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Nichtlineare Systeme

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Nichtlineare Systeme im Physikunterricht

Dieses Projekt ist zu weiten Teilen am Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) der Universität Kiel unter Mitarbeit von Prof. Komorek entwickelt worden. 

Ausgangslage

Von der komplizierten Alltagswelt im Kleinen bis zur Dynamik der Weltwirtschaft und zur umfassenden Ökologie des Systems Erde im Großen reicht das Spektrum an komplexen Systemen, mit denen Schülerinnen und Schüler heute und in Zukunft konfrontiert sind. Die Didaktiken der Naturwissenschaften sind herausgefordert, Zugänge zur Komplexität zu schaffen.

BildFür das Studium komplexer Systeme haben sich Beispiele aus der Physik als günstig erwiesen. Die Naturwissenschaften haben eine Reihe von Theorieansätzen entwickelt, um ein einheitliches Bild der komplexen nichtlinearen Dynamik zu zeichnen. Einige dieser Theorien - zum deterministischen Chaos, zu Fraktalen und zur Selbstorganisation - sind auch in der Öffentlichkeit wahrgenommen worden, weil durch die neuen Theorien Grundkonzepte der Naturwissenschaften wie Determinismus, Vorhersagbarkeit oder Zufall neu interpretiert werden und damit auch weltanschauliche Aspekte berührt werden.

Ziele und Forschungsfragen

Das Ziel der Arbeiten in diesem Projekt ist die didaktische Rekonstruktion der nichtlinearen Physik. Analysen der Sachstrukturen und Elementarisierungen, bei denen die Ziele des Physikunterrichts eine wesentliche Rolle spielen, sind eng mit empirischen Studien zum Lernen und mit der Entwicklung und Evaluation von Unterricht verzahnt. Die Untersuchung von Lernprozessen erlaubt, Unterricht zu entwickeln und zu erproben. Während seiner Erprobung lassen sich wiederum die Lernprozesse von Schülern und Lehrern im realen Klassenunterricht studieren. Am Schluss dieses Prozesses stellen wir einen mit erfahrenen Lehrkräften entwickelten und erprobten Unterricht der Schulpraxis zur Verfügung.

Näheres: IPN-Blätter 4/1997, "Unterricht zur Chaostheorie" und 1/1998, "Chaos und Fraktale"

Drei Leitfragen begleiten diesen Prozess:

  • Welche neuen Denkweisen haben Theorien zur nichtlinearen Physik, zu Chaos und Ordnungsmechanismen sowie zu Prinzipien der Struktur- und Musterbildung in die Physik hineingebracht und welche Bedeutung besitzen sie über die Physik hinaus?
  • Welchen Beitrag können diese Denkweisen und die grundlegenden Konzepte der Theorien zu einer naturwissenschaftlichen Grundbildung leisten und welche Ziele des naturwissenschaftlichen Unterrichts können durch die Vermittlung von nichtlinearer Physik erreicht werden?
  • Wie lassen sich Prozesse des Lehrens und des Lernens von Konzepten der nichtlinearen Physik modellieren und wie müssen die Sachstrukturen für den Unterricht modifiziert werden, damit das Lernen unterstützt wird und Schüler zu einer adäquaten Sicht von Physik gelangen?
diz1u-Webmaster4pal0 (diz@ykuni-oldent39z5burk02+g./nbgde) (Stand: 07.11.2019)