7. – 13. Schuljahr

Gunnar Friege

Den Umgang mit physikalischen Geräten lernen

Schülerinnen und Schüler für das Messen sensibilisieren

Zu den Fachmethoden in den naturwissenschaftlichen Fächern gehören wohl unbestritten auch experimentelle Kompetenzen; das naturwissenschaftliche Experiment spielt in der Planung und Durchführung von Physikunterricht in allen Jahrgangsstufen eine zentrale Rolle. Der angemessene Umgang mit Geräten vereint als Teil einer umfassenden Experimentierkompetenz eine Reihe von unterschiedlichen Kompetenzen (s. Basisartikel) wie „benennen und identifizieren von Geräten, „justieren und kalibrieren von Geräten“ 1), „auswählen von Messbereichen oder „die Beachtung von Sicherheitsvorschriften. Nicht alle diese Kompetenzen werden sinnvoll in gleicher Weise im Unterricht gefördert. Während beim Justieren und Kalibrieren Schülerinnen und Schüler durchaus auch Fehler machen dürfen und diese als Lerngelegenheiten dienen, so ist bei Sicherheitsvorschriften in der Schule vor allem zunächst die Lehrkraft gefordert („Gefährdungsbeurteilung) und in zweiter Linie die Lernenden, die nach Anweisung konkrete Sicherheitsmaßnahmen ergreifen müssen; Fehler sind hier zu vermeiden. Die einzelnen Kompetenzen sind zudem nicht gleichgewichtig und deren Förderung hängt von der Jahrgangsstufe und dem Inhaltsgebiet ab. Lernende werden wohl seltener systematisch defekte Geräte identifizieren, jedoch in vielen unterschiedlichen Inhaltsgebieten Messbereiche richtig auswählen müssen. Oder: Justieren ist im Teilgebiet Optik in vielen Experimenten nötig, während diese Kompetenz in anderen Teilgebieten der Schulphysik seltener gefordert wird. Im Folgenden wird beispielhaft zu drei typischen Teilfähigkeiten und -fertigkeiten diskutiert, warum diese Fachmethoden im Unterricht berücksichtigt werden und wie dies geschehen kann.
Geräte identifizieren, benennen, auswählen
Warum?
Curricular werden von Schülerinnen und Schüler in der Sekundarstufe II u.a. Kompetenzen der Art „planen mit vorgegeben Komponenten ein Experiment zur Bestimmung von B auf Grundlage einer Kraftmessung oder „führen selbstständig Experimente zur Messung von B mit einer Hallsonde durch (vgl. [1]) gefordert. Die Förderung dieser Kompetenzen beinhaltet, dass die Lernenden typische physikalische Geräte erkennen, sie in der Fachsprache benennen und bei der Planung von Experimenten geeignete Geräte aus der Sammlung oder einem vorgegebenen Gerätepool auswählen. Insbesondere komplexere Versuchsaufbauten bestehen oft aus einer Vielzahl von Messgeräten, Netzgeräten, der zentralen Apparatur oder auch Messverstärkern, die es zu unterscheiden gilt. Beispielsweise besteht eine typische Apparatur zur Messung von e/m aus drei einstellbaren Netzgeräten, dem Fadenstrahlrohr, einem Helmholz-Spulenpaar sowie zwei Multimetern. Aber auch bei einem weniger komplexeren Versuch können Lernende gefordert sein, wenn geeignete Messverfahren überlegt werden müssen oder die Auswahlmöglichkeiten sehr groß sind.
Wie?
Gerätekunde ist stark vom Vorwissen abhängig und umfasst Spezialwissen (z.B. über die Sammlung) über das die Lehrkraft verfügt. Derartiges Detailwissen zu vermitteln ist sicherlich kein Unterrichtsziel, sondern vielmehr die Verwendung, Auswahl und Identifizierung von Geräteklassen und deren prinzipielle Funktionsweise oder manchmal auch nur Verwendung. Drei Möglichkeiten, diese Kompetenzen zu fördern sind:
  • Planen von Experimenten ermöglichen: Oftmals wird die Planungsphase von Experimenten durch Vorgaben entlastet, um Unterrichtszeit „zu sparen. Mit Versuchen wie der Messung kleiner Massen ohne Präzisionswaage oder Messung von Längen nur mit Haushaltsmitteln kann jedoch schon in der Sekundarstufe I begonnen werden. Wichtig ist hier die Reflexion über das eigene Vorgehen und alternative Vorgehensweisen. In der Sekundarstufe II sind es oftmals Details des Versuchsaufbaus, die verloren gehen. Durch eine ggf. auch rein theoretische Planungsphase können an...

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