Physikalische Modellbildung mit dynamischen Modellen

Im naturwissenschaftlichen Unterricht setzt hypothesengeleitetes Experimentieren bei den Lernenden eine Grundvorstellung über die untersuchten Zusammenhänge voraus. Die Arbeit mit einem dynamischen Modell soll im didaktischen Konzept der physikalischen Modellbildung die Lücke zwischen einer naturwissenschaftlichen Fragestellung und einer im Experiment überprüfbaren Hypothese schließen.

Die Anwendung des aus erkenntnistheoretischen Überlegungen abgeleiteten Konzepts wird in einer explorativen Studie im Mixed-Methods-Design analysiert, in der sich N=41 Lehramtsstudierende mit GeoGebra-Modellen auf ein Experiment im Praktikum der Optik vorbereiten. Anhand von Videoaufnahmen werden Faktoren und Verhaltensmuster der Arbeit mit einem dynamischen Modell identifiziert. Diese Merkmale werden in Abhängigkeit individueller Lernvoraussetzungen auf Zusammenhänge mit der Qualität und Quantität der formulierten Hypothesen sowie den Handlungen im Experiment untersucht.

Aus den Daten wird ersichtlich, dass die Formulierung komplexer Hypothesen und ihre Überprüfung in einem Experiment erst bei gründlicher Arbeit mit dem dynamischen Modell erfolgt. Als Ergebnis werden Gestaltungsempfehlungen für dynamische Modelle abgeleitet, die eine zielgerichtete Untersuchung des modellierten Systems ermöglichen. Sie werden in einem Unterrichtskonzept für die Optik umgesetzt, das sich durch die Modellierung optischer Phänomene und die Überprüfung der Modellaussagen in Experimenten auszeichnet.