Modellbildung im Physikunterricht

Grundprinzip der Modellbildung.

Die Modellbildung unterstützt in vielfacher Weise die Hypothesenbildung und das Denken in Zusammenhängen im Physikunterricht:

• am Anfang steht die Hypothese über einen physikalischen Zusammenhang und die Abhängigkeiten der verschiedenen Einflußgrößen voneinander.
• in einem Modellbildungssystem werden diese Einflußgrößen dann zu Objekten, die sich gegenseitig beeinflussen können. Man kann so seine Hypothese simulieren.
• durch einen Vergleich der Simulationsergebnisse mit einem Realexperiment kann dann die Hypothese geprüft und das Modell ggf. korrigiert werden.

Modellbildungssysteme entsprechen also nicht nur der Denk- und Arbeitsweise der Physik, sondern verlangen und fördern das auch im Lehrplan geforderte "übergreifende Denken in Zusammenhängen".

Einsatz im Unterricht:

Modellbildungssysteme im Unterricht können immer dort zum Einsatz kommen wo

• eine geschlossene Lösung eines Problems nicht vermittelt werden kann, weil die mathematischen Kenntnisse der Schüler nicht ausreichend sind.
  
  So kann z.B. der radioaktive Zerfall, das Laden und Entladen von Kondensatoren und die elektromagnetische Induktion im Unterricht nur über einen Iterationsvorgang beschrieben werden, da die Schüler in der Regel die Exponentialfunktion erst später kennenlernen.
  
• manchmal beeinflussen sich auch so viele Größen gegenseitig, dass eine Abschätzung des Ergebnisses gar nicht möglich ist.
  
  Kleinste Änderungen der Parameter führen zu extremen Veränderungen oder chaotischen Auswirkungen Solche Systeme lassen sich nur mit Modellbildungssystemen untersuchen.

Software für die Modellbildung:

Modellbildung kann mit verschiedenen Arten von Programmen betrieben werden:

• Mit einer Tabellenkalkulation wie z.B. EXCEL
  
• Mit Computer-Algebra-Systemen wie z.B. MAPLE
  
• Mit Modellbildungssystemen wie z.B.
  
  
  • MOEBIUS
  • DYNASYS
  • EASYSIM
  • STELLA UND POWERSIM
  • PAKMA