(Jan Weiser, Februar 2012)
Der Physikunterricht in höheren Klassen sollte wie erörtert immer alle drei Stufen als „Unterrichtsstufen“ umfassen. Dass das sinnvoll ist, soll an einer Stunde zur Einführung von mechanischen Schwingungen in der Kursstufe dargestellt werden. Die Schülerinnen und Schüler der besuchten Stunde in einem 2-stündigen „Grundkurs“ waren 16 – 17 Jahre alt. Sie wurden im Voraus als wenig interessiert bezeichnet. Auffällig war, wie engagiert in dieser Stunde alle Schülerinnen und Schüler mitgearbeitetet hatten. Vermutlich weil alle auf „ihrer Stufe“ angesprochen werden konnten.
Aufgabenstellung:
Die abgebildete Uhr läuft in 24 h zwei Stunden zu schnell. Wie kann das Problem behoben werden.
1. Stufe des persönlichen Verbindens: „Stammeln“ - assoziatives Fragen
Aufgrund einer Arbeitsanweisung "stammelten" die Schülerinnen und Schüler zunächst über die Bauteile und die Funktionsweise der Uhr. Im Laufe der Gespräche untereinander wurden die alltagssprachlichen Benennungen der Bauteileund Beschreibungen immer präzisier.
2. Stufe des sachlichen Beschreibens: Leitfrage: wie ist es?
Die Funktionsweise der Uhr konnte in alltagssprachlicher Formulierung sachkundig beschrieben werden. Dabei wurde klar, dass die „Schwingungsdauer“ des Pendels vergrößert werden muss. Erste Hypothesen und Lösungsmöglichkeiten wurden diskutiert.
3. Stufe des wissenschaftlichen Beschreibens („Naturwissenschaft“) - Leitfrage: warum ist es so?
Durch eine zweite Anweisung konnten die Schülerinnen und Schüler selbständig erforschen, wie die Schwingungsdauer T mit der Masse m, der Amplitude A, der Länge l des Pendels zusammenhängt und Vorschläge erarbeiten, wie das Pendel der vorgegebenen Pendeluhr verändert werden muss. Alle Schülergruppen arbeiteten hoch motiviert, fanden heraus, dass nur die Pendellänge der entscheidende Faktor sein kann. Schnelle Gruppen untersuchten die angenommene Proportionalität.
Im folgendem Klassengespräch wurde der Mittelwert der von den Schülergruppen mit dem vom Lehrer theoretisch berechneten Wert verglichen und die mathematische Beziehung zwischen der Schwingungsdauer T, der Masse m, der Länge l und dem Ortsfaktor g durch die vorgegebene Formel gezeigt.
Mit dieser konnte dann geklärt werden, warum keine Proportionalität beobachtet werden konnte. Im Klassengespräch wurde ansatzweise die 3. Stufe des naturwissenschaftlichen Verstehens erreicht. Den Lernenden wurde deutlich, dass viele sich bei etwa bei den Energiebetrachtungen noch auf der 1. Stufe oder 2. Stufe befinden und dass erst durch den weiteren Unterricht versucht werden kann, die 3. Stufe zu erreichen. Erstaunlich war, wie gelassen die Lehrkraft den Unterricht zunächst auf der 1. Stufe begann und am Ende in sehr kurzer Zeit die besonders engagiert mitarbeitenden Lernenden auf die 3. Stufe führen konnte.