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Dissertation angenommen durch: Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik, 2002-01-28
BetreuerIn: Prof. Dr. Horst Harreis , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik, Didaktik der Physik
GutachterIn: Prof. Dr. Horst Harreis , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik, Didaktik der Physik
GutachterIn: Prof. Dr. Gernot Born , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik, Didaktik der Physik
Schlüsselwörter in Deutsch: Kraft, klassische Mechanik, Dynamik, Statik, Physikunterricht, Alltagstheorien, Schülervorstellungen, Karlsruher Physikkurs, Impuls
Schlüsselwörter in Englisch: momentum, Karlsruher Physikkurs, mechanics, Newtonian mechanics, dynamics, force misconceptions, motion, physics education
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Abstrakt in Deutsch
Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten, herauszufinden, ob Unkenntnis über physikalische Sachverhalte in manchen Fällen vielleicht nur Unkenntnis der verwendeten Fachsprache ist. Viele der physikalischen Begriffswörter, besonders die für die Schulphysik bedeutsamen, finden sich auch in der Alltagssprache und täuschen somit eine leichte Verständlichkeit der Fachsprache vor, die keineswegs immer zutrifft. Manche Fachwörter sind auch hinsichtlich ihrer Verwendung in der Fachphysik mehrdeutig oder aushistorischen Gründen ungünstig gewählt. Schwerpunkt der Arbeit bildet eine empirische Untersuchung zum Kraftbegriff (N = 511Versuchspersonen (VPN)). Ihr Ziel ist es, den Einfluss der Fachsprache bei der Lösung physikalischer Probleme weitgehend zu isolieren.Hierzu wurden zwei Untersuchungsansätze verfolgt. Zum Einen wurde ein Fragebogen entwickelt, der sich in zwei Teile gliedert. Imersten Teil sollten die VPN nonverbale Voraussagen zu beobachtbaren physikalischen Sachverhalten abgeben. Die Situationen wurdenbildlich z. B. als Cartoon dargestellt. In der Fragestellung wurde, im Unterschied zu üblichen Untersuchungen über Schülervorstellungen,die Fachsprache bewusst vermieden. Die VPN sollten entscheiden, ob Ereignisse eintreten, vorgegebene Bahnkurven beurteilen oderdurch Positionsangaben indirekt Geschwindigkeiten voraussagen. Im zweiten Teil wurde dann gezielt nach dem Wort 'Kraft' gefragt. Z.B. sollten die VPN in Situationen, die sie aus dem ersten Teil des Fragebogens bereits kannten, dem Wort 'Kraft' Pfeilsymbolezuordnen. Es wurden Versuchspersonen mit unterschiedlichen Berufen und Bildungsabschlüssen, sowie Schüler unterschiedlicherKlassenstufen befragt. Ein zweiter Untersuchungsansatz bestand in der Befragung von Oberstufenschülern, die verschiedeneFachsprachen für gleiche Sachverhalte gelernt haben. Es wurden die Ergebnisse von Schülern, die nach dem sog. Karlsruher Physikkurs(KPK), einem sprachlich und inhaltlich grundlegend anders strukturiertem Aufbau der Mechanik, unterrichtet wurden, mit denentraditionell unterrichteter Schüler verglichen. Die Ergebnisse beider Untersuchungen zeigten, dass viele VPN nicht in der Lage sind, Vorgänge in konkreten Situationen mit dem Kraftbegriff zu beschreiben, obwohl ihr Verständnis der gleichen Situation offensichtlich ausreicht, um richtige Voraussagen über Orte, und damit indirekt über Geschwindigkeiten zu treffen. Diese Diskrepanz zwischen Beherrschung der Fachsprache und physikalischer Voraussagekompetenz, soweit sie durch die Items des Fragebogens erfasst wird, besteht unabhängig von der physikalischen Vorbildung und gilt zumindest für die betrachteten Sachverhalte aus der Dynamik. Ferner ergaben sich, was die korrekten Voraussagen im Bereich Dynamik angeht, keine signifikanten Unterschiede zwischen den traditionell und den nach dem KPK unterrichteten Schülern. Die Schlussfolgerung, dass korrekte physikalische Begriffe auch ohne Kenntnis der Fachsprache gebildet werden, ließ sich aus den Ergebnissen nicht ableiten. Ein interessantes Einzelergebnis, dass in dieser Deutlichkeit nicht vermutet wurde, sind die Schwierigkeiten, die sowohl physikalisch vorgebildete VPN, als auch nach dem KPK unterrichtete VPN bei ihrer Voraussage zu einem Problem aus der Statik hatten. Es liefert ein weiteres Argument für die Kritik an der traditionellen Einführung des Kraftbegriffes in der Sekundarstufe I
Abstrakt in Englisch
This thesis contributes an answer to the question whether lacking knowledge of physical facts is sometimes probably only lacking knowledge of appropriate terminology. The main subject of this thesis is an empirical analysis of the term 'force' (N = 511 testpersons). It tries to separate the influence of terminology from the solution of physical problems. Therefore two ways of investigation were chosen. Firstly, a questionnaire divided into two parts was developed. In the first part the test persons were asked tomake non-verbal predictions for observable physical facts which were presented pictorially. In contrast with usual investigations of student`s force concepts, the way of questioning deliberately omittet physical terminology. The second part focused the term'force' as usual. Secondly, students who had learnt different terms for the same physical facts were asked. The results of both investigations show that many of the test persons cannot describe a certain situation by the use of the term 'force', though theydefinitely understand the situation and predict rightly place and velocity
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