Lehre

Mit der Zweiten lernt man mehr

Ein dynamisches Unterrichtsmodell bietet einen zweidimensionalen Zugang zur Mechanik und zeigt viele Erfolge.

  • Martin Hopf, Thomas Wilhelm, Hartmut Wiesner, Verena Tobias und Christine Waltner
  • 01 / 2013 Seite: 35

Mechanik ist schwer. Das weiß jeder, der dieses Gebiet schon einmal unterrichtet hat. Die Lehrkräfte stehen dabei vor der Aufgabe, die Konzepte der Newtonschen Gesetze so verständlich zu machen, dass Schülerinnen und Schüler nicht nur Gleichungen lösen, sondern begrifflich damit umgehen können. Ein erfolgversprechender Ansatz knüpft an Alltagsvorstellungen an und arbeitet von Beginn an mit vektoriellen Größen.

Ein kleines Beispiel soll verdeutlichen, welche Schwierigkeiten selbst Studierende mit den Konzepten der Mechanik haben: In einer Befragung testeten wir an mehreren Universitäten zu Beginn des ers­ten Semesters das Verständnis der Newtonschen Mechanik mit einem Standard-Messinstrument, dem „Force Concept Inventory“. Dieser Multiple-Choice-Test kommt weltweit in vergleichbaren Populationen zum Einsatz. Eine Aufgabe besteht beispielsweise darin, die Kraft auf eine Kugel während des senkrechten Wurfs anzugeben. Diese Frage konnten in unserer Befragung nur 15 bis 40 Prozent der Studienanfänger richtig lösen. Trotz vorhergegangenen Unterrichts in Mechanik sind sich unsere Testpersonen – die immerhin so überzeugt von ihren Fähigkeiten in Physik sind, dass sie dieses Fach studieren – sicher, dass bis zum Umkehrpunkt neben der Schwerkraft eine weitere, nach oben gerichtete Kraft auf die Kugel wirken muss.

Wie internationale Vergleichsstudien zeigen, sind solche Ergebnisse relativ typisch. Weltweit haben Jugendliche und junge Erwachsene erhebliche Schwierigkeiten, die Grundbegriffe der Newtonschen Mechanik selbst auf einfache Probleme korrekt anzuwenden. Eine Hauptursache dafür sind Schülervorstellungen: Kinder und Jugendliche legen sich, lange bevor systematisch Physik unterrichtet wird, Vorstellungen davon zurecht, wie sich die Welt um sie herum verhält. Bei jedem von uns hat sich z. B. verfestigt, dass es im Wesentlichen nur zwei Zustände gibt: Bewegung und Ruhe. Und wir haben gelernt, dass eine Bewegung nur durch ständige Einwirkung aufrechtzuerhalten ist. Dieses Alltagsverständnis hat sich immer wieder als verlässlich und plausibel erwiesen. Daher ist nicht zu erwarten, dass Menschen eine so feste Überzeugung schnell aufgeben, nur weil eine Lehrkraft sagt, in Wirklichkeit sei es anders. Die physikdidaktische Forschung hat sich in den letzten Jahrzehnten intensiv damit beschäftigt, solche Schülervorstellungen zu identifizieren. Die Forschungslage dazu ist beeindruckend: Schülervorstellungen existieren bei allen Kindern, Jugendlichen (und Erwachsenen) in allen Gebieten der Physik. Manche davon erweisen sich als relativ oberflächlich oder entstehen sogar ad hoc: Das bekannteste Beispiel ist die Erklärung der Jahreszeiten mit der Entfernung zur Sonne. Andere Schülervorstellungen hingegen sind tief verwurzelt, wie die Überzeugung „von nichts kommt nichts“, die sich bei Fragen des Energie„verbrauchs“ und in der Dynamik wiederfindet. Physikunterricht, der diese bestehenden Vorstellungen nicht berücksichtigt, kann nur wenig erfolgreich sein. ...

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