Wasserstromkreismodelle - tragfähige Analogien zur Bildung innerer Bilder für elektrische Ströme
Bei der Betrachtung elektrischer Phänomen kann die Frage auftreten: „Was strömt eigentlich, wenn ein elektrischer Strom fließt?“
Diese Frage hatte in der Geschichte der Physik verschiedene Antworten. Die Physiker haben sich unterschiedliche mentale Bilder ausgedacht, um die Situation zu verstehen. Das Bild, das historisch zur heutigen Vorstellung „elektrischer Strom“ geführt hat, ist ein Wassermodell. Dieses Bild kann sich auf eine tiefgehende theoretische Strukturgleichheit stützen (siehe unten) und ist somit ausbaufähig bis in ein naturwissenschaftliches bzw. technisches Studium hinein.
Wie Wasser in Schläuchen strömt, strömt Elektrizität (elektrische Ladung) in Kabeln. Elektrizität (elektrische Ladung) kann man nicht sehen – strömendes Wasser in den zuvor gefüllten transparenten Schläuchen auch nicht. Die drehenden Rädchen weisen auf strömendes Wasser hin. Je schneller sich die Rädchen drehen, desto größer ist die „Wasserstromstärke“ …. Mit den Wasserstromkreismodellen können vielfältige elektrische Schaltungen veranschaulicht werden (siehe unten)...
Wasserströme werden im Unterricht oft zur Veranschaulichung der entsprechenden elektrischen Größen herangezogen, ohne dass die Lernenden eigene Erfahrungen mit geschlossenen Wasserstromkreisen haben, bei denen die Inkompressibilität des Wassers die entscheidende Rolle spielt. Deshalb können reale Wasserstromkreismodelle im Physikunterricht zu einem tiefergehenden Verständnis führen. Der hierfür nötige erhöhte Zeitbedarf wird kompensiert durch die stabilen inneren Bilder, auf die in den folgenden Klassenstufen aufgebaut werden kann.
Über viele Jahre hinweg wurden reale Wasserstromkreismodelle von Conatex produziert und vertrieben. Die Herstellungskosten waren im Laufe der Jahre sehr hoch geworden und so wurde der Vertrieb inzwischen eingestellt.
Um eine Art „Ersatz“ bereit zu stellen, haben wir verschiedene WasserstromkreisVideos produziert und möchten Sie für den Unterricht zur Verfügung stellen.
Die Videos enthalten zu Beginn einen kurzen Text, der den Einsatz des Videos skizziert. Dieser Vorspann kann im Unterricht übersprungen werden, wenn die Lernenden unvoreingenommen das Phänomen betrachten sollen.
Didaktische Hinweise zum Einsatz der Wasserstromkreismodelle sind im Folgenden bereitgestellt.
Wir hoffen, dass Sie diese Video erfolgreich einsetzen können. Wir wollen Sie dabei unterstützen, dass die Lernenden sich stabile, tragfähige, innere Bilder zum Verständnis der Phänomene und der Gesetzmäßigkeiten der elektrischen Ströme bilden können.
Wir freuen uns auf Rückmeldungen
Dieter Plappert und Daniel Bohn.
Veröffentlichungen zum Einsatz der Wasserstrommodelle
Zur Strukturgleichheit verschiedener Gebiete gezeigt am Beispiel Hydraulik-Elektrizitätslehre
„Elektrizitätslehre“: MINT-Unterricht der innerlich berührt – der n-Prozess als didaktischer Weg
systemisches Denken im Physikunterricht: elektrische Stromkreis, Fließgleichgewicht,..
Verständliche Elektrizitätslehre
Betriebsanleitungen mit ausführlichen didaktischen Hinweisen zum Einsatz der Stromkreismodelle
Stromkreismodell zum Begriff Energieträger in elektrischen Stromkreisen