Vergleich von Zugängen zur Mechanik in der Sekundarstufe I

Die Forschung zeigt, dass viele Schülerinnen und Schüler nach dem Mechanikunterricht in der Sekundarstufe I nicht über ein angemessenes physikalisches Verständnis verfügen. Auch nach dem Unterricht kann immer noch eine Vielzahl von Fehlvorstellungen nachgewiesen werden, besonders im Bereich des physikalischen Kraftbegriffs (Schecker et al., 2018).

Mit dem zweidimensional dynmaischen Mechanikkonzept (2DD-Mechanikkonzept) nach Wiesner et al. wurde deshalb ein alternativer Zugang zu Kraftbegriff entwickelt. Besonderes Merkmal dieses Konzeptes ist die zweidimensionale Betrachtung von Bewegungen und zeitlich begrenzten Kraftstößen. Dabei wird der Begriff der Beschleunigung vermieden und durch die Betrachtung der Zusatzgeschwindigkeit ersetzt. Der 2DD-Mechanikkkonzept nach Wiesner wurde in mehreren Studien im Vergleich mit nicht genauer spezifizierten „konventionellen“ Unterricht erfolgreich evaluiert (Wodzinski, 1996; Tobias, 2010; Wilhelm et al., 2011). Allerdings wurden dabei neben dem didaktisch veränderten Zugang zusätzlich auch neuere Medien (Simulationen) angeboten und eine bestimmte Strukturierung der Lernprozesse vorgeschlagen. Insofern ist nicht eindeutig, worauf der Erfolg des Münchener Lehrgangs zurückzuführen ist.

Des Weiteren kann der 2DD-Mechaniklehrgang nach Wiesner nicht für NRW übernommen werden, da der neue KLP die Einführung des Beschleunigungsbegriffs fordert. Es sollte daher versucht werden, einen Lehrgang für NRW zu konzipieren, welcher sowohl den Vorgaben des KLP als auch den Lehrtraditionen in diesem Themenbereich mehr entspricht, sich aber am 2DD-Mechanikkonzept nach Wiesner et al. orientiert. Die Vorgaben bestehen hierbei im Unterschied zum 2DD-Mechanikkonzept nach Wiesner et al. in der Reduktion auf eindimensionale Bewegungen, die Betrachtung von Prozessen mit konstante Kräften und der Einführung der Beschleunigung.

Deshalb wurde in Zusammenarbeit mit Prof. Wilhelm von der Goethe Universität Frankfurt eine Konsolidierungsstudie durchgeführt, die den Erfolg des 2DD-Mechanikkonzept nach Wiesner et al. im Vergleich zu einem standardisierten Lehrgang replizieren sollte, der (wie konventionell üblich) eindimensionale Bewegungen und konstante Kräfte betrachtet und den Begriff der Beschleunigung verwendet. Diese 1D-Adaption wurde so entwickelt, dass sie in Hinblick auf den Medieneinsatz und die Struktur der Lernprozesse analog zum 2DD-Mechanikkonzept ist. Zur Erhebung des Lernzuwaches wurde ein Fachwissenstest zu Kraft und Bewegung eingesetzt. Damit dieser Test beiden Zugängen gerecht werden kann, enthält er sowohl Aufgaben, die eher durch das ein- bzw. zweidimensionalen Konzept begünstigt werden als auch neutrale Aufgaben. Der Test wurde am Ende des Schuljahrs 18/19 sowohl mit acht Klassen pilotiert, die bereits Mechanikunterricht hatten, als auch mit acht Klassen, die noch keinen Unterricht zur Mechanik hatten. Zusätzlich wurden das Interesse der SchülerInnen im Fach Physik, sowie das Selbstkonzept erhoben.

Die Wirkungen der beiden Interventionen wurden in einem Prä-/Posttest-Design untersucht. Beide Konzeptionen wurden in den Schuljahren 19/20 und 20/21 in 57 Klassen (8. bis 10. Jahrgangsstufe) bei einer Interventionsdauer von ca. 10 Wochen, z. T. pandemiebedingt im Online-Unterricht, eingesetzt. Es liegen N=982 vollständige Datensätze vor.

Für beide Konzepte konnte ein hoher Lernzuwachs nachgewiesen werden, wobei sich im Vergleich auf Ebene des Fachwissenszuwachses kein Unterschied feststellen ließ. Es handelt sich also um zwei äquivalente Unterrichtskonzepte, deren jeweilige Elementarisierung gleich gut funktioniert. Zudem war der Lernzuwachs bei Präsenz- und Onlineunterricht vergleichbar.

Nach wie vor unklar bleibt, welche Faktoren den Lernzuwachs nun entscheidend beeinflussen.

Literatur

Schecker, H., Wilhelm, T., Hopf, M., Duit, R. & Fischler, H. (2018). Schülervorstellungen und Physikunterricht. Berlin Heidelberg: Springer.

Tobias, V. (2010). Newton’sche Mechanik im Anfangsunterricht. Die Wirksamkeit einer Einführung über zweidimensionale Dynamik auf das Lehren und Lernen. Studien zum Physik-und Chemielernen, Band 105. Berlin: Logos-Verlag.

Wilhelm, T., Tobias, V., Waltner, C., Hopf, M. & Wiesner, H. (2011). Zweidimensionaldynamische Mechanik – Ergebnisse einer Studie. In: D. Höttecke (Hrsg.), Konzepte fachdidaktischer Strukturierung. Jahrestagung der GDCP in Potsdam 2010, Reihe: Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Band 31. Münster: Lit-Verlag, 438–440.

Wodzinski, R. (1996). Untersuchungen von Lernprozessen beim Lernen Newtonscher Dynamik im Anfangsunterricht. Münster: Lit Verlag.