Uni Fakultäten Fk. V Physik Didaktik und Geschichte der Physik  

Konzepte zur mechanischen Welle - eine historisch-didaktische Rekonstruktion -

Zusammenfassung -deutsch-

Die Dissertation ist im Bereich der Didaktik der Physik angesiedelt. Sie beschäftigt sich hauptsächlich mit Schülervorstellungen zum Themengebiet Mechanische Welle und den Möglichkeiten, diese für den Physikunterricht nutzbar zu machen. Das Themengebiet wird normalerweise in der Sekundarstufe II im Zusammenhang mit dem Halbjahresthema Schwingungen und Wellen unter-richtet.
Zu Beginn wird die internationale Perspektive der Konzeptwechselforschung vorgestellt, die sich in den 90er Jahren aus der Schülervorstellungsforschung der 80er Jahre entwickelt hat. Diese Forschungsrichtung befasst sich u.a. damit, wie Schülervorstellungen und wissenschaftliche Vorstellungen fruchtbar zusammengebracht werden können. Dabei steht im Mittelpunkt der Diskussi-on, wie ein Wechsel von den alltäglichen Schülervorstellungen hin zu akzeptierten wissenschaftlichen Vorstellungen vonstatten geht und wie Unterricht gestaltet werden muss, damit der intendierte Konzeptwechsel erfolgreich ist. Ausgehend von dieser Diskussion wird auf der Basis der deutschen und internationalen Erhebungen der Schülervorstellungen eigene empirische Untersuchungen zum Schülerkonzept und eine Erweiterung des Modells der Didaktischen Rekonstruktion (Kattmann et al. 1997) entwickelt. Das Forschungsmodell der Didaktischen Rekonstruktion wird ausgebaut zu einer historisch-didaktischen Rekonstruktion; insgesamt besteht die historisch-didaktische Rekonstruktion aus drei Forschungsaufgaben: Erfassung der Lernerperspektive, historisch-fachliche Klärung und historisch-didaktische Strukturierung. Innerhalb dieses Rahmens werden Schülervorstellungen zum Themengebiet Mechanische Welle erhoben. Diese Schülervorstellungen werden mit der wissenschaftshistorischen Entwicklung des Wellenbegriffs in Verbindung gebracht und schließlich in Leitideen für die Gestaltung von Unterricht umgesetzt.
Die Erfassung der Lernerperspektive erfolgte mit Hilfe des schülerkonzeptorientierten Interviews (SKOI). Dieses selbst entwickelte Erhebungsinstrumentarium berücksichtigt in der Auswertung neben der Sprache auch Aspekte der Mimik und Gestik. Die Untersuchung umfasst Interviews mit 27 Schülern und 20 SchülerInnen. Die Auswertung der Schülerkonzepte erfolgte mit Hilfe eines fünfphasigen Auswertungsverfahrens. Die Schülerkonzepte konnten anhand der Beschreibung der Entstehung und Ausbreitung einer Welle in zwei Typologien eingeteilt werden, die durch die Annahme eines horizontalen (Typologie A) und eines vertikalen (Typologie B) Materietransports gekennzeichnet waren. Die beiden Typologien umfassten insgesamt zehn Typen. Die überwiegende Anzahl der interviewten SchülerInnen argumentieren mit einem horizontalen Materietransport (Typologie A).
Die fachlich-historische Klärung befasst sich mit der Genese des Wellenbegriffs in der Geschichte der Physik. Dafür wurden Lehrwerke von Autoren aus unterschiedlichen Jahrhunderten ausgewählt, nämlich von Leonardo da Vinci, Isaac Newton, Christiaan Huygens und den Gebrüdern Ernst Heinrich und Wilhelm Eduard Weber. Diese wurden mit Hilfe des bereits für die Analyse der Schülerkonzepte entwickelten Verfahrens ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass bis zu Beginn des 19. Jahrhunderts für die Ausbreitung der Welle eine ähnliche Erklärung - des horizontalen Materietransports - verwendet wurde, wie sie bei den SchülerInnen aufgefunden wurde. Es zeigt sich auch, dass die Beschreibung der mechanischen Welle eng mit der Entwicklung des Energiebegriffs in der Mitte des 19. Jahrhunderts zusammenhängt. Der Energiebegriff wird erst in dieser Zeit in der scientific community etabliert.
Die abschließende Diskussion der historisch-didaktischen Strukturierung befasst sich damit, wie es möglich ist, diese Parallelen zwischen Schülervorstellungen und Wissenschaftsentwicklung in den Physikunterricht zu integrieren. Es werden getrennt aus den beiden Untersuchungsergebnissen sogenannte Leitideen entwickelt, die sich zur Umsetzung in den Physikunterricht eignen. Neben den fachlichen Aspekten sollen auch wissenschaftshistorische Aspekte in den Unterricht eingebracht werden. In der historisch-didaktischen Strukturierung wird eine Unterrichtseinheit vorgestellt, die auf der Planungsebene zeigt, wie ein solcher Unterricht aussehen kann. Das Themengebiet Mechanische Welle eignet sich dazu, eine erste begriffliche Vorstellung von Energie in der Sekundarstufe I einzuführen.
Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die historisch-didaktische Rekonstruktion das Potential besitzt - ausgehend von wissenschaftsgeschichtlichen Aspekten - Aspekte der Konzeptwechselforschung fruchtbar mit einer schulischen Instruktion im Themengebiet Mechanische Welle in Zusammenhang zu bringen. Es konnte dargelegt werden, dass gerade die wissenschaftshistorischen Aspekte dazu führen können, die SchülerInnen bei ihren individuellen Konzepten abzuholen. Ein weiterer Aspekt ist die Thematisierung des Phänomens Welle im Unterricht. Die Analyse der Schülerkonzepte ergab, dass der Begriff der Welle bei den SchülerInnen äußerst positiv besetzt ist und sich somit eignet -, im Kontext der Alltagsvorstellung - im Physikunterricht angesprochen zu werden.