Kreislauf der Erkenntnisgewinnung

Der Kreislauf der Erkenntnisgewinnung ist ein Strukturmodell, das als Gestaltungshilfe für Lernumgebungen verwendet wird, die ein Lernen mit Modellen und Experimenten in einem gemeinsamen Problemlöseprozess ermöglichen.

Lernen mit Modellen und Experimenten

Die entwickelten Lernaktivitäten orientieren sich an einem Erkenntnisprozess, der Modellieren und Experimentieren gleichwertig behandelt. Er besteht aus vier Unterrichtsgegenständen, die in den ersten vier Schritten mit geeigneten Hilfsmitteln erarbeitet werden. Die letzten vier Schritte dienen der Reflexion des Vorgehens.

Vier Unterrichtsgegenstände am Beispiel des Regenbogens

Regenbogen im Springbrunnen

Phänomen

Der Regenbogen ist eine interessante Leuchterscheinung. Warum wird in einem bestimmten Winkelbereich mehr Licht beobachtet als in anderen Richtungen? [1]

Modell zum Regenbogen

Modell

Es wird ein Lichtstrahl modelliert, der in einem bestimmten Abstand zur optischen Achse in einen sphärischen Körper einfällt. Dieser Abstand wird mit dem Schieberegler Stoßparameter eingestellt. [2]

Ablenkwinkel Regenbogen

Hypothesen

Mit zunehmendem Stoßparameter wächst der Ablenkwinkel und erreicht bei etwa 42° ein Maximum. In diesen Bereich wird besonders viel Licht abgelenkt.

Messung eines Einfallswinkels

Ergebnisse

Berechnung des Öffnungswinkels des Kegels, dessen Achse parallel zur Richtung der Lichtstrahlen verläuft, aus der Messung des Einfallswinkels der Sonne und des Höhenwinkels des Regenbogens.

Acht Schritte beim Lernen mit Modellen und Experimenten

Erarbeitung

1. Phänomen entwickeln: Einer Fragestellung begegnen.

2. Modell konstruieren: Bestandteile und Zusammenhänge des Modells erkennen.
3. Hypothesen aufstellen: Modellergebnisse beschreiben.

4. Ergebnisse ermitteln: Ein Experiment durchführen und auswerten.

Reflexion

5. Hypothesen überprüfen: Reale Ergebnisse mit Modellergebnissen vergleichen.

6. Modell überdenken: Idealisierungen und Grenzen des Modells erkennen.
7. Phänomen beschreiben: Fragestellung beantworten.
8. Ergebnisse erklären: Erkenntnisse in anderen Situationen anwenden.

Literatur

  1. Erb, R. (2008). Helligkeit des Regenbogens. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 61(7), 413–418.
  2. Erb, R. (2017). Optik mit GeoGebra. Berlin: Walter de Gruyter GmbH.