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2021 | OriginalPaper | Chapter

4. Unterrichtskonzeptionen zur Dynamik

Authors: Thomas Wilhelm, Martin Hopf

Published in: Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Der traditionelle Dynamikunterricht beschränkt sich zunächst weitgehend auf einfache Situationen: auf geradlinige Bewegungen von Körpern mit konstanter Masse, auf die konstante Kräfte einwirken. Der Karlsruher Physikkurs betrachtet das Zu- oder Abfließen von Impuls, wobei zunächst auch nur eindimensionale Bewegungen betrachtet werden. Statt der Größe „Kraft“ wird die Größe „Impulsstromstärke“ betrachtet. In einer Konzeption für die Sekundarstufe I wird der Stoß als paradigmatisches Phänomen für Wechselwirkung angesehen und die Kraft über Stöße eingeführt, wobei das Schlüsselexperiment der Stoß auf eine rollende Kugel senkrecht zu deren Bewegungsrichtung ist. Eine Konzeption für die Sekundarstufe II mit computerbasierter Messwerterfassung betrachtet viele Vorgänge mit mehreren und nicht-konstanten Kräften, wobei die Messdaten nicht als Liniengraphen, sondern als Animation mit dynamischen Vektorpfeilen dargestellt werden.

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Footnotes
1
Wilhelm (2016).
 
2
Wilhelm und Wenzel (2016).
 
3
Historische Überlegungen sind zu finden bei Kuhn (2001), Dijksterhuis (1983), Wilhelm (2005a, S. 106 ff.) und Müller (2018).
 
4
Einen Überblick über mögliche Interpretationen des ersten Newton’schen Gesetzes gibt Stegmüller (1970, S. 118–129).
 
5
Man findet auch die Formulierung „Jeder Körper behält seinen Impuls bei, wenn keine Kraft auf ihn wirkt.“ Sie ist für das Verständnis ungeeignet, weil darin nicht deutlich wird, dass es sich dabei um die resultierende Kraft handelt.
 
6
Z. B. Bader (1979).
 
7
Dijksterhuis (1983, S. 530).
 
8
Dijksterhuis (1983, S. 520 f.).
 
9
Schecker (1985, S. 468).
 
10
Schecker (1987, S. 473).
 
11
Schecker und Wilhelm (2018).
 
12
Diesen Zugang hat diSessa (1980) unabhängig und parallel vorgeschlagen.
 
13
Wiesner (1994a); Wodzinski (1996).
 
14
Wilhelm und Wenzel (2016).
 
15
Eine didaktische Diskussion findet sich in Wilhelm (2016).
 
16
In Wilhelm, Reusch und Hopf (2016) wird dies an einem verblüffenden Beispiel vorgerechnet.
 
17
Wilhelm (2013a).
 
18
Wilhelm (2013b).
 
19
Thornton und Sokoloff (1997).
 
20
Wilhelm (1994); Heuer und Wilhelm (1997); Wilhelm (2005a).
 
21
Diese Aufgabe findet sich auch in Schecker und Wilhelm (2018, Übung 4.2, S. 85–86).
 
22
Hestenes, Wells und Swackhamer 1992; Gerdes und Schecker 1999.
 
23
Der FCI ist verfügbar unter http://​modeling.​asu.​edu/​R&​E/​Research.​html, wobei man sich für einen Download vorher registrieren muss. Auf Anfrage stellt H. Schecker eine eigene Übersetzung des FCI zur Verfügung.
 
24
Wilhelm (2005a); Wilhelm (2005b).
 
25
Hartmann (2004).
 
26
Dieser Beschreibung der Grundideen liegen die Unterrichtshilfen für Lehrkräfte zugrunde, die enthalten sind in: Herrmann, F. (Hrsg.). Der Karlsruher Physikkurs, Aufl. 2014, http://​www.​physikdidaktik.​uni-karlsruhe.​de/​kpk_​material.​html.
 
27
Herrmann und Job (2002); Herrmann und Job (2012).
 
28
Dieser Beschreibung der Mechanik-Unterrichtskonzeption liegen die Schülerbücher zugrunde, die enthalten sind in: Herrmann, F. (Hrsg.). Der Karlsruher Physikkurs, Auflage 2014, http://​www.​physikdidaktik.​uni-karlsruhe.​de/​kpk_​material.​html.
 
29
Die Debatte um den KPK kann hier nicht ausführlich wiedergegeben, siehe dazu z. B.: Hartwich und Starauschek (1998); Starauschek (2002); Herzog (2007); Herrmann et al. (2008); Will (2009); Strunk und Rincke (2015).
 
30
Wilhelm (2015).
 
31
Kleinere Studien sind von Kesidou und Duit (1991) und von Opitz (2000) aufgelegt worden.
 
32
Z. B. Jung, Reul und Schwedes (1977); Jung (1980).
 
33
Z. B. Wiesner (1992, 1993, 1994a, 1994b); Wodzinski und Wiesner (1994a, 1994b, 1994c); Hopf et al. (2008).
 
34
Waltner et al. (2010); Wiesner et al. (2010); Tobias (2010); Wilhelm et al. (2012); Wilhelm et al. (2013); Wiesner et al. (2016).
 
35
Die Windows-Simulation mit dem grünen Hintergrund wurde von Alexander Rachel erstellt. Sie ist unter http://​www.​thomas-wilhelm.​net/​simu_​stoss.​zip downloadbar. Eine neue HTML5-Simulation für jeden Browser wurde von Thomas Weatherby erstellt und ist startbar unter www.​thomas-wilhelm.​net/​stoss.​html. Eine entsprechende Version für Android-Tablets gibt es unter https://​play.​google.​com/​store/​apps/​details?​id=​com.​IDPFrankfurt.​CollSim und eine Version für iPads und iPhones unter https://​apps.​apple.​com/​app/​id1536603525.
 
36
Tobias (2010); Spatz et al. (2018).
 
37
Tobias (2010); Spatz et al. (2018).
 
38
Seiter, Krabbe und Wilhelm (2020).
 
39
Heuer (1988).
 
40
Heuer (1992b).
 
41
Heuer (1996).
 
42
Schönberger and Heuer (2002); Gößwein, Heuer und Suleder (2002); Gößwein, Heuer und Suleder (2003).
 
43
Wilhelm (1994, S. 147–188).
 
44
Jäger (1996); Koller (1997); Blaschke (1999).
 
45
Wilhelm und Heuer (2002a, 2002b, 2004); Wilhelm (2005a); Wilhelm (2008).
 
46
Wilhelm (1994, S. 157 ff.).
 
47
Wilhelm (1994, S. 166 ff.).
 
48
Wilhelm (2000).
 
49
Heuer (1992a).
 
50
Reusch et al. (2000a, b).
 
51
Wilhelm (2005a).
 
52
Thornton und Sokoloff (1997).
 
53
Wilhelm (2005a).
 
54
Diese Aufgabe findet sich auch in Schecker und Wilhelm (2018) als Übung 4.2, S. 85–86.
 
55
Hestenes, Wells und Swackhamer (1992); Gerdes und Schecker (1999).
 
56
Wilhelm (2005a, b).
 
Literature
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Heuer, D. (1992a). Bewegungen „haargenau“ messen mit Sonarmeter oder Laufrad. Praxis der Naturwissenschaften – Physik, 41(4), 4–8.
Heuer, D. (1992b). Offene Programmierumgebung zum Messen, Analysieren und Modellieren. Ein Werkzeug, physikalische Kompetenz zu fördern. Physik in der Schule, 30(10), 352–357.
Heuer, D. (1996). Konzepte für Systemsoftware zum Physikverstehen. Praxis der Naturwissenschaften – Physik, 45(4), 2–11. ADS
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Jäger, R. (1996). Konzept eines rechnerunterstützten Dynamikunterrichts zur Bildung adäquater mentaler Modelle. Schriftliche Hausarbeit für die erste Staatsprüfung für das Lehramt am Gymnasium, Universität Würzburg, unveröffentlicht.
Jung, W. (1980). Mechanik für die Sekundarstufe I. Frankfurt a. M.: Diesterweg.
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Kesidou, S., & Duit, R. (1991). Wärme, Energie, Irreversibilität – Schülervorstellungen im herkömmlichen Unterricht und im Karlsruher Ansatz. physica didactica, 18(2/3), 57–75.
Koller, M. (1997). Empirische Erhebung zu einem rechnergestützten Dynamikunterricht. Schriftliche Hausarbeit für die erste Staatsprüfung für das Lehramt am Gymnasium, Universität Würzburg, unveröffentlicht.
Kuhn, W. (2001). Ideengeschichte der Physik. Eine Analyse der Entwicklung der Physik im historischen Kontext. Braunschweig: Vieweg.
Müller, R. (2018). Die Grundbegriffe der newtonschen Mechanik. Plus Lucis, 2(2018), 4–12.
Opitz, R. (2000). Welche Rolle spielt die Fachsprache bei der Lösung physikalischer Fragestellungen? CD zur Frühjahrstagung des Fachverbandes Didaktik der Physik in der DPG Dresden 2000.
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Schecker, H. (1985). Das Schülervorverständnis zur Mechanik, Eine Untersuchung in der Sekundarstufe II unter Einbeziehung historischer und wissenschaftlicher Aspekte. Diss., Universität Bremen.
Schecker, H. (1987). Zur Universalität des Kraftbegriffs aus historischer Sicht und aus Schülersicht. In W. Kuhn (Hrsg.), Didaktik der Physik, Vorträge Physikertagung 1987 Berlin (S. 469–474). Gießen: Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG), Fachausschuß Didaktik der Physik.
Schecker, H., & Wilhelm, T. (2018). Schülervorstellungen in der Mechanik. In H. Schecker, T. Wilhelm, M. Hopf, & R. Duit (Hrsg.), Schülervorstellungen und Physikunterricht (S. 63–88). Berlin: Springer. CrossRef
Schönberger, S., & Heuer, D. (2002). JPAKMA – plattformunabhängige Modellbildung. In V. Nordmeier (Hrsg.), Didaktik der Physik. Beiträge zur Frühjahrstagung der DPG Leipzig 2002. Berlin: Lehmanns
Spatz, V., Hopf, M., Wilhelm, T., Waltner, C., & Wiesner, H. (2018). Eine Einführung in die Mechanik über die zweidimensionale Dynamik. Die Wirksamkeit des Design-Based Research Ansatzes. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 24(1), 1–12. https://​rdcu.​be/​RwyO.
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Stegmüller, W. (1970). Probleme und Resultate der Wissenschaftstheorie und Analytischen Philosophie, Band II. Theorie und Erfahrung. Studienausgabe, Teil A: Erfahrung, Festsetzung, Hypothese und Einfachheit in der wissenschaftlichen Begriffs- und Theorienbildung. New York: Springer-Verlag. MATH
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Wiesner, H., Tobias, V., Waltner, C., Hopf, M., Wilhelm, T., & Sen, A. (2010). Dynamik in den Mechanikunterricht. In V. Nordmeier, A. Oberländer, & H. Grötzebauch (Hrsg.), Didaktik der Physik – Hannover 2010. Berlin: Lehmanns.
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Wilhelm, T. (2005b). Verständnis der newtonschen Mechanik bei bayerischen Elftklässlern – Ergebnisse beim Test „Force Concept Inventory“ in herkömmlichen Klassen und im Würzburger Kinematik-/Dynamikunterricht. Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, 2(4), 47–56.
Wilhelm, T. (2013a). Moment mal … (1): Trägheit nur bei schnellen Bewegungen? Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 62(4), 38–40. Und in Wilhelm, T. (Hrsg.). (2018). Stolpersteine überwinden im Physikunterricht. Anregungen für fachgerechte Elementarisierungen (S. 26-38). Seelze: Aulis/Friedrich.
Wilhelm, T. (2013b). Moment mal … (3): Trägheit nur bei großen Kräften? Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 62(6), 46–48. Und in Wilhelm, T. (Hrsg.). (2018). Stolpersteine überwinden im Physikunterricht. Anregungen für fachgerechte Elementarisierungen (S. 39-41) . Seelze: Aulis/Friedrich.
Wilhelm, T. (2016). Moment mal … (27): Was sind die Bestimmungsstücke einer Kraft? Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 65(5), 2016, 42–43. Und in Wilhelm, T. (Hrsg.). (2018). Stolpersteine überwinden im Physikunterricht. Anregungen für fachgerechte Elementarisierungen (S. 34-35). Seelze: Aulis/Friedrich.
Wilhelm, T., & Heuer, D. (2002a). Fehlvorstellungen in der Kinematik vermeiden – durch Beginn mit der zweidimensionalen Bewegung. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 51(7), 29–34.
Wilhelm, T., & Heuer, D. (2002b). Interesse fördern, Fehlvorstellungen abbauen – dynamisch ikonische Repräsentationen in der Dynamik. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 51(8), 2–11.
Wilhelm, T., & Heuer, D. (2004). Experimente zum dritten Newtonschen Gesetz zur Veränderung von Schülervorstellungen. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 53(3), 17–22.
Wilhelm, T., Reusch, W., & Hopf, M. (2016). Woher kommt die Energie beim Stoß? Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 65(5), 5–6.
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Metadata
Title
Unterrichtskonzeptionen zur Dynamik
Authors
Thomas Wilhelm
Martin Hopf
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Book
Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

Print ISBN: 978-3-662-63052-5

Electronic ISBN: 978-3-662-63053-2

Copyright Year: 2021

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63053-2_4

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