10. – 13. Schuljahr

Michael Barth

Unterricht zu Kreisbewegungen

Didaktische Hinweise und Möglichkeiten

„Rotation ist ein typisches Thema für den Physikunterricht der Sekundarstufe II. Das Thema lässt sich in der Sekundarstufe I nicht sinnvoll unterrichten, auch nicht „anschaulich. Und selbst wenn dieses Thema nicht zum Kerncurriculum der Sekundarstufe II gehören sollte, so lohnt dennoch seine Behandlung im Unterricht, denn das Thema bietet großes Potenzial für die Vermittlung unterschiedlicher Kompetenzen; dies soll im Folgenden dargestellt werden.
Einbettung in den Unterricht
Die fachliche Einbettung des Themas „Rotation zeigt Abbildung 1, wobei in der Reihenfolge der inhaltlichen Behandlung nur der erste, umrahmte Block unbedingt notwendig ist. Ohne die in diesem Block aufgeführten, zentralen Themen der klassischen Mechanik lassen sich die folgenden Inhalte nicht sinnvoll unterrichten (s. dazu auch den fachlichen Basisartikel „Kreisbewegungen).
Ob nach der klassischen Mechanik dann die Themen „gleichmäßige Kreisbewegung oder „Schwingungen (und Wellen) im Unterricht behandelt werden, ist nachrangig. Man muss lediglich das Thema „Zeigerdiagramm entsprechend planen, d.h. ggf. das Viertelkreisverfahren für die Sinusfunktionen heranziehen.
Wahl- und Anschlussthemen
Das Thema „starrer Körper ist auf jeden Fall ein Wahlthema. Man muss es auch nicht zwingend im Anschluss an das Thema „Kreisbewegung einplanen; es spricht sogar vieles dafür, den Zeitpunkt so zu wählen, dass Basiskenntnisse in der Integralrechnung nutzbar sind (s.u.).
Die Themen „starrer Körper und „Drehschwingungen habe ich im Leistungskurs nie ausgelassen, schon gar nicht bei 5-stündigem Unterricht. Oft habe ich sie aber in einer stärker instruierenden Phase oder in einem Experimentalvortrag behandelt (s. Beispiel in [1]).
Links unten in Abbildung 1 finden sich typische Themen des Physikunterrichtes, in denen Kenntnisse über die Kreisbewegung erforderlich sind.
Mehrfach habe ich das Thema „Rotation auch als Facharbeit an Schülerinnen und Schüler vergeben, die eine hinreichende Affinität zur Mathematik hatten. Sie waren immer sehr angetan von ihrer selbstständigen Einarbeitung in ein neues Thema, auch wenn sie es durchaus als schwierig empfanden; auch die obligatorischen Präsentationen zur Facharbeit vor dem Kurs kamen dort stets sehr gut an.
Manchmal haben wir uns in meinen Kursen auch mit Kreiselphänomenen befasst, die Präzession gezeigt und erklärt. Ein spektakulärer Effekt in diesem Zusammenhang, an dem man die Nutzung von axialen Vektoren besonders gut zeigen kann, der dann aber nicht so einfach zu erklären ist, ist der Flug eines geworfenen Bierdeckels (s.a. Kasten 4 im fachlichen Basisartikel „Kreisbewegungen).
Das Thema „Bezugssysteme (s. dazu die Informationen im fachlichen Basisartikel) taucht in Abbildung 1 nicht auf und wird in diesem Heft schon aus Platzgründen auch nur am Rande angesprochen (s. den entsprechenden Abschnitt im fachlichen Basisartikel). Bezugssysteme müssen allerdings behandelt werden, wenn später die Relativitätstheorie Unterrichtsthema ist. In meinem Unterricht habe ich dieses kanonische Hochschulthema nur selten intensiv bearbeitet, da die entsprechenden Erkenntnisse im Folgeunterricht (in Niedersachsen) nicht benötigt werden. Stattdessen habe ich oft den Film „Frames of Reference“ 1) eingesetzt und ihn im Unterricht geeignet nachbereitet. Obwohl der Film aus dem Jahr 1960 und in Schwarzweiß ist, führt er mit instruktiven, einfachen Experimenten ausgezeichnet und für die Schulphysik umfassend in die Thematik ein, wenn auch nicht dezidiert quantitativ. Dass der Film auf Englisch ist, ist m.E. ein zusätzlicher Vorteil, denn in der wissenschaftlichen Physik muss man diese Sprache können; dies habe ich auch den Lerngruppen vermittelt. Die Texte sind in sehr klarem Englisch, und wenn man einige Fachvokabeln vorab mitteilt, ist mit Schulkenntnissen alles gut zu verstehen.
Alltagsvorstellungen
Die...

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