Projekte des IDN - Abt. Physikdidaktik

PMS - Physiklernen mit Modellbildungssystemen

Förderung physikalischer Kompetenz und systemischen Denkens durch computergestützte Modellbildungssysteme

Mit einem Modellbildungssystem (MBS) können Schüler die Struktur und das Verhalten dynamischer Vorgänge begrifflich beschreiben, ikonisch repräsentieren und numerisch simulieren. Im Projekt werden die Wirkungen des Umgangs mit dieser computergestützten Arbeitsumgebung auf die Entwicklung der physikalischen Konzeptualisierungsfähigkeit erforscht. Darüber hinaus soll der Transfer von im Mechanikunterricht erworbenen Modellbildungskompetenzen auf andere physikalische Sachgebiete und auf die Strukturierung komplexer Wirkungszusammenhänge untersucht werden ("systemisches Denken").

Die Leitfragen lauten:

• In welcher Weise fördert der Umgang mit Modellbildungssystemen bei Schülern der Sekundarstufe II die Fähigkeit zur Konzeptualisierung von Bewegungsvorgängen unter dem Einfluss von Kräften?
• Inwieweit fördert der längerfristige Umgang mit einem MBS die Fähigkeit, physikalische Phänomene und komplexe lebensweltliche Phänomene in ihrem Wirkungsgefüge zu strukturieren sowie die Dynamik solcher Wirkungsgefüge zu erkennen und zu steuern?

Die Versuchsgruppe besteht aus Schülern, die im Leistungskurs Physik über zwei Halbjahre wiederholt mit einem MBS arbeiteten. Schüler aus parallelen Leistungskursen ohne Computereinsatz bilden die Kontrollgruppe. Die Datenerhebung erfolgte im Schuljahr 1996/97. Es werden vier Repräsentationsebenen des systemischen Denkens unterschieden und auf den Anforderungsebenen der Modellerstellung und Modellinterpretation operationalisiert. Dafür wurden schriftliche Tests zur abgestuften Modellentwicklung entworfen: qualitativ, halbquantitativ, quantitativ und systemdynamisch. Als Kontexte dienen in den Tests ökonomische Systeme mit Alltagsbezug. Für die differenzierte Erfassung der mechanischen Konzeptualisierungsfähigkeit erwies sich ein international als Standardinstrument verbreiteter Test (Force Concept Inventory) als nur begrenzt aussagekräftig. Um die Fähigkeit zur halb-quantitativen Beschreibung von Bewegungsvorgängen zu erfassen, wurden halbstrukturierte Interviews über Bewegungsexperimente durchgeführt. Die zusammengestellte Testbatterie mit weiteren schriftlichen Tests wurde zu drei Messzeiträumen zu Beginn, zum Halbjahreswechsel und zum Ende des Schuljahres eingesetzt. Jeder Durchgang nahm 5 bis 6 Unterrichtsstunden pro Schüler in Anspruch.

Vorliegende Ergebnisse zeigen spezifische Effekte auf der halb-quantitativen Ebene der Konzeptualisierungsfähigkeit und des systemischen Denkens hin, während Wirkungen in quantitativen bzw. gleichungsorientierten Bereichen ausbleiben.

Publikationen:

Artikel in Tagungsbänden
Schecker, H.: Learning Mechanics with Modelling Systems. In: Proceedings of the Fifth International ESERA Conference on Contributions of Research to Enhancing Students' Interest in Learning Science, Barcelona, August 2005, Barcelona (2005), 1516-1518
Schecker, H: Entwicklung physikalischer Kompetenz bei Nutzung von Modellbildungssoftware. In: Brechel, R. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven, Alsbach: Leuchtturm (1999), 289-292
Gerdes, J. & Schecker, H.: Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Erste Ergebnisse. In: Behrendt, H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven, Alsbach: Leuchtturm (1998), 227-229
Schecker, H.: Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Forschungskonzeption. In: Behrendt, H. (Hrsg.): Zur Didaktik der Physik und Chemie - Probleme und Perspektiven, Alsbach: Leuchtturm (1998), 230-232

Eigendrucke, Polykopien
Schecker, H., Klieme, E., Niedderer, H., Ebach, J. & Gerdes, J.: Physiklernen mit Modellbildungssystemen - Förderung physikalischer Kompetenz und systemischen Denkens durch computergestützte Modellbildung (Abschlussbericht für die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG), Universität Bremen, Institut für Bildungsforschung (Bonn) (1999)