6. – 7. Schuljahr

Simon Schulte und Martin Ernst Kraus

Fehler bei der Anwendung von Fachmethoden

Wie sich Fehler zum Training der Fachmethode „Experimente planen nutzen lassen

Denkt man an Fehler im Physikunterricht, so stehen an erster Stelle die Fehlvorstellungen, also Fehler beim Verständnis oder Ausdruck von Inhalten. Es gibt jedoch eine zweite große Fehlerquelle: die unvollständige und/oder fehlerbehaftete Anwendung von Fachmethoden wie z.B. das falsche Anlegen von Graphen oder die unsachgemäße Nutzung von Messgeräten. Ein wichtiger Unterschied zu Arbeiten wie z.B. [1] liegt darin, dass dort noch keine klare Kompetenzorientierung mitgedacht wird. Daher werden in [1], S. 131, Wissensfehler und „prozedurale Fehler in einem Atemzug genannt, sofern Kompetenzen überhaupt eigens betrachtet werden. Fehler in der Anwendung von Fachmethoden haben jedoch eine andere Genese und Gestalt, denn es gibt z.B. kein Begriffsnetz, das Halt bieten würde, dafür aber klare Trainingsmethoden. Dieser Artikel stellt exemplarisch vor, wie die Fachmethode „ein Experiment planen trainiert werden kann, indem Fehler aufgespürt und lernwirksam gemacht werden.
Eine Flurbeleuchtung planen
In jedem längeren Hausflur kann an einem Ende die Deckenlampe eingeschaltet und am anderen Ende wieder ausgeschaltet werden. Diese alltägliche, jedoch in ihrer Funktionsweise nicht offensichtliche Schaltung soll in der hier beschriebenen Übung geplant, diskutiert und letztendlich aufgebaut werden.
Im Zentrum der Übung stehen die Planung und Diskussion sowie in diesem Kontext die Analyse von fehlerhaften Schaltungen. Hierzu werden legbare Schaltzeichenkärtchen (Puzzlekärtchen) zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe die Lernenden explorativ Ideen entwickeln können und die dadurch reichlich Diskussionsanlässe zur Bewertung der Funktionalität dieser Schaltungen schaffen. Das hier vorgestellte Konzept erweitert damit den Ansatz „Lernen an Stationen (s. z.B. [2]) sowohl methodisch als auch inhaltlich.
Elementarisierung
Einfache Wechselschaltung mit zwei Schaltern
Aus der Kenntnis um UND- und ODER-Schaltungen kann das Schaltprinzip einer Flurbeleuchtung als eine Kombination dieser bereits bekannten Schaltungen verstanden werden. So sind die Ein- und Ausschaltvorgänge durch UND- und ODER-Schaltungen umsetzbar: Das Schließen von Schalter A (Licht an) und das anschließende Öffnen von Schalter B (Licht aus) weist auf eine UND-Schaltung hin. Dieses Öffnen von Schalter B (Licht aus) und das anschließend erneute Umlegen des Schalters A (Licht an) weist wiederum auf eine ODER-Schaltung hin. Mit diesem Ansatz lässt sich die Wechselschaltung als Parallelschaltung von UND-Schaltungen umsetzen, wobei jeweils parallel liegende Schalter gekoppelt sein müssen, sodass diese stets die gegenteilige Stellung einnehmen (s. Abb. 1 ). Auch wenn solche Schalter in vielen Physiksammlungen nicht verfügbar sind, kann man sie als zwei nebeneinandergesetzte Schalter realisieren, wenn man dazu die Anweisung gibt, sie gleichzeitig zu bedienen.
Diese Kopplung zweier gegenteilig gesetzter Schalter ergibt einen Wechselschalter. Die in dieser Übung zu erarbeitende Flurbeleuchtung kann somit vereinfacht umgesetzt werden als Kombination zweier Wechselschalter (s. Abb. 2 ), die durch den Wechsel einer beliebigen Schalterstellung zur Öffnung (Schließung) des vorher geschlossenen (offenen) Stromkreises führen.
Wechselschaltung mit mehr als zwei Schaltern
Für die Verallgemeinerung dieser Schaltung auf drei oder mehr Schalter benötigt man einen Kreuzschalter. Ist der Stromkreis in der Wechselschaltung beispielsweise offen, so stehen die Wechselschalter in unterschiedlicher Position. Um den Stromkreis wiederum durch einen dritten Schalter zu schließen, muss zwischen den Wechselschaltern eine Verlegung der Kabel von oben nach unten bzw. unten nach oben durchgeführt werden (s. Abb. 3 ). Auch der Kreuzschalter kann somit als Ergebnis der Kopplung zweier Schalter hier der Kopplung...

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