Wie die großen Vergleichsstudien TIMSS und PISA gezeigt haben, liegen die Leistungen österreichischer SchülerInnen im Mittelfeld. Andere Studien belegen, dass Physik zu den schwierigsten und unbeliebtesten Schulfächern zählt. In Anbetracht des stetig steigenden Bedarfs an naturwissenschaftlich ausgebildeten ArbeitnehmerInnen besteht dringender Handlungsbedarf. Diese Frage fällt in den Kernbereich des Tätigkeitsgebiets der Physikdidaktik: Dort wird das Lehren und Lernen der Physik wissenschaftlich untersucht.
Dabei geht es zum Beispiel darum, Wirkungsmechanismen zu identifizieren, die es SchülerInnen erleichtern, Physik zu lernen. Versteht man Physikdidaktik als nutzenbasierte Grundlagenforschung, so stellen sich zwei Herausforderungen: Zum einen geht es darum, den Wissensstand über den Verlauf von Lernprozessen zu erweitern, zum anderen aber den Physikunterricht weiter zu entwickeln und zum Beispiel lernwirksame Unterrichtsmaterialien bereitzustellen.
Alltagsvorstellungen versus physikalische Beschreibungen
Die besondere Schwierigkeit dabei liegt aus wissenschaftlicher Sicht unter anderem darin, dass SchülerInnen mit Vorstellungen in den Unterricht kommen, die sich im Alltag bewähren. Oft sind diese Vorstellungen aber nicht mit physikalischen Beschreibungen vereinbar. So haben unsere Alltagserfahrungen uns überzeugt, dass eine Kraft dazu dient, eine Bewegung aufrecht zu erhalten. Physikalisch betrachtet ist aber eine Kraft zur Änderung einer Bewegung notwendig.
Bedarf an Unterstützungsmaßnahmen identifizieren
Forschungsergebnisse belegen, dass Physikunterricht nur dann erfolgreich ist, wenn diese Vorstellungen berücksichtigt werden. Allein der Einsatz neuer Experimente oder Medien verbessert das Lernen der Kinder und Jugendlichen ebenso wenig wie die Variation von Unterrichtsmethoden. Vielmehr ist es wichtig, genau zu analysieren, welche Unterstützungsmaßnahmen an welcher Stelle des Lernprozesses besonders gut von SchülerInnen akzeptiert werden. Durch ein solches Vorgehen kann Physikunterricht konstruiert werden, bei dem Jugendliche größere Lernerfolge als bei traditionellem Unterricht erreichen können.
Projekt: Neue Sachstruktur im Unterricht testen
Im Rahmen eines größeren Forschungsprojektes wird der Einfluss einer solchen Sachstruktur im Bereich der Newton´schen Mechanik in Schulstufe 7 untersucht. Dabei wird eine Sachstruktur verwendet, die von zweidimensionalen Bewegungen direkt zur Dynamik überleitet. Zentraler Aspekt ist dabei die Einführung der Geschwindigkeitsänderung als eigenständige Größe und die Verwendung der integralen Form der Newtonschen Bewegungsgleichung.
Es zeigen sich dabei ermutigende erste Ergebnisse: SchülerIinnen, die nach der neuen Sachstruktur unterricht wurden, zeigen signifikant höheres fachliches Verständnis. Besonders gut gelingen die Vermittlung des Geschwindigkeitsbegriffs und die Anbahnung des Zusammenhangs zwischen Kraft und der Änderung einer Bewegung. Daneben zeigen diese Jugendlichen sowohl höheres Interesse am Physikunterricht als auch mehr Selbstvertrauen.
Alternative zu traditionellem Physikunterricht
Falls sich diese Ergebnisse im Verlauf dieser Untersuchung erhärten, könnte eine Erfolg versprechende Alternative zu traditionellem Physikunterricht identifiziert werden, die für die Schulpraxis hohe Relevanz besitzt.
Die Identifikation wirksamer Sachstrukturen – auch in anderen Inhaltsgebieten der Physik - und besonders deren empirische Untersuchung stellen ein langfristiges Forschungsprogramm der Physikdidaktik dar, von dem die Schulpraxis enorm profitieren kann. |
