Schülervorstellungen in Physik

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Während des Lernprozesses im Physikunterricht stößt man immer wieder auf Alltagsvorstellungen der Schüler. Die Vorstellungen eignen sich die Schüler entweder im Alltag an oder werden bei einer Konfrontation mit einem unbekannten Lehrstoffes ad hoc konstruiert. In der Regel sind die ad hoc formulierten Modelle leichter zu ändern als die tiefer liegenden Alltagsvorstellungen. Um den Schülern die physikalischen Modelle beizubringen, ist es sehr hilfreich wenn nicht gar notwendig, sich mit den Schülervorstellungen näher zu beschäftigen, um den Schülern zu helfen ihre Vorstellungen zugunsten der physikalischen Modellvorstellungen zu überdenken.

Inhaltsverzeichnis

Welche Strategien zum Einbeziehen von Schülervorstellungen gibt es?

Es gibt mehrere Möglichkeiten um auf Schülervorstellungen zu reagieren:

  • Über den kontinuierlichen Weg versucht man einen bruchlosen Weg von den Schülervorstellungen zu den physikalischen Vorstellungen zu finden. Dabei knüpft man an Vorstellungen an, deren Alltagsverständnis nicht oder möglichst wenig mit dem physikalischen Verständnis kollidiert. Die Lernenden weden Schritt für Schritt zur physikalischen Sicht geführt.
  • Über den diskontinuierlichen Weg, diese setzt auf die plötzliche Einsicht, die ein kognitiver Konflikt erlaubt. Es werden Vorstellungen der SuS der physikalischen Sicht gegenübergestellt oder es wird gezeigt, dass der vorhergesagte und tatsächliche Ausgang eines Experiments nicht übereinstimmt. Es zeigt sich, dass ein kognitiver Konflikt nicht ausreicht, um die Lernenden von der physikalischen Sicht zu überzeugen – häufig verstehen die SuS überhaupt nicht, worin der Konflikt besteht und was er bedeutet.

Konzeptwechsel

  • Vertraut machen mit den Phänomenen
  • Bewusstmachen der Schülervorstellungen (birgt die Gefahr das die SuS hartnäckig ihre Vorstellung verteidigen)
  • Einführung in die physikalische Sichtweise
  • Anwendung der neuen Sichtweise
  • Rückblick auf den Lernprozess

Kennzeichen erfolgreichen Unterrichts

  • Die Schülervorstellungen ernst nehmen, sie ausdrücklich bei der Unterrichtsplanung berücksichtigen, sie im Unterricht ggf. zur Sprache bringen.
  • Die Themen des Unterrichts in sinnstiftende Kontexte einbetten, damit sie den Schülerinnen und Schülern als lernenswert erscheinen
  • Nicht allein Lernangebote machen, sondern diese nachhaltig unterstützen. Freiräume für eigenständiges Erarbeiten des eigenen Wissens schaffen. (konstruktivistische Sicht des Lernens)
  • Gutes Erklären auf verschiedenen Ebenen (siehe unten)

Schülervorstellungen in der Optik

Thema Schülervorstellung pysikalisches Modell

Sehvorgang

  • Licht erfüllt den Raum
  • Licht ist Voraussetzung des Sehens. Es macht die Gegenstände sichtbar.
  • nur selbst leuchtende Körper senden aktiv Licht aus.
  • Beleuchtete Gegenstände können gesehen werden, ohne dass Licht vom Gegenstand ins Auge fallen muss.
  • (Die Sehstrahlen-Vorstellung spielt nach empirischen Studien kaum eine Rolle.)
  • (Sender) die Sonne, Lampe, Kerze ... strahlt Licht nach allen Seiten ab,
  • ein Teil des Lichts fällt auf den Körper und wird dort gestreut
  • (Zwischensender) dadurch strahlt auch der Körper Licht ab,
  • (Empfänger) ein Teil dieses Lichts fällt in das Auge ein
  • dort entsteht auf der Netzhaut ein Bild.

Streuung und Reflexion

Praktisch kein Schüler der Primarstufe und der Sekundarstufe I hat vor dem Unterricht die Vorstellung, dass von beleuchteten gewöhnlichen Gegenständen wie Tischen, Büchern, Bildern, etc. wieder Licht abgestrahlt wird; eine Verbindung zwischen wahrgenommenem Gegenstand und Auge mittels gestreuten Lichts wird nicht hergestellt.

H. Wiesner,1986

  • Trifft Licht auf eine glatte Oberfläche, wird das Licht gespiegelt, d.h. in eine bestimmte Richtung reflektiert, bzw. ausgesandt. An rauen Oberflächen wird das Licht gestreut, d.h. in diffuse Richtung ausgestrahlt
  • Helle Oberflächen haben ein höheres Streuungsvermögen als dunkle Oberflächen, dies bedeutet, dass vom einlaufenden Licht auf dunklen Flächen nur ein geringerer Teil wieder ausgesandt wird.

Licht und Schatten

  • Schatten ist dort, wo kein Licht hinkommt.
  • Eine geometrische Konstruktion der Lichtausbreitung mittels Randlichtstrahlen wird aber nicht vorgenommen, so dass der Gegenstandsumriss nicht vergrößert gezeichnet wird.
  • Schatten ist Mangel an Licht.
  • Bei einer flächigen Lichtquelle ist der Schattenbereich nicht scharf begrenzt.

Spiegelbild

  • Der Spiegel erzeugt ein Bild von dem, was er vor sich sieht (etwa so wie auf einer Photoplatte in einer Kamera).
  • Dieses Bild wird vom Spiegel zurückgeworfen.
  • Man betrachtet das Bild, das der Spiegel (auf sich selbst)erzeugt hat.
  • Hinter dem Spiegel kann das Bild nicht sein, denn er ist ja undurchsichtig.
  • Das Spiegelbild befindet sich im Spiegel bzw. auf dem Spiegel.
  • Das Spiegelbild liegt hinter dem Spiegel (keine optische Täuschung!)
  • Sein Ort ist von der Position des Beobachters unabhängig.
  • Der Spiegel öffnet ein Fenster in eine räumliche Spiegelwelt (im Unterschied zur Tastwelt).
  • Die Gegenstände der Spiegelwelt sind genau soweit vom Spiegel entfernt, wie die der Tastwelt

Blendenöffnung und Sammellinsen

  • Das Bild wird als Ganzes durch die Linse transportiert.
  • Deckt man ein Teil der Linse ab, so fehlt dieser Teil des Bildes beim Empfänger
  • Fleck-zu-Fleck Abbildung
Die Licht streuende Oberfläche eines Gegenstandes wird (gedanklich) in sehr kleine Flecken zerlegt. Jeder dieser Flecken strahlt Licht in alle möglichen Richtungen ab. Für die Abbildung durch die Sammellinse ist nur der auf die Linse auftreffende Lichtkegel (Lichtbündel) von Bedeutung. Die Sammellinse macht aus dem auseinanderlaufenden Lichtkegel einen zusammenlaufenden Lichtkegel. Bei der Spitze dieses Kegels liegt der Bildfleck. Das gleiche geschieht gleichzeitig und unabhängig für das Licht von allen anderen Leuchtflecken. Die Gesamtheit der Bildflecken ergibt das vollständige Bild (auf dem Schirm).

Wiesner, H.: Einführungsunterricht über Optik - an Schülervorstellungen orientiert. In: Praxis der Naturwissenschaften, Physik in der Schule, Aulis Verlag Deubner, Heft 3/58, April 2009

Quellen zu den Schülervorstellungen

  1. Rainer Müller und Wodzinski, Schülervorstellungen in der Physik, hg. v. Martin Hopf, 2. Aufl. (Köln: Aulis Verlag Deubner, 2007).
  2. Hartmut Wiesner, “Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten im Bereich der Optik,” Naturwissenschaften im Unterricht Physik/Chemie 34, no. 13 (1986): 25-29.
  3. Horst Schecker, Skript zum Seminar, Schülervorstellungen und Lernprozesse im Physikunterricht, Universität Bremen, SS2007
  4. Jung, W. (1981): Erhebungen zu Schülervorstellungen in Optik (Sekundarstufe I). In: physica didactica 8 (1981), 137-153.
  5. Wiesner, H. (1986): Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten im Bereich der Optik. In: Naturwissenschaften im Unterricht — Physik/Chemie 34 (1986), 13, 25-29.
  6. Wiesner, H.: Einführungsunterricht über Optik - an Schülervorstellungen orientiert. In: Praxis der Naturwissenschaften, Physik in der Schule, Aulis Verlag Deubner, Heft 3/58, April 2009, 5-14.
  7. Wiesner, H. (1994): Ein neuer Optikkurs für die Sekundarstufe I, der sich an Lernschwierigkeiten und Schülervorstellungen orientiert. In: Naturwissenschaften im Unterricht - Physik (1994), 22, 7-15.
  8. Gropengießer, H. (1997): Schülervorstellungen zum Sehen. In: Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 3 (1997), 1, 71-87.
  9. Hartmut Wiesner, “Einführungsunterricht über Optik - an Schülervorstellungen orientiert,” Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule 3, no. 58, Physikunterricht - an Schülervorstellungen orientiert II (2009): 5-14. ISSN 16175689
  10. Duit, R.: PIKO-Brief Nr. 1 Mai 2004: Schülervorstellungen und Lernen von Physik, IPN Kiel