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Bedeutung nichtlinearer Systeme

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Zur Bedeutung der nichtlinearen Physik für den naturwissenschaftlichen Unterricht

  • Für die Fachdidaktik stellt die moderne Physik des 20. und 21. Jahrhunderts eine Herausforderung dar, denn sie ist in der Schulphysik meist nur am Rande zu finden, während sie gleichzeitig zum integralen Bestandteil vieler fachwissenschaftlicher Sparten geworden ist. Dazu zählen z.B. die Material- oder Geowissenschaften sowie die Klimaforschung. Die Physik nichtlinearer Systeme steht dabei exemplarisch für die moderne Physik, wenn es darum geht, vertraute naturwissenschaftliche Konzepte umzudeuten oder zu erweitern. Aus didaktischer Sicht bietet die nichtlineare Physik als Unterrichtsthema durchaus Vorteile gegenüber anderen Bereichen der moderner Physik, wie z.B. gegenüber der Quantenphysik, weil durch lebenswelt-nahe, anschauliche und fragwürdige Phänomene, zu denen Schüler eigene Bezüge aufbauen können, der Zugang zur modernen Physik erleichtert werden kann.
  • Den Theorien zu nichtlinearen Systemen gelingt es, rückkoppelnde, instabile, strukturbildende und komplexe Phänomene in ganz verschiedenen Bereichen der Natur, die zunächst nichts miteinander zu tun haben, einheitlich zu modellieren. Dies liegt daran, dass die nichtlineare Physik als ein strukturwissenschaftlicher Ansatz zu verstehen ist, dessen Bedeutung über die Physik hinaus geht. Mit den Modellen der nichtlinearen Physik lässt die teilweise hoch komplexe Dynamik von Phänomenen im Überlappbereich zwischen Physik und Biologie, Medizin, Chemie, Mathematik und den Geowissenschaften untersuchen und beschreiben. Gerade die interdisziplinären Problembereiche sind es, in denen Methoden und Modelle der nichtlinearen Physik ihre größten Erfolge feiern. Zu nennen ist hier die Klimaforschung, aber auch Bereiche der Wahrnehmungsforschung und der Medizin. Mit innovativen Mess- und Analyseverfahren der nichtlinearen Physik gelingt es heute in Laborstudien z.B., Risikopatienten durch geeignete Medikation vor dem plötzlichen Herztod zu bewahren oder bei Epilepsiekranken schonender und genauer den Epilepsieherd zu bestimmen als bisher.
  • Naturwissenschaftliche Erkenntnisse, die sich auf Strukturbildungen und auf das Verhalten komplexer Systeme beziehen, lassen sich nur nachvollziehen, wenn ein Grundwissen über nichtlineare Physik aufgebaut worden ist. Das Ziel unseres Projekts ist es daher, Schülern sowohl das strukturell Ähnliche in verschiedenen Bereichen von Natur und Naturwissenschaft nahezubringen als auch das interdisziplinäre Vorgehen der modernen naturwissenschaftlichen Forschung transparent zu machen. Somit kommen fachübergreifende und fächerverbindende Aspekte mit in den Blick. Insgesamt wollen wir untersuchen, inwieweit in der Schule ein modernes Bild von Physik vermittelt werden kann; der Ansatzpunkt unserer Studien ist dabei, mit Schülern komplexes Systemverhalten anhand von einfachen Modellbeispielen zu diskutieren. Mit einer Umdeutung und einer begrifflichen Erweiterung grundlegender Begriffe der Physik wie Determinismus, Kausalität, Vorhersagbarkeit oder Zufall werden dann auch philosophische und erkenntnistheoretische Fragen aufgeworfen und im Unterricht thematisiert.
diz-iiaWej9mwzbmastkyserre (diitjz@baouniy9n2n-oldenburgucf.de) (Stand: 21.08.2020)