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
Phänomen
Der Regenbogen ist eine interessante Leuchterscheinung. Warum wird in einem bestimmten Winkelbereich mehr Licht beobachtet als in anderen Richtungen? [1]
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]
Hypothesen
Mit zunehmendem Stoßparameter wächst der Ablenkwinkel und erreicht bei etwa 42° ein Maximum. In diesen Bereich wird besonders viel Licht abgelenkt.
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
- Erb, R. (2008). Helligkeit des Regenbogens. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 61(7), 413–418.
- Erb, R. (2017). Optik mit GeoGebra. Berlin: Walter de Gruyter GmbH.