Thesen zur Messwerterfassung im Physikunterricht.


Der Einsatz vom Messwerterfassungssystemen und Computern verändert den Physikunterricht in vielfacher Weise - sowohl in thematischer als auch in methodischer und didaktischer Hinsicht.

Die Experimente laufen teilweise in kürzerer Zeit ab, man erhält in der Regel viel mehr Messdaten als bisher, und es sind auch Versuche möglich, die man bisher aus technischen oder Zeitgründen nicht durchführen konnte.

Andererseits verschieben sich dadurch auch die Fragestellungen und die Schwerpunkte des Unterrichts:
Routinearbeiten, wie das Auswerten von Messdaten und das Zeichnen von Schaubildern von Hand, treten mehr in den Hintergrund. Die Interpretation dieser Messdaten und der gewonnenen Schaubilder gewinnt dafür stärker an Bedeutung.

Dies bietet Chancen für einen zeitgemäßen Physikunterricht, kann aber - bei aller Faszination der technischen Möglichkeiten - Probleme für die didaktische Umsetzung von Experimenten mit sich bringen, derer man sich bei der Unterrrichtsplanung stets bewußt sein sollte.

Vorteile der Messwerterfassung mit Computern:

Smily
  • die Aufnahme von schnell ablaufenden Vorgängen wird möglich, auch wenn diese nicht periodisch sind. Man kann nun auch Vorgänge untersuchen, die bisher nicht - oder nur mit großen technischem Aufwand - erforschbar waren.
    Man denke z.B. an folgende Versuche / Fragestellungen:
    • gedämpfte elektrische Schwingungen größerer Frequenz
    • wie verändern sich Stromstärke und Widerstand beim Einschalten einer Glühlampe?
    • welche Verzögerungen / Beschleunigungen treten bei einem Crashtest / Raketenstart auf?


  • man kann auch Experimente durchführen, die sehr lange dauern ( d.h. länger als eine Unterrichtsstunde).
    Solche Versuche konnte man im Unterricht oder Praktikum aus Zeitgründen bisher nicht durchführen.

  • zusätzlich zum graphischen Verlauf erhält man auch noch die Zahlenwerte, so dass weitere Auswertungen - etwa mit Hilfe einer Tabellenkalkulation - möglich werden.

  • Schülerinnen und Schülern werden Routinearbeiten bei der Auswertung eines Experiments abgenommen. Sie haben mehr Gelegenheit Vermutungen über Zusammenhänge anzustellen und eigene Auswertungsideen einzubringen, die dann ausprobiert werden können.
    So können sie den Unterricht stärker mitgestalten, durch die bei der Messung gewonnene Zeit kann sich die Lehrkraft in dieser Phase mehr zurücknehmen, der Unterricht wird offener.

  • man erhält in der Regel mehr Messdaten als bei einer Auswertung "von Hand". Dies ist realitätsnaher, die Schüler erfahren mehr über die Arbeitsmethoden der modernen Physik und Technik außerhalb des Klassenzimmers.
    Die Frage nach den Anwendungen und den Bezügen der Physik zum "realen Leben" kann mehr Gewicht bekommen als bisher.

  • durch ein Messinterface lassen sich ggf. mehrere teure Einzelgeräte wie z.B. Speicheroszilloskop, x-ySchreiber und Digitalzähler ersetzen.

Mögliche Probleme der Messwerterfassung mit Computern:

Probleme
  • die Auswertung des Experiments übernehmen nun nicht mehr die Schüler mit Unterstützung der Lehrkraft, sondern ein Computerprogramm.

    Es besteht dadurch die Gefahr, dass die Schüler die Vorstellung davon verlieren, wie genau die Messung vor sich geht, was gemessen wird und wie die Auswertung der Daten erfolgt.

  • die große Zahl der bei Auswertungen entstandenen, unterschiedlichen Diagramme kann leicht verwirren.
    Es ist daher wichtig, ausführlich zu besprechen, was in den Diagrammen dargestellt ist und sich bei deren Interpretation Zeit zu lassen.

  • insgesamt läuft die Aufnahme und Auswertung eines Experiments in kürzerer Zeit ab.
    Der Unterricht schreitet schneller fort und wird für die Schüler evtl. auch anstrengender und anspruchsvoller.
    Nicht so leistungsstarke Schülerinnen und Schüler können dadurch schneller den Überblick verlieren. Das Leistungsgefälle innerhalb einer Gruppe kann sich so vergrößern.

  • vor allem Schüler (aber auch Lehrer) können der Faszination der Messwerterfassung und dem Spieltrieb im Umgang mit dem Computer so stark erliegen, dass dies zu stark in den Mittelpunkt rückt, und das eigentliche Ziel - der Zuwachs an physikalischer Erkenntnis - in den Hintergrund tritt.

"Lernen braucht Zeit".

Bei aller Begeisterung für die Möglichkeiten der Messwerterfassung sollten wir Physiklehrerinnen und Physiklehrer dies nie vergessen.

Messwerterfassungssysteme sind eher technische Hilfsmittel als didaktische, d.h. ihr Einsatz dient in der Regel nicht primär dem besseren Verständnis eines Experiments, sondern ihr Vorteil liegt meist in der schnelleren Erfassung bei der Aufnahme der Messwerte und in der Automatisierung bei deren Auswertung.

Das Verständnis für einen Versuchsaufbau und die zu messenden Zusammenhänge benötigt aber Zeit und wird am Besten durch eigenes Tun erworben.
Je perfekter, komplexer und ausgefeilter Messwerterfassungssysteme sind, um so mehr sollte dies bedacht werden.
Dies gilt ganz besonders für das Praktikum.

Vor dem Einsatz von Messwerterfassungsprogrammen sollten Schüler daher - wo immer dies möglich ist - zunächst einmal eine ähnliche Versuchsauswertung "von Hand" gemacht haben.
Dies vertieft einerseits das Verständnis dafür, was die Messwerterfassung genau macht.
Andererseits werden die Schülerinnen und Schüler die Erleichterung, die ihnen der Einsatz eines Messwerterfassungssystems bietet, erst dann richtig zu schätzen wissen, wenn sie sich der Mühe der Messwertaufnahme und - auswertung von Hand einmal unterzogen haben.

So ist der Einsatz von Messwerterfassungssystemen - aus didaktischer Sicht - oft eher eine Ergänzung zu einem konventionellen Experiment als eine Alternative dazu.


Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver