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Computersimulationen zu Mechanik und Straßenverkehr in der gymnasialen Oberstufe

Busse, Alexander

Junge, insbesondere männliche Fahranfänger werden überproportional häufig in Verkehrsunfällen verletzt oder getötet. Aus diesem Grund haben unter anderem weiterführende Schulen und die Verkehrssicherheitsberater der Polizei den Auftrag, geeignete präventive Maßnahmen durchzuführen. Auf der anderen Seite besteht das Problem, dass der Physikunterricht gerade in der Sekundarstufe II bei der Mehrheit der Schüler zu den unbeliebtesten Schulfächern gehört, da sie kaum Bezüge zu ihrer eigenen Lebenswelt sehen und sie zusätzlich von den mathematischen Anforderungen abgeschreckt werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Gesamtkonzept vorgestellt, das beide Problemhintergründe berücksichtigt und aus zwei Komponenten besteht: Erstens wird eine Lernsoftware entwickelt. Sie besteht aus unabhängigen Inhaltskomponenten, in denen physikalische Inhalte anhand von Problemen aus dem Straßenverkehr vermittelt werden. Dabei werden zwei aktuelle Ansätze der Lernsoftwareentwicklung aufgegriffen und zusammengeführt: Die graphische Modellbildung und die interaktive Computersimulation. Jede Inhaltskomponente verfügt über einen Modelleditor mit einer für physikalische Probleme optimierten Symbolsprache, über animierte graphische Darstellungen von Verkehrssituationen und zeitgleich entstehende, flexible Diagramme, um so das didaktische Potential beider Ansätze zu bündeln und zu erweitern. Zweitens wird ein Unterrichtskonzept entworfen, welches konsequent auf den Straßenverkehr als lebensweltlichen Kontext bezogen ist und die erwähnte Lernsoftware einbezieht. Damit lassen sich einerseits interessante und komplexe Themen aus dem Straßenverkehr mit mathematisch überschaubarem Aufwand lösen, andererseits werden die Schüler mit Medien und Methoden aktueller physikalischer Forschung konfrontiert. Die Unterrichtsreihe beginnt und endet mit Besuchen der Verkehrssicherheitsberater der Polizei. Dazwischen beschäftigen sich die Schüler mit einem polizeilichen Unfallbericht. Dabei wird der Unfallhergang analysiert und am Ende mittels geeigneter physikalischer Modelle mit der Lernsoftware simuliert. Die erforderlichen physikalischen Kenntnisse erwerben sie in Schülerversuchen, die in Lernstationen durchgeführt werden. Exemplarisch wird das Unterrichtskonzept für das Thema „geradlinige Bewegungen“ ausgearbeitet und in der Jahrgangsstufe 11 verschiedener Schulformen eingesetzt. Anschließend werden Lernsoftware und Unterrichtsreihe evaluiert, indem die beteiligten Schüler und eine unbeteiligte Vergleichsgruppe einen Fragebogen bearbeiten und die Ergebnisse beider Gruppen unter verschiedenen Fragestellungen verglichen werden.

Young drivers and especially young male drivers are disproportionately often injured or killed in road accidents. Therefore secondary schools as well as police safety advisors are instructed to take suitable preventative measures. But at the same time there is also the problem that for the majority of pupils physics belongs to the most unpopular subjects on secondary school level, because they can see hardly any relation between the contents of this subject and their everyday life. Additionally they are frightened by its mathematical requirements. This paper introduces an overall concept taking into consideration both of these facts and consisting of two parts: First of all an educational software has been developed. It consists of several independent elements which try to convey physical contents to pupils based on problems taken from the world of traffic. By doing so two topical approaches to the development of educational software are taken up and brought together: Diagrammatic modeling and interactive computer simulation. Each element has its own model editor with a symbolic language that has been optimized for physical problems, with animated diagrammatic depictions of traffic situations, and with flexible diagrams being contemporaneously created in order to concentrate and expand the didactic potential of both approaches. Secondly a draft for physics lessons is drawn up which is consistently applied to traffic as a part of our everyday life and which also includes the educational software mentioned above. With the help of this draft interesting and complex problems can be solved with a mathematically manageable expenditure and at the same time pupils are confronted with the methods of the latest physical research. In the first as well as in the last lesson of this sequence police safety advisors are supposed to visit the classes. In between these visits the pupils deal with an accident report, they analyze what happened in this accident and simulate it with the help of the educational software and suitable physical models. They acquire the physical knowledge that is necessary by carrying out experiments themselves. As an example this draft will be drawn up for the topic of straight movements and will be employed in sixth form classes of different secondary schools. Afterwards the educational software and the sequence of lessons itself will be evaluated. The pupils involved as well as a group of pupils who have not been involved will have to fill in a questionnaire and the results of both groups will be compared in the context of different questions.

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Busse, Alexander: Computersimulationen zu Mechanik und Straßenverkehr in der gymnasialen Oberstufe. 2007.

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