieder die kurzzeitige, senkrechte Einwirkung auf die Bewegung einer rollenden Kugel: Der Körper hat bereits eine Anfangsgeschwindigkeit und erhält eine Zusatzgeschwindigkeit in Richtung der Einwirkung, die von Einwirkstärke, Einwirkdauer und der Masse des Körpers abhängt. Aus den Pfeilen der Anfangs- und Zusatzgeschwindigkeit wird graphisch der Pfeil der Endgeschwindigkeit bestimmt. Über Je-Desto Beziehungen

  • je größer die Einwirkstärke bzw. die Einwirkdauer der Kraft, desto größer das Tempo der Zusatzgeschwindigkeit
  • je größer die Masse des Körpers, desto kleiner das Tempo der Zusatzgeschwindigkeit

gelangt man zur Newtonschen Bewegungsgleichung in der integralen Form

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die zur argumentativen Analyse verschiedener Situationen angewendet wird.

Forschungsansatz „Design-Based-Resarch“

Der Interventionsansatz versteht sich als Design-Based-Research Projekt: Ein Ansatz, der den „credibility gap“ zwischen fachdidaktischer Theorie und Praxis zu überbrücken sucht, indem im ingenieurwissenschaftlichen Sinne eine konkrete Problemstellung in enger Zusammenarbeit mit den Anwendern des Produktes, den Lehrkräften erarbeitet wird. Darüber hinaus wird das Design zum Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung der fachspezifischen Lehr-Lerntheorie im Bereich der Newtonschen Mechanik (Gräsel, 2004).

Vergleichsstudie zur Evaluierung des Mechanikkonzepts

Es fand ein Vortreffen der Lehrpersonen statt, bei dem ihnen das ausgearbeitete Unterrichtsmaterial (Schülerlehrtext als Klassensatz, Arbeitsblätter, Filme und Simulationen) zur Verfügung gestellt wurde. An der Vorstudie nahmen 15 Lehrkräfte mit 20 Klassen aus dem Raum Würzburg teil. Sie unterrichteten im Herbst 2008 nach dem dynamischen Konzept zur Evaluation der Materialien und Instrumente im Hinblick auf die Hauptstudie. An der Hauptstudie nahmen 10 Lehrkräfte mit 14 Klassen aus dem Raum München teil. Sie unterrichteten im Sommer 2008 nach dem klassischen Konzept und im Sommer 2009 nach dem neuen Konzept, so dass die Konstanz der Lehrpersonen in Kontroll- und Treatmentgruppe gesichert ist.

Veröffentlichungen zur Studie

Die im Unterricht verwendeten Materialien stehen zum Download zur Verfügung.

Materialien

Schülertext (2 MB)

Stroboskopbilder

1. Teil (6 MB)
2. Teil (18 MB)

Filme

Torschuss (13 MB)