1. – 13. Schuljahr

Reinders Duit

Elektrizitätslehre aus Schülersicht

Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten im Bereich der Elektriziätslehre

Es ist inzwischen bestens bekannt, dass Schülerinnen und Schüler Vorstellungen in den Unterricht mitbringen, die mit den zu lernenden fachlichen Vorstellungen nicht übereinstimmen, ihnen teilweise sogar fundamental entgegenstehen ([1], [2]). Diese vorunterrichtlichen Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler müssen im Unterricht sorgfältig beachtet werden. Sie haben eine Doppelrolle: Sie sind einerseits notwendiger Anknüpfungspunkt des Lernens andererseits aber auch Lernhemmnis. Lernen von Physik, so zeigt sich, ist vor allem deshalb so schwierig, weil die tief in Alltagserfahrungen verankerten Schülervorstellungen das Verstehen der physikalischen Begriffe und Prinzipien nicht ohne Weiteres erlauben. Schließlich bilden sie die „Brille, durch die Schülerinnen und Schüler die vorgeführten Vorgänge „sehen und wie sie Erklärungen verstehen. Es gilt zu beachten, dass die Schülerinnen und Schüler sich ihr „eigenes Bild von allem machen, was die Lehrkraft vorführt, erläutert oder an die Tafel schreibt [3].
Die Vorstellungen, die unsere Schülerinnen und Schüler mitbringen, stammen einerseits aus sinnlichen Erfahrungen im Alltag und beruhen andererseits darauf, wie im Alltag von fachlichen Begriffen wie zum Beispiel elektrischer Strom, Spannung, Widerstand die Rede ist. Im Bereich der Elektrizitätslehre spielen diese sprachlichen Alltagserfahrungen eine wesentliche Rolle. Der Begriff (elektrischer) Strom kann dafür als „Paradebeispiel dienen. Im Alltag ist von Strom im Zusammenhang mit Elektrizität häufig im Sinne von elektrischer Energie die Rede in der Werbung der Energieversorger wird schließlich nachdrücklich darauf verwiesen, dass Strom eine wichtige Energieform ist. Im Physikunterricht dagegen wird mit Strom die Bewegung von Ladungsträgern bezeichnet. Missverständnisse sind vorprogrammiert, wenn dies den Lehrerinnen und Lehrern nicht klar ist.
Im Folgenden sollen wichtige Lernschwierigkeiten im Bereich der Elektrizitätslehre, die in der fachdidaktischen Forschung untersucht worden sind, vorgestellt werden. (Dabei greifen einzelne Abschnitte auf bereits in der Zeitschrift „Unterricht Physik erschienene Artikel zurück: „Der einfache elektrische Stromkreis basiert auf [4], der Abschnitt „Elektrischer Widerstand, Spannung und Stromstärke basiert auf [5] und „Zur Rolle von Analogien beim Lernen der Elektrizitätslehre auf [6].)
Der einfache elektrische Stromkreis
Auf den ersten Blick scheint es kaum etwas Einfacheres zu geben als den einfachen Stromkreis, der aus einer Quelle (z.B. einer Batterie oder einem Fahrraddynamo), einem elektrischen Gerät (z.B. einem Glühlämpchen oder einem elektrischen Motor) und leitenden Verbindungen besteht (s. Abb. 1 ).
Man kann drei „Ebenen zur Erklärung des Stromkreises unterscheiden:
(1)Anschlussbedingungen: Hier geht es um die Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit das elektrische Gerät funktioniert. Dies ist die Basis der Erklärungen auf den weiteren Ebenen. Um im Alltag mit elektrischen Geräten umgehen zu können, reicht diese Basis aus. Dies gilt insbesondere dann, wenn die „Voltzahl als wichtige Eigenschaft von Quelle und Gerät herausgearbeitet wird.
(2)Elektrischer Strom: In der Regel bleibt man bei den Anschlussbedingungen nicht stehen, sondern führt den Begriff „elektrischer Strom ein. Was genau darunter zu verstehen ist, bleibt zunächst unscharf. Das gilt auch dann, wenn man von fließenden Ladungen oder auch von Elektronen spricht. Das Gerät funktioniert (ein Lämpchen leuchtet zum Beispiel), wenn der Stromkreis geschlossen ist, d.h., wenn der Strom (bzw. die Ladungen) in einem geschlossenen Kreis fließen.
(3)Stromfluss und Energiefluss: Bisweilen legt man von Beginn an Wert darauf, Stromfluss und Energiefluss zu unterscheiden. Dafür gibt es gute Gründe vor allem den, dass im Alltag der Begriff...

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