Kontextualisierte Physik

Die Bedeutung des Kontexts für die Modellanwendung im Physikunterricht

Doktorand/inn/en: P. Löffler, M. Pozas

Betreuer/innen: A. Kauertz, W. Schnotz, J. Scheid

Zielsetzung und Fragestellung

Mit dem Begriff „Kontext“ bezeichnet man in der Physikdidaktik aus der Erfahrungswelt der Schüler/innen stammende Problemsituationen, hinter deren Oberflächenstruktur ein physikalisches Modell als Tiefenstruktur steht. Dabei sollen Schüler/innen Oberflächenmerkmale der jeweiligen Kontexte auf tiefenstrukturelle Merkmale der physikalischen Modelle abbilden und diese Modelle zur Problemlösung verwenden. Ziel des Projekts ist es zu untersuchen, wieweit Kontextmerkmale den Problemlöseprozess beeinflussen und wieweit sich Transfereffekte auf andere Kontexte zeigen.

Theoretischer Hintergrund

Aus der Erfahrungswelt der Schüler/innen stammende Problemsituationen (Kontexte) haben sich in verschiedenen Studien als ausgesprochen interesseförderlich für naturwissenschaftliches Lernen gezeigt (Bennett, Lubben, & Hogarth, 2007), Effekte auf fachliches Wissen oder Kompetenzförderung sind zwar diskutiert (Pilot & Bulte, 2006), konnten aber empirisch bislang nicht nachgewiesen werden. Kontexte werden meist über ihre Beziehung zur Zielgruppe (alltags-/lebensweltlich) oder ihre Wirkung (motivierend, sinnstiftend) definiert (Gilbert, 2006). Bei der Lösung von physikalischen Problemen im Kontext von Situationen der Erfahrungswelt müssen Schüler/innen zunächst die als Kontext dargestellte Problemsituation verstehen, um dann deren mentale Repräsentation in ein adäquates physikalisches mentales Modell, welches die relevanten Zusammenhänge innerhalb des jeweiligen Realitätsausschnitts in idealisierend vereinfachter Form darstellt, übersetzen. Dieser Übersetzungsprozess kann über verschiedene didaktische Modelle bzw. Analogien erfolgen, die zwischen dem originären mentalen Modell und dem physikalischen Modell vermitteln (vgl. Blum, 2007). Die Herstellung der Beziehung zwischen den verschiedenen Modellen bzw. Repräsentationen kann durch Externalisierung in Form von gegenständlichen Objekten, Abbildungen, Texte, Funktionsgraphen usw. unterstützt werden. Verschiedene Arten von Modellen sind für unterschiedliche Zwecke geeignet und lassen sich nicht isomorph aufeinander abbilden (Mikelskis-Seifert, 2006).

Relevanz

Schüler/innen sollen im naturwissenschaftlichen Unterricht u.a. dazu befähigt werden, individuell und gesellschaftlich relevante Probleme aus ihrer Lebenswelt aus fachwissenschaftlicher Sicht zu analysieren. Die KMK-Bildungsstandards verlangen am Ende der Sekundarstufe die Kompetenz zur physikalischen Modellbildung und Modellanwendung als Regelstandard.

Methodisches Vorgehen

Schüler/innen der Sekundarstufe I bearbeiten Probleme aus zwei The-
menbereichen, die einmal verbunden mit einem didaktischen Kontext und einmal in abstrakter Form ohne didaktischen Kontext dargeboten werden. Themenreihenfolge und Themen-Kontext-Zuordnung werden dabei systematisch variiert. Im Rahmen von Feldexperimenten im Unterricht und in vertiefenden Laborstudien wird erstens durch Mapping-Verfahren untersucht, wieweit die
Schüler/innen tiefenstrukturelle Merkmale und die Oberflächenstruktur der beschriebenen Situation erkennen können. Zweitens wird analysiert, wieweit Problemlöseprozess und Prozessergebnis durch die unterschiedlichen kontextuellen Bedingungen und Mapping-Anforderungen beeinflusst
werden. Drittens werden Transfereffekte auf andere Kontexte und abstrakte Problemstellungen aus den beiden Themenbereichen untersucht. Neben den Mapping-Leistungen, den verbalen Prozessdaten durch Lautes Denken (in der Laborsituation) und den Problemlöseergebnissen werden die kognitive Belastung und das Interesse der Schüler/innen durch Selbsteinschätzungen und
Fremdeinschätzungen durch Lehrkräfte und Unterrichtsbeobachter im Sinne einer konvergenten Konstruktvalidierung erfasst.

Mögliche Dissertationsthemen

  • Effekte der Passung zwischen physikalischem Modell und der Oberflächenstruktur von Kontexten auf den Problemlöseprozess
  • Entwicklung und Relevanz von situationalem Interesse bei physikalischen Problemlöseaufgaben in Kontexten