Beschreibung:
Bereits Ende der 70er Jahre initiierte Jung unter Mitarbeit von Reul und Schwedes eine Mechanikstudie, die sie als einen „erste[n] Schritt in einem langfristig angelegten Forschungsprojekt Lernschwierigkeiten im Physikunterricht“ (Jung, Reul & Schwedes, 1977) ansahen. Nach inzwischen mehreren Zyklen aus theoriegeleitetem Design, Erprobung und Redesign (für einen Überblick über die Vorarbeiten siehe Wiesner, Tobias, Waltner, Hopf, Wilhelm & Sen, 2010 oder Wilhelm, Tobias, Waltner, Hopf & Wiesner, 2012) wurde 2010 in einer groß angelegten empirischen Vergleichsstudie (Tobias, 2010) nachgewiesen, dass durch diese Herangehensweise eine Verbesserung im Lernerfolg erreicht werden kann. Das Projekt wurde 2011 mit dem Polytechnikpreis ausgezeichnet.
Angeknüpft wird an die allgemein einsichtige Idee „Von nichts kommt nichts“ oder „Ohne Einwirkung keine Änderung“. Die Einwirkung einer Kraft führt zu einer Änderung der Geschwindigkeit: der Körper erhält eine Zusatzgeschwindigkeit. Dabei wird die Geschwindigkeit als Kombination von Tempo und Richtung der Bewegung definiert, und als Pfeil dargestellt. Als Ankerbeispiel dient im Verlauf des Lehrgangs immer wieder die kurzzeitige, senkrechte Einwirkung auf die Bewegung einer rollenden Kugel: Der Körper hat bereits eine Anfangsgeschwindigkeit und erhält eine Zusatzgeschwindigkeit in Richtung der Einwirkung, die von Einwirkstärke, Einwirkdauer und der Masse des Körpers abhängt. Aus den Pfeilen der Anfangs- und Zusatzgeschwindigkeit wird graphisch der Pfeil der Endgeschwindigkeit bestimmt. Über Je-Desto Beziehungen zwischen den Größen Einwirkungsstärke, Einwirkungsdauer, Masse, und Zusatzgeschwindigkeit gelangt man zur Newton'schen Bewegungsgleichung, die zur argumentativen Analyse verschiedener Alltagssituationen angewendet wird.
Materialien zum 2DD-Mechanikunterricht
Einige Materialien zum 2DD Mechanikunterricht sind als Handreichungen im Aulis Verlag erschienen:
Wiesner, Wilhelm, Waltner, Tobias, Rachel, Hopf: Kraft und Geschwindigkeitsänderung – Ein neuer fachdidaktischer Zugang zur Mechanik. Aulis Verlag in Friedrich Verlag GmbH, 2016.
hier geht's zum Link
Wiesner, Wilhelm, Rachel, Waltner, Tobias, Hopf: Mechanik I: Kraft und Geschwindigkeitsänderung. Reihe Unterricht Physik, Band 5, Aulis-Verlag, 2011.
Wiesner, Wilhelm, Hopf, Rachel: Mechanik II: Dynamik, Erhaltungssätze, Kinematik. Reihe Unterricht Physik, Band 6, Aulis-Verlag, 2013.
Die frei verfügbaren Materialien (nicht-kommerzielle Vervielfältigungen für den Unterrichtseinsatz) können an dieser Stelle heruntergeladen werden:
Schulbuchkapitel gibt's hier
Arbeitsblätter gibt's hier
Stroboskopbilder gibt's hier
Videos gibt's hier
und hier
Eine neue HTML5-Version der Simulation mit dem Titel „Kraftstoß“, die in jedem Browser gestartet werden kann, findet sich hier.