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2021 | OriginalPaper | Chapter

6. Unterrichtskonzeptionen zur Energie und Wärme

Authors: Erich Starauschek, Horst Schecker

Published in: Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Die Energie wurde und wird im Physikunterricht zumeist als abgeleitete Größe eingeführt (Kraft Arbeit Energie). Innovative physikdidaktische Ansätze gehen dagegen von der Energie als grundlegender physikalischer Größe aus und stellen sie von Beginn an in das Zentrum des Unterrichts. Im Kapitel werden vier Konzeptionen vorgestellt, die sich von der traditionellen Vorgehensweise unterscheiden. Das Spektrum erstreckt sich von fachorientierten Ansätzen, die nach sachstruktureller Stringenz streben, bis zu schülerorientierten Ansätzen, die an ausbaufähige Energie-Vorstellungen bei Lernenden anknüpfen oder auf Lebensweltbezüge achten. Fachliche Klärungen nehmen in diesem Kapitel einen größeren Raum ein als in anderen Kapiteln des Buches.

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Footnotes
1
Eine erweiterte und vertiefte fachliche Einordnung der Konzeptionen zu Energie und Wärme ist in den Materialien zum Buch verfügbar (https://​aeccp.​univie.​ac.​at/​lehrer-innen/​unterrichtskonze​ptionen).
 
2
„Mengenartig“ ist dabei aber nicht mit Materie oder Substanz gleichzusetzen.
 
3
Müller (2014, S. 135 f.).
 
4
Streng genommen ist Gl. 6.2 eine Bilanzierungsvorschrift unter der Annahme der Konstanz der Gesamtenergie.
 
5
Ein Perpetuum mobile 2. Art würde den 2. Hauptsatz verletzen.
 
6
zur Qualität der Energie s. Müller (2014, S. 242 ff.).
 
7
Strunk (2015) bezieht das Konzept „Wärme“ daher nicht allein auf den thermischen Energiefluss, sondern assoziiert damit gleichzeitig einen Entropiefluss.
 
8
Müller (2014, S. 274).
 
9
Strunk (2015, S. 57; Hervorhebung im Original).
 
10
Ein weiterer Ansatz zur Konzeptualisierung der Energie mit einer deutlich fachlichen Perspektive wird im Zusammenhang mit Unterrichtskonzeptionen zu Feldern in Abschn. 10.​5 vorgestellt (Feldenergiekonzept).
 
11
z. B. Sexl (1979); Wilke (1994); Duit (2007).
 
12
KMK (2005).
 
13
z. B. Falk und Herrmann (1981); Wolfram (1994).
 
14
z. B. Kuhn und Müller (2009); Muckenfuß und Nordmeier (2009).
 
15
Schecker und Wilhelm (2018).
 
16
Crossley und Starauschek (2010).
 
17
Müller (2009, Kap. 7.6); Labudde (1993).
 
18
KMK (2004).
 
19
z. B. Niedersächsisches Kultusministerium (2017); Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen (2014).
 
20
KMK (2020, S. 20).
 
21
z. B. im Lehrwerk Impulse Physik. Oberstufe (Bredthauer et al. 2010, S. 357).
 
22
z. B. Duit (1981); Überblick in Kurnaz und Sağlam-Arslan (2011).
 
23
Herrmann-Abell und DeBoer (2017).
 
24
Kesidou und Duit (1993); Opitz, Neumann, Bernholt und Harms (2017).
 
25
Herrmann-Abell und DeBoer (2017, S. 18 f.).
 
26
Backhaus und Schlichting (1981a).
 
27
Backhaus (1982, S. 2).
 
28
Schlichting und Backhaus (1984); Schlichting und Backhaus (1987); Schlichting und Backhaus (1980); Schlichting (1983). Die darin vorgeschlagene Konzeptualisierung der Energieentwertung hat Eingang in Schulbücher und Lehrpläne der Sekundarstufe I gefunden, z. B. Fokus Physik (Schweitzer et al. 2015, 30 ff.) und Impulse Physik (Bredthauer et al. 2011, 84 f.).
 
29
Schlichting (1983).
 
30
Schlichting und Backhaus (1987, S. 15).
 
31
Ein grundlegender Gedankengang von der Energieentwertung (qualitativ) zur Entropie und zur Strukturbildung (Abschn. 12.​4.​2) wird in Schlichting (2000a, 2000b, 2000c) entwickelt.
 
32
Schlichting und Backhaus (1987, S. 17).
 
33
Schlichting (1983, S. 59).
 
35
Herrmann et al. (2014).
 
36
Falk (1968).
 
37
Herrmann et al. (2014).
 
38
Falk und Herrmann (1981).
 
39
Man kann hier auch von einem Sprachspiel sprechen. Wie z. B. bei einem Schachspiel die Figuren bestimmte Züge ausführen können und damit Regeln folgen, wird das Wort „Energie“, in der Sprache ebenfalls nach bestimmten Regeln in bestimmten Kontexten verwendet.
 
40
In der Konzeption von Backhaus und Schlichting wird das gleiche Beispiel für die Verbindung von Energieentwertung und Energieerhaltung verwendet (Abschn. 6.3).
 
41
Heutzutage müsste natürlich auch diskutiert werden, dass nur die Mehrwegflaschen wieder in einer Abfüllanlage befüllt werden, auch wenn es für die meisten Einwegflaschen Pfand gibt.
 
42
Fischler und Schecker (2018).
 
43
Wilhelm und Schecker (2018, Kap. 3.3).
 
44
Job (1972).
 
45
Starauschek (2001, S. 190).
 
46
Starauschek (2001, S. 198 f.).
 
47
Starauschek (2001, S. 199).
 
48
Starauschek (2010); Crossley (2012).
 
49
Kesidou und Duit (1991) kommen zu einer ähnlichen Einschätzung.
 
50
Die Grundidee der Konzeption wurde bereits in der Frankfurter Arbeitsgruppe um Jung und Wiesner entwickelt (z. B. Jung, Weber und Wiesner 1977).
 
51
Bader (2001, S. 7).
 
52
ISB (o. J.) in der Fassung von 2009.
 
53
Bader (2001, S. 17).
 
54
Feynman, Leighton und Sands (2016, Kap. 4).
 
55
„Unter der inneren Energie versteht man diejenige Energie, die übrig bleibt, wenn man von der Gesamtenergie des Systems die äußere, rein mechanische Energie (kinetische oder potentielle) Energie abzieht.“ (Bader 2001, S. 73).
 
56
Bader (2001, S. 42).
 
57
Bader (2001, S. 7).
 
58
Wiesner und Waltner (2009).
 
59
Wiesner und Waltner (2009).
 
60
In seinem didaktischen Grundlagenwerk begründet Muckenfuß (1995) die fachdidaktische Basis seiner Arbeiten theoretisch. Muckenfuß folgt hier den Prinzipien der Curriculumentwicklung von Robinsohn (1972), die in Deutschland die rein fachlich orientierten Ansätze erweitert haben.
 
61
Muckenfuß (1995, S. 276, Hervorhebung im Original).
 
62
An dieser Stelle zeigt sich eine Verwandtschaft zum Karlsruher Physikkurs (Abschn. 6.4). Abgeleitete Größen bei Muckenfuß sind – bis auf das Vorzeichen und die Potenzialdifferenz im elektrischen Stromkreis – die intensiven Größen (Gl. 6.7) des KPK, d. h. die partiellen Ableitungen der Funktion der Energie in Abhängigkeit der extensiven Größen.
 
63
Eine Formulierung für die Schüler lautet z. B.: „Die Spannung von 1 V bedeutet, dass bei einem Ladungsstrom von 1 A ein Energiestrom von 1 W fließt“.
 
64
Die Details finden sich in Abschn. 8.​4.​2.
 
65
Andere Länderausgaben und nachfolgende Ausgaben geben die Konzeption nicht mehr in geeigneter Weise wieder.
 
66
KMK (2005); für die gymnasiale Oberstufe wird der Energieerhaltungssatz unter dem Basiskonzept „Erhaltung und Gleichgewicht“ angeführt (KMK 2020).
 
Literature
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Metadata
Title
Unterrichtskonzeptionen zur Energie und Wärme
Authors
Erich Starauschek
Horst Schecker
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63053-2_6

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