Vergleichende Untersuchung eines neuen Lehrganges "Einführung in die mechanische Energie und Wärmelehre"
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Unterrichtskonzept zur mechanischen Energie und zur Wärmelehre entwickelt. Basis für das Unterrichtskonzept war eine detaillierte didaktische Analyse, die sich aus relevanten Forschungsbeiträgen der allgemeinen Didaktik, der Psychologie, der Soziologie (Kapitel 2) und der Fachdidaktik (Kapitel 3) zusammensetzt. Das auf dieser didaktischen Analyse beruhende, neu entwickelte Unterrichtskonzept wird in Kapitel 4 ausführlich vorgestellt. Daran schließen sich in Kapitel 5 die Untersuchungsmethoden und die daraus gewonnen Ergebnisse einer vergleichenden Untersuchung an. Bei dieser vergleichenden Untersuchung wird der Lernerfolg einer Versuchsgruppe, die nach dem neuen Unterrichtskonzept unterrichtet wurde, dem Lernerfolg einer Kontrollgruppe, die nach dem bisherigen bayerischen Lehrplan unterrichtet wurde, gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass der Lernerfolg der Versuchsgruppe in etwa doppelt so groß ist wie der Lernerfolg der Kontrollgruppe. Im Folgenden werden kurz die wesentlichen Ziele (kursiv), die mit der Entwicklung des vorliegenden Unterrichtskonzepts verfolgt wurden und die dazugehörigen Ergebnisse vorgestellt. - Besseres Verständnis des Energiebegriffs: Die Einführung des Energiebegriffs mit Hilfe des Erhaltungsgedankens führt bei den Schülern/Schülerinnen der Versuchsgruppe zu einem deutlich höheren Lernerfolg verglichen mit den Schülern/Schülerinnen der Kontrollgruppe, bei denen die Energie anhand der physikalischen Arbeit eingeführt wurde. Wie die Lernerfolgstest weiterhin zeigen, haben die Schüler/innen neben dem Erhaltungsgedanken auch die Konzepte Energieumwandlung und Energietransport besser verstanden. - Auffinden einer geeigneten Verbindung zwischen den beiden Kapiteln „mechanische Energie“ und „Wärmelehre“: Der Energieerhaltungssatz erwies sich als ideales Bindeglied zwischen den Kapiteln „mechanische Energie“ und „Wärmelehre“. Der Erhaltungsgedanke führt bei der Betrachtung mechanischer Systeme, die mit Reibung behaftet sind, zwangsläufig zur Einführung der inneren Energie eines Systems. Die Schüler/innen der Versuchsgruppe weisen beim Item, das den Zusammenhang zwischen der mechanischen Energie und der inneren Energie abfragt, einen deutlich höheren Lernerfolg als die Schüler/innen auf, bei denen die inneren Energie mit Hilfe der mechanischen Arbeit eingeführt wird (Kontrollgruppe). - Verwendung des nullten, ersten und zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik als strukturbildende Momente der Wärmelehre: Die genannten Hauptsätze bilden bei dem neu entworfenen Unterrichtskonzept die Eckpfeiler, auf denen die Wärmelehre aufgebaut ist. Der Erfolg des neuen Konzepts zeigt sich darin, dass die Schüler der Versuchsgruppe beim Lernerfolgstest zur Wärmelehre wesentlich besser als die Schüler der Kontrollgruppe abschneiden. - Vermeidung von physikalischen Fehlvorstellungen: Die bisherige Fachdidaktik - Literatur zeigt eine ganze Reihe von Fehlvorstellungen der Schüler/innen auf. Diesen Fehlvorstellungen wird in dem neu entworfenen Unterrichtskonzept aktiv entgegengetreten. Das hat zur Folge, dass zum Beispiel der Wärmebegriff von den Schülern/Schülerinnen der Versuchsgruppe sehr viel besser beschreiben wurde als von Schülern/Schülerinnen der Kontrollgruppe. - Förderung von Mädchen im Physikunterricht: Durch die Einbeziehung biologischer Beispiele und die gleichzeitige Reduzierung technischer Beispiele ist es gelungen, das Interesse der Mädchen zu verstärken. Das zunehmende Interesse der Mädchen hat zur Folge, dass die Mädchen der Versuchsgruppe bei den Lernerfolgstests etwas besser als ihre Mitschüler abschneiden. Im Vergleich dazu ist der Lernerfolg der Mädchen der Kontrollgruppe signifikant geringer als der Lernerfolg ihrer Mitschüler.
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