7. – 8. Schuljahr

Martin Ernst Kraus

Concept Cartoons

Schülervorstellungen zu elektrischen Stromkreisen im Unterricht

In Concept Cartoons werden typische Alltagsvorstellungen (s. [1]) angesprochen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Fehlvorstellungen auszuräumen und die Lernenden bei der Entwicklung fachlich richtiger Vorstellungen zu unterstützen.
Concept Cartoons entwickeln
Die Beispiele in den Materialien 1 – 2 entstammen einer englischsprachigen Sammlung [3]. Eine umfangreiche deutschsprachige Sammlung zum Thema Mechanik bietet [4].
Das Material für Concept Cartoons kann (außer aus z.B. [1]) u.a. aus einer Klassenarbeit gewonnen werden, wenn man eine Aufgabe wählt, in der verschiedene Schüler kontrovers und teilweise falsch argumentiert haben. In gleicher Weise lässt sich eine Kartenabfrage nutzen (ausführlich zu diesem Verfahren s. [2]).
Das fachsprachliche Niveau solcher Schüleräußerungen ist oft gering, die Aussagen sind ungenau. Genau dies bietet den Lerndenen Angebote auf ihrem eigenen Argumentations- und Sprachniveau. Im weiteren Verlauf des Unterrichts müssen die verschiedenen Aspekte jedoch fachsprachlich präzisiert werden.
Concept Cartoons einsetzen
Concept Cartoons haben sich sowohl für Einstiegs- als auch für Vertiefungsphasen bewährt. Auch in Klassenarbeiten lassen sie sich einsetzen.
Im Folgenden sind fachliche Hinweise und Erfahrungen zu den Materialien 1 – 2 zusammengestellt.
Material 1: Größere Helligkeit
Um eine Lampe heller leuchten zu lassen, muss prinzipiell der Energiestrom P erhöht werden. Dies gelingt durch die Reihenschaltung weiterer Batterien (im Ansatz wie der Schüler oben rechts), wie sie in manchen „größeren Batterien realisiert ist, z.B. bei der 4,5-V-Blockbatterie. Eine weitere Option kann der Austausch der Lampe sein, sofern diese einen geringen Widerstand hat und sich somit die Stromstärke erhöht. Bei einer Parallelschaltung mehrerer Lampen ließe sich ebenfalls die Intensität (nicht-linear) erhöhen, sofern der Innenwiderstand der Batterie nicht zu hoch ist.
Erfahrungen
Eine differenzierte fachliche Abwägung kann man nicht erwarten. Stattdessen können die Antworten Fehlvorstellungen, aber auch Alltagswissen offenbaren:
  • Manche Schüler können differenzieren, dass eine größere Batterie nicht automatisch eine höhere Spannung bedeutet.
  • Fehlende Trennung von Spannung und Stromstärke:„Es kommt darauf an, wie viel Volt durch die Lampe fließen.
  • Der Schülerin links unten wird zugestimmt, indem argumentiert wird, die „größere Lampe könne mehr Volt gebrauchen, als vorhanden ist. Hier wird fälschlich davon ausgegangen, ein Verbraucher entnehme dem Stromkreis entsprechend seines Bedarfs. Dabei wird die Sachlogik, nach der das Zusammenspiel aus Quelle und Widerstand die Stromstärke und damit auch die abgegebene Leistung bestimmt, auf den Kopf gestellt.
Material 2: Position des Schalters
Die Position eines Schalters in einer Reihenschaltung ist gleichgültig, da er an jedem Punkt den Stromkreis unterbrechen und damit die Stromstärke sofort zum Erliegen bringen kann. Die Länge der Zuleitungen spielt in erster Näherung keine Rolle, da der Widerstand bei typischen Dimensionierungen gegenüber dem Widerstand des Verbrauchers vernachlässigbar ist.
Erfahrungen
Die hartnäckige Fehlvorstellung, dass die Reihenfolge in einer Reihenschaltung relevant sei, wird besonders bedeutsam, wenn die Kenngrößen des Stromkreises quantifiziert werden, indem man „vor und „hinter einem Verbraucher die Stromstärke misst. Hier neigen Schülerinnen und Schüler dazu, einen Verbrauch des Stroms entdecken zu wollen. Deswegen lohnt sich dieser vermeintlich triviale Cartoon, wie die folgenden, fachlich falschen Schülerargumentationen zeigen: Aussage 1 sei richtig
  • „da alle Elektroden [!] gleichzeitig aktiviert werden.
  • „da die Elektronen gleichzeitig freigesetzt werden, und so kommen sie auch gleichzeitig bei den Teilen an.
Literatur
[1] Müller, R.; Wodzinski, R.; Hopf, M. (Hrsg.): Schülervorstellungen zur...

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