Situiertes Lernen am Beispiel der
Modified Anchored Instruction:
Motivations- und Lernwirksamkeit von
Zeitungs- und Werbeaufgaben
Patrik Vogt
Lehrveranstaltung an der Pädagogischen Hochschule Freiburg
am 10.01.2014
Inhalt
• Folien des Impulsvortrages
• Basisartikel
• Beispielaufgaben
• Werbeanzeigen zur Entwicklung von Werbeaufgaben
• Literaturhinweise
1
Situiertes Lernen am Beispiel der Modified Anchored Instruction:
Motivations- und Lernwirksamkeit von Zeitungs- und Werbeaufgaben
| Folie 2 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
I. Ausgangslage und theoretischer Hintergrund
II. Beispiel und Einordnung von „Zeitungs-“ und
„Werbeaufgaben“
III. Forschungsfragen und Designs
IV. Ergebnisse der Interventionsstudien
V. Zusammenfassung und Ausblick
Überblick
2
| Folie 3 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
� Interesse und Leistung mäßig
� Defizite bei der Anwendung
des Gelernten auf neue
innerfachliche und
außerfachliche Fragen
� Problem des „trägen Wissens“
(Whitehead: „inert knowledge“,
1929)
Wodurch wird „träges Wissen“ erzeugt?
Quelle: Whitehead, A. (1929). The aims of education and other essays. NY: MacMillan.
AusgangslageErgebnisse internationaler Vergleichsstudien
| Folie 4 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
1. Um wie viel Grad haben sich 2,3 kg Sand (c = 0,84 kJ/(kgK))
erwärmt, wenn die zugeführte Wärmemenge 70 kJ beträgt?
2. Ein glühender Stahlblock mit einer Masse von 1 t hat eine
Temperatur von 900 °C und kühlt allmählich auf 20 °C ab. Wie
viel Wärme wird dabei an die Umgebung abgegeben?
Prisma Physik 7-10, Ernst Klett Schulbuchverlag, Stuttgart,
2006
Link Physik 8, DUDEN PAETEC Schulbuchverlag, Berlin, 2005
Ziel: Stärkere Verankerung der Lerninhalte an der Lebenswelt
der Schülerinnen und Schüler, aber wie?
… durch eine unzureichende Verankerung an realen Problemsituationen!
3
| Folie 5 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Der AI-Ansatz ist neben seinen Vorzügen auch mit erheblichen
Problemen verbunden…
Quelle: Cognition and Technology Group at Vanderbilt (CTGV) (1990). Anchored Instruction and its Relationship to Situated Cognition. Educational Researcher, 19 (6), 2-10.
Anchored
Instruction
Anchored Instruction-AnsatzAnforderungen an das Ankermedium
| Folie 6 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
� Schlechtes Kosten-Nutzen-Verhältnis:
Mindestens 100 Stunden Entwicklungszeit pro Stunde
Instruktionszeit
� Technische Unflexibilität:
Nutzungsvoraussetzungen liegen fest (Multimedia-
Ausrüstung)
� Didaktische Unflexibilität:
Keine Anpassung auf die Bedürfnisse des Unterrichts
möglich; Lernvoraussetzungen, Differenzierung,
Sprache,…
Entwicklung eines modifizierten Anchored Instruction-Ansatzes mit
dem Ziel einer höheren Praktikabilität und Flexibilität für den Unterricht
(Kuhn & Müller, 2005)
Quelle: Kuhn, J. & Müller, A. (2005). Ankermedien und ‚Aufgabenkultur’ im Physikunterricht: Zwei empirische Studien im theoretischen Rahmen des situierten Lernens. Beiträge zur Frühjahrstagung der DPG – Berlin 2005 [CD]. Berlin: Lehmanns Media.
… diese beruhen insbesondere auf dem videobasierten Format!
4
| Folie 7 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
AI
In den ersten Studien zum MAI-Ansatz wurde die Wirksamkeit
von „Zeitungsaufgaben“ untersucht
MAI
Modifizierte Anchored InstructionAnforderungen an das Ankermedium
| Folie 8 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
VDI Nachrichten, 30.05.2003
1. Beschreibe, wie mit dem Drei-Schluchten-
Staudamm elektrische Energie erzeugt
wird. Verdeutliche Deine Erklärungen durch
ein Energieflussdiagramm.
2. Welche Wassermasse wird in dem Stausee
gespeichert, wenn der Wirkungsgrad bei
Wasserkraftwerken etwa 80% beträgt?
3. Erstelle ein Modellexperiment, mit dem Du
die Funktionsweise des Drei-Schluchten-
Staudammes erklären kannst.
4. Wäge Vor- und Nachteile dieses Projektes
gegeneinander ab. Ziehe dabei in Betracht,
dass eine vierköpfige Familie in etwa 3 500
kWh elektrische Energie jährlich benötigt.
5. Wie lange wird mit dem Staudamm jährlich
elektrische Energie erzeugt? Was meinst
Du dazu?
ZeitungsaufgabenBeispiele und Effektivität
5
| Folie 9 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
1. Beschreibe, wie mit dem Drei-Schluchten-
Staudamm elektrische Energie erzeugt
wird. Verdeutliche Deine Erklärungen durch
ein Energieflussdiagramm.
2. Welche Wassermasse wird in dem Stausee
gespeichert, wenn der Wirkungsgrad bei
Wasserkraftwerken etwa 80% beträgt?
3. Erstelle ein Modellexperiment, mit dem Du
die Funktionsweise des Drei-Schluchten-
Staudammes erklären kannst.
4. Wäge Vor- und Nachteile dieses Projektes
gegeneinander ab. Ziehe dabei in Betracht,
dass eine vierköpfige Familie in etwa 3 500
kWh elektrische Energie jährlich benötigt.
5. Wie lange wird mit dem Staudamm jährlich
elektrische Energie erzeugt? Was meinst
Du dazu?
Das Kraftwerk des „Drei-
Schluchten-Staudammes“ am
Jangtse soll eine Leistung
von 18200 MW haben und
jährlich 85 TWh elektrische
Energie erzeugen.
ZeitungsaufgabenBeispiele und Effektivität
| Folie 10 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
MAI
Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität: MAI-Einordnung
6
| Folie 11 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
� Themenbereich: Geschwindigkeit, Elektrische Energie.
� AV: Motivation, Lernleistung; UV: Lerngruppe (EG/KG)
� Weitere Faktoren: Lehrer, Schulsystem, Schulart, Geschlecht,
Vorleistung, Lesekompetenz, allg. Intelligenz
� Population: Insgesamt 911 SuS hierarchische Modellierung
Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität: Stichprobe
| Folie 12 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Woche KONTROLLGRUPPE (KG) EXPERIMENTAL-GRUPPE (EG)
1 Vortests: Intelligenz, Lesekompetenz
Motivationsprätest
2
LE
RN
PH
AS
E M
IT
KO
NV
EN
TIO
NE
LL
E N
AU
FG
AB
EN
Arbeitsblatt 1
LE
RN
PH
AS
E M
IT
ZE
ITU
NG
SA
UF
GA
BE
N
Arbeitsblatt 1
3 Arbeitsblatt 2 Arbeitsblatt 2
Aktueller Motivationstest
(Verlaufstest)
Aktueller Motivationstest
4 Arbeitsblatt 3 Arbeitsblatt 3
5 Motivationsposttest
Leistungsposttest
6...9 konventioneller Unterricht in neuem Stoffgebiet
10 Leistungs-Nachfolgetest
11...13 konventioneller Unterricht in neuem Stoffgebiet
14 Motivations-Nachfolgetest
Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität: Untersuchungsdesign
7
| Folie 13 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
0
0,5
1
1,5
2
Bloom-Benchmark
(Einzelunterricht)
TIMSS
Singapur vs.
Deutschland
Eff
ekts
tärk
e C
oh
en´s
d
0,80
2,00
P
KGEG
SD
XXd
klein (0,2 ≤ d < 0,5)
mittel (0,5 ≤ d < 0,8)
groß (d ≥ 0,8)
2
11
KGEG
2
KGKG
2
EGEGp
NN
SDNSDNSD
Methodischer HintergrundErläuterung der verwendeten Effektstärke
| Folie 14 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
Lernleistung:
Unterschied
Lernleistung
(Transfer):
Unterschied
Motivation:
Unterschied
Motivation:
Stabilität
Lernleistung:
Stabilität
Motivation
('Authentizität'):
'Manipulation
Check'
TIMSS
Singapur vs.
Deutschland
Untersuchungsaspekt
Effektstärke d
klein
mittelgroß
groß
N ≈ 900 SuS
Methodischer HintergrundErläuterung der verwendeten Effektstärke
8
| Folie 15 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Welche anderen authentischen Medien haben eine ähnliche Wirksamkeit?
| Folie 16 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
a) Gelingt dies, wie in der Werbeanzeige
behauptet, in weniger als sechs
Minuten?
b) Was kostet das Erhitzen des Wassers
bei einem Kilowattstundenpreis von
20 Cent?
c) Wie groß ist der fließende elektrische
Strom?
d) Berechne den elektrischen
Widerstand der Heizspirale!
Um Tee zu kochen, sollen mit Hilfe des
dargestellten Wasserkochers zwei Liter
Wasser zum Sieden gebracht werden.
„Werbeaufgaben“Beispiel: spezifische Wärmekapazität
9
| Folie 17 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
a) Gelingt dies in weniger als sechs Minuten?
b) Was kostet das Erhitzen des Wassers bei einem
Kilowattstundenpreis von 20 Cent?
c) Wie groß ist der fließende elektrische Strom?
d) Berechne den elektrischen Widerstand der
Heizspirale!
Um Tee zu kochen, sollen mit Hilfe eines Wasserkochers
(230 V/2300 W) zwei Liter Wasser zum Sieden gebracht
werden.
AlltagsproblemeBeispiel: spezifische Wärmekapazität
| Folie 18 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
MAI
Abgesehen von der geforderten narrativen Einbettung erfüllen
„Werbeaufgaben“ alle MAI-Designprinzipien
Einordnung in den MAI-Ansatz„Werbeaufgaben“
10
| Folie 19 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
FF1: Besitzen „Werbeaufgaben“ eine höhere Wirksamkeit als
konventionell formulierte Alltagsprobleme (N = 129)?
FF2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen der
eingesetzten Aufgabendosis und der Wirkung auf
Motivation und Leistung (N = 360)?
FF3: Besitzen „Werbeaufgaben“ auch in Verbindung mit
anderen Medien und Unterrichtsmaßnahmen eine
höhere Wirksamkeit als konventionell formulierte
Alltagsprobleme (N = 116)?
ForschungsfragenWirksamkeit, Dosis-Wirkung, Robustheit
| Folie 20 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
FF1: Besitzen „Werbeaufgaben“ eine höhere Wirksamkeit als
konventionell formulierte Alltagsprobleme (N = 129)?
M1. „Werbeaufgaben“ führen zu einem höheren Motivationsgrad
verglichen mit konventionell formulierten Alltagsproblemen.
M2. Der hervorgerufene Motivationsunterschied hat über einen
mittelfristigen Zeitraum Bestand.
L1. „Werbeaufgaben“ führen zu einer höheren Leistung
verglichen mit konventionell formulierten Alltagsproblemen.
L2. Der hervorgerufene Leistungsunterschied hat über einen
mittelfristigen Zeitraum Bestand.
Forschungsfrage IWirksamkeit von „Werbeaufgaben“
11
| Folie 21 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Follow up (Motivation, Leistung)2111
Konventioneller Unterricht11…206…10
Kontrollgruppe
(Alltagsprobleme)
Experimentalgruppe
(„Werbeaufgaben“)
Stu
nd
e
Wo
che
Arbeitsblatt 24
Arbeitsblatt 132
Einführung des Heizwertes6
Motivationsposttest 1, Leistungsposttest 153
Arbeitsblatt 38
Motivationsprätest 2, Leistungsprätest 274
Motivationsposttest 2, Leistungsposttest 210
Arbeitsblatt 495
Motivationsprätest 1, Leistungsprätest 1
Grundgleichung der Wärmelehre (Q = c m T)2
Einführung der spezifischen Wärmekapazität1
1
Versuchsdesign: Forschungsfrage IInstruktions- und Testablauf
| Folie 22 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
� Lesekompetenz
� Mathematikleistung
� Konzeptverständnis zur Wärmelehre
� Allgemeine Intelligenz
� Mittlere Leistungsstände in den Fächern
- Physik
- Mathematik
- Deutsch
Versuchsdesign: Forschungsfrage IErhobene Kovariaten
12
| Folie 23 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
FF2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen der
eingesetzten Aufgabendosis und der Wirkung auf
Motivation und Leistung (N = 360)?
Forschungsfrage IIDosis-Wirkungs-Beziehung
| Folie 24 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Arbeitsblatt 4
Arbeitsblatt 3
Arbeitsblatt 2
Arbeitsblatt 1
Follow up (Motivation, Leistung)2111
Konventioneller Unterricht11…206…10
Motivationsposttest 2, Leistungsposttest 210
95
84
Motivationsprätest 2, Leistungsprätest 27
Einführung des Heizwertes6
Motivationsposttest 1, Leistungsposttest 153
4
32
Motivationsprätest 1, Leistungsprätest 1
1
Grundgleichung der Wärmelehre (Q = c m T)
Einführung der spezifischen Wärmekapazität
21
Kontrollgruppe
(Alltagsprobleme)
Experimentalgruppe
(„Werbeaufgaben“)
Stu
nd
e
Wo
che
Versuchsdesign: Forschungsfrage IIInstruktions- und Testablauf
13
| Folie 25 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Arbeitsblatt 2
Arbeitsblatt 1
Follow up (Motivation, Leistung)1910
Konventioneller Unterricht9…185…9
Motivationsposttest 2, Leistungsposttest 28
74
Motivationsprätest 2, Leistungsprätest 26
Einführung des Heizwertes53
Motivationsposttest 1, Leistungsposttest 14
32
Motivationsprätest 1, Leistungsprätest 1
1
Grundgleichung der Wärmelehre (Q = c m T)
Einführung der spezifischen Wärmekapazität
21
Kontrollgruppe
(Alltagsprobleme)
Stu
nd
e
Wo
che
Experimentalgruppe
(„Werbeaufgaben“)
Versuchsdesign: Forschungsfrage IIInstruktions- und Testablauf
| Folie 26 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
TIMSS
Singapur vs.
Deutschland
Motivation;
hohe Dosis und
Kontrolle (FFI)
Authentizität
('Manipulation
Check') (FFI)
Motivation;
mittlere Dosis,
hohe Variabilität (FFIII)
Authentizität
('Manipulation
Check') (FFIII)
0,40*0,40*
0,65**
0,82***0,80
Eff
ekts
tärk
e C
oh
en´s
d
Ausgewählte Ergebnisse kontrastiert zum Ergebnis der TIMS-Studie
(TIMSS-Konsortium; 1995)
Ergebnisse der InterventionsstudienMotivation mit Manipulation Check
14
| Folie 27 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
FF2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen der
eingesetzten Aufgabendosis und der Wirkung auf
Motivation und Leistung (N = 360)?
� n = 17 Pilotstudie
� n = 11 Hauptstudie (FF1)
� n = 9 Ergänzungsstudie („Robustheit“, FF3)
� n = 6 Ergänzungsstudie („Dosis-Wirkung“, FF2)
� n = 0 „Nulldosis“
Dosis-Wirkungs-BeziehungMotivationseffekt
| Folie 28 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im PhysikunterrichtSelbstkonzept 1,180 10,068 0,77 0,999
0
1
n n
k
gd n
e
g Sättigungsgrenze
n Aufgabenzahl
n0 Lage des Wendepunkts
k Steigungsparameter
0,9801,0339,0360,776Authentizität
0,9960,9239,3460,966Gesamt-
motivation
radj.2kn0g
Dosis-Wirkungs-BeziehungMotivationseffekt
15
| Folie 29 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 5 10 15
Anzahl der Aufgaben
Eff
ekts
tärk
e (C
oh
en d
)
95 %-Konfidenzintervall
Dosis-Wirkungs-BeziehungMotivationseffekt
| Folie 30 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
0
20
40
60
80
100
TCI Leistungstest 2
Leis
tun
g i
n %
Heizwert von
Brennstoffen
d = -0,24* (N = 275)
Experimentalgruppe (WA)Kontrollgruppe (kA)
Spezifische
Wärmekapazität
d = 0,36*** (N = 274)
0
20
40
60
80
100
TCI Leistungstest 1
Leis
tun
g i
n %
Ergebnisse der Interventionsstudien Beeinflussung der Leistung
16
| Folie 31 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
Ergebnisse internationaler Schulleistungsvergleichsstudien;
Interesse und Leistung der deutschen Schülerinnen und
Schüler mäßig
Signifikante und praktisch relevante Motivationsunterschiede
zugunsten der EG bei Zeitungs- und Werbeaufgaben
Monoton wachsender Zusammenhang zwischen der
Aufgabendosis und dem hervorgerufenen
Motivationsunterschied
Hoher Leistungsunterschied bei Zeitungsaufgaben, kein
konsistenter Leistungseffekt bei Werbeaufgaben
!
!
!
!
Zusammenfassung
| Folie 32 | 08.01.2014 | Patrik Vogt | Authentische Aufgaben im Physikunterricht
4 Unterricht Physik_2011_Nr. 121
Die Tendenz im Physikunterricht geht weg von Formellernen und Einsetzaufgaben, hin zu abwechslungsreichen Problemstellungen in vielfältigen Kontexten mit lexiblen Lösungswegen [1]. Aufgaben gelten damit nun nicht mehr als eher lästiges Beiwerk, sondern als „Katalysatoren von Lernprozessen“ im Allgemeinen [2] und in der Physik im Besonderen (z. B. [3]). Eine Veränderung der „Aufgabenkultur“ [1] wird auch als einer der Schlüssel angesehen, um den durch die bekannten internationalen Schulleistungsvergleichsstudien diagnostizierten Deiziten entgegenzuwirken. Dabei spielen Problemstellungen in authentischen, für die Schülerinnen und Schüler sinnstiftenden Kontexten ([4]; s. a. [5] – [6]) eine essenzielle Rolle, um insbesondere das bekannte Problem unzulänglichen Transfers des Gelernten zumindest zu reduzieren.
In diesem Heft werden verschiedene Beispiele authentischer Lernme dien – speziell „Zeitungsaufgaben“ und „Werbeaufga
Zeitungsaufgaben“ und andere
authentische Problemstellungen
Impulse für die Aufgabenkultur aus der physikdidaktischen Forschung
Von Jochen Kuhn, Andreas Müller, Wieland Müller und Patrik Vogt
ben“ – als sinnstiftende Aufgabenkontexte zu verschiedenen Themenbereichen vorgestellt und deren Unterrichtseinsatz wird diskutiert. Dies sind Aufgaben, die tatsächliche Zeitungsartikel oder Werbeanzeigen ins Zentrum stellen
Dieser Artikel setzt sich vorweg mit in der Physikdidaktik und in Diskussionen mit Lehrkräften immer wieder auftretenden Fragen zu solchen Problemstellungen mit authentischen Lernmedien und zur Kontextorientierung an sich auseinander. Dabei geht es einerseits um die Begründung für diese Art von Aufgabenstellungen sowie um deren Wirksamkeit für Motivation und Lernen, andererseits auch um Fragen der konkreten Gestaltung des Einsatzes entsprechender Aufgaben:• Warum sollen authentische Problemstellungen
im Unterricht eingesetzt werden?• Welche Effekte können sie im Physikunterricht bewirken?• Wie sollen sie gestaltet und eingesetzt werden? F
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B A S I S A R T I K E L
Warum sollen authentische Problemstellungen im Unterricht eingesetzt werden?
Die Analysen der internationalen Schulleistungsvergleichsstudien der vergangenen Jahre zeigen, dass Schülerinnen und Schüler die im Unterricht erworbenen Kenntnisse nur unzureichend auf konkrete Alltagsprobleme übertragen und Anwendungs bzw. Transferaufgaben in neuen Zusammenhängen nur unzureichend lösen können (sog. „Transferschwierigkeiten“, s. z. B. [7], bzw. sog. „träges Wissen“, s. z. B. [8]). Diese Probleme sind u. a. auch auf den noch überwiegend anzutreffenden traditionellen Physikunterricht und die dort eingesetzten Aufgabenformate zurückzuführen [7]: Die Schülerinnen und Schüler erleben physika lische Begriffe und Inhalte dort in einem reinen Schulkontext, die verwendeten Aufgaben sind häuig alltagsfern, ohne einen motivierenden und kognitiv aktivierenden Kontext. Auch sog. „eingekleidete“ Aufgaben können daran wenig ändern.
Zur Lösung dieser Schwierigkeiten wird in den naturwissenschaftlichen Fachdidaktiken verstärkt ein Lehren und Lernen in unterschiedlichen Kontexten mit authentischen Problemstellungen im Rahmen einer neuen „Aufgabenkultur“ diskutiert (s. z. B. [1], [6], [9] und [10]). Dabei umfasst der Begriff „Kontext“ v. a. zwei Aspekte:• einen inhaltlichen – durch die Einbindung in alltägliche,
authentische und gesellschaftlich relevante Zusammenhänge – sowie
• einen unterrichtsmethodischen – durch die Einbindung des Inhaltes in eine lernförderliche Lernumgebung, die von authentischen Problemstellungen ausgeht und deren Bearbeitung in den Mittelpunkt des Unterrichts rückt.
Solche Ansätze sind aus der Unterrichts praxis wie aus der Forschung gut begründet (s. z. B. [8], [11]): Lernen ist demnach immer eingebettet oder „situiert“ • in einen thematischen und medialen Rahmen, z. B. der
Lern gegenstand „Kinematik“ in das Thema „Sport“ und eine (hoffentlich interessante) „Story“ dazu (s. z. B. S. 15 – 17);
• in eine konkrete Lernsituation (z. B. ein faszinierendes Experiment, an das man sich Jahre später noch erinnert);
• in sozialer Hinsicht (mit Lerngruppe, Klasse oder Lehrer, z. B. eine besonders gute Klassenstimmung).
„Situiertheit“ in diesem Sinne (ausführlich s. [12]) wird dabei als Problem und Chance für das Lernen aufgefasst: Wissen und Können sind nicht etwas, was unabhängig von diesen situativen Faktoren erworben werden kann, sondern Lernen ist im Gegenteil aufs Stärkste davon beeinlusst. Ob dieser Einluss dann zu mangelndem Transfer und „trägem Wissen“ (s. o.) führt oder ob die situativen Faktoren für die Schülerinnen und Schüler motivierend und geistig aktivierend sind, das macht die ganze „Kunst“ erfolgreicher Unterrichtsgestaltung aus.
In diesem Heft geht es um einen Unterrichtsansatz, bei dem vor allem der erste der drei oben genannten Faktoren – also der thematische und mediale Rahmen – im Zentrum steht. Wir möchten sowohl mit den in diesem Artikel vorgestellten Ergebnissen zum Einsatz entsprechender Materialien als auch mit vielfältigen Beispielen (s. S. 11 – 44) dazu beitragen, die nicht leichte „Kunst“ des Unterrichtens vonseiten der Wissenschaft zu unterstützen.
Welche Effekte können authentische Problem-stellungen im Physikunterricht bewirken?
Die Wirkung von Zeitungs und Werbeaufgaben wurde in umfangreichen, systematisch kontrollierten Studien im alltäglichen Physikunterricht überprüft. 1) Behandelt wurden dabei die Themen „(Durchschnitts)Geschwindigkeit“ (Jahrgangsstufe 7/8), „Wärmekapazität“, „Heizwert“ und „Elektrische Energie“ (jeweils Jahrgangsstufe 9/10). Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen werden im Folgenden überblicksartig skizziert (detailliert in [14] und [15]).
Um den Einluss durch die Lehrkraft weitestgehend auszuschließen, unterrichtete jede Lehrperson sowohl eine Versuchsklasse („Experimentalgruppe“), in der mit Zeitungsaufgaben (s. Beispiel in Abb. 1b) bzw. Werbeaufgaben gearbeitet wurde, als auch eine Kontrollklasse („Kontrollgruppe“), in der mit traditionellen Aufgaben (s. Beispiel in Abb. 1a) gearbeitet wurde. Die Aufgaben der Arbeitsblätter – Zeitungsaufgaben bzw. Werbeaufgaben in den Experimentalgruppen und traditionelle Aufgaben in den Kontrollgruppen – bestanden aus Lern, Übungs, Anwendungs und Transferaufgaben zum jeweiligen Thema.
Die Motivation und die Leistungsfähigkeit wurden in den Untersuchungen vor, während (nur Motivation), direkt nach
Abb. 1: Aufgabenbeispiel zum Themenbereich „Geschwindigkeit“: a) traditioneller Aufgabentext und b) Zeitungsartikel; die Aufgaben zu beiden Ausgangstexten sind identisch ([14], S. 58)
Quel
le:
Die
Rhei
npfa
lz,
01
. 08
. 20
03
a) „Traditioneller Aufgabentext“
Mit einem Spezial-Gleitschirm sprang ein Extremsportler in
9000 m Höhe aus einem Flugzeug und glitt mit einer Anfangs-
geschwindigkeit von rund 300 Kilometer pro Stunde über den
Ärmelkanal. Dabei absolvierte er die 34 Kilometer weite Stre-
cke zwischen Dover und Calais in 14 Minuten.
b) Zeitungsartikel
Aufgaben
1. Wie groß war die Durchschnittsgeschwindigkeit des Extrem-
sportlers bei seiner Kanalüberquerung?
2. Vergleiche das Ergebnis aus Aufgabe 1 mit der Geschwindig-
keitsangabe in dem Zeitungsartikel. Wieso sind die beiden
Geschwindigkeiten
verschieden?
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6 Unterricht Physik_2011_Nr. 121
dem Unterricht und mit einem zeitlichen Abstand von bis zu zwei Monaten nach Abschluss des Unterrichts erfasst. Während die Motivation der Schülerinnen und Schüler in den Experimental und Kontrollgruppen vor der Untersuchung nahezu identisch war, wurden Lernende durch die Bearbeitung von Zeitungsaufgaben deutlich stärker motiviert als durch die Bearbeitung von traditionellen Aufgaben (s. Säule „Motivation“ in Abb. 2). Dieser Unterschied war auch noch zwei Monate nach Abschluss der Untersuchung deutlich nachzuweisen, sodass eine zumindest mittelfristig nachhaltige Motivationsförderung durch Zeitungsaufgaben festgestellt werden konnte.
Mit einem kurzen (Teil)Fragebogen (s. a. Abb. 6 auf S. 9) konnte zudem nachgewiesen werden, dass Lernende den Aufgabenkontext – und insbesondere den hier vorgestellten Typ von Lernmedien (Details s. u.) – tatsächlich als authentisch wahrnehmen (s. Säule „Authentizität“ in Abb. 2). Damit ist es möglich nachzuprüfen, ob eine Unterrichtsmaßnahme für die
Lernenden selbst „authentisch“ oder lebensnah erscheint (der Fragebogen ist auch in der Unterrichts praxis einsetzbar; s. [14]), vorgebliche Kontexte können also dadurch vermieden werden.
Geht nun aber diese Motivationssteigerung auch mit einem Lernerfolg einher (positive Motivationseffekte ohne eine solche Auswirkung sind nämlich durchaus bekannt)? Bei Zeitungsaufgaben konnten in allen Themenbereichen vergleichbar große Unterschiede auch für die Leistungsfähigkeit (s. Säule „Leistungsfähigkeit“ in Abb. 2) festgestellt werden. Insbesondere fördert das Arbeiten mit Zeitungsaufgaben die Transferfähigkeit der Lernenden (s. Säule „Transferfähigkeit“ in Abb. 2).
Bei Werbeaufgaben erwies sich zwar die Motivation ebenfalls größer als bei traditionellen Aufgaben, es konnte jedoch keine Förderung der Leistungsfähigkeit nachgewiesen werden.
Alle gefundenen Motivations und Lernerfolgssteigerungen hängen nicht (oder sehr wenig) vom Geschlecht, von den Mathematik und Deutschfähigkeiten der Schülerinnen und Schüler, von der Lehrkraft oder von den untersuchten Schultypen ab. Das heißt: Alle Schülerinnen und Schüler können also von Unterricht mit Aufgaben des hier vorgestellten Typs (Näheres s. u.) proitieren, und dies bei einem breiten Spektrum von Lehrkräften und deren persönlichen Unterrichtsstilen (weitere Details s. [14] und [15]).
Wie sollen authentische Problemstellungen entworfen und eingesetzt werden?
Einer der führenden und am besten untersuchten Ansätze des „Situierten Lernens“ (vgl. [11]) im angloamerikanischen Sprachraum, der sog. „Anchored Instruction“Ansatz (AI), verwendet interaktive, multimediale Videodiscs [16]: Die Schülerinnen und Schüler sehen zunächst eine 15 – 20minütige Videosequenz, in der eine Geschichte von realen Personen in einer realen Umgebung dargestellt wird. Diese endet mit einer komplexen Problemstellung, welche die Lernenden in der Klasse bzw. in Kleingruppen vorwiegend selbstständig lösen. Dabei können sie auf einzelne Episoden und speziell arrangierte Themen im Filmmaterial zugreifen. Diese interaktiven Filme sind das zent rale Mittel von Anchored Instruction, der sog. „Anker“. Dieses „Ankermedium“ schafft als reichhaltige authentische Lernumgebung die beabsichtigte Lerngelegenheit und muss dazu bestimmte Designprinzipien erfüllen (Näheres s. u.).
Anders als diese multimedialen Ankermedien, deren Entwicklungsaufwand sehr groß ist und die nur eine ungenügende didaktischinhaltliche Variabilität aufweisen, sind authentische Text oder auch Bildmedien vergleichsweise leicht zu erstellen und zu verändern. So kann mit vertretbarem Auf wand die erforderliche Flexibilität in Bezug auf Unterrichts und Personenparameter (z. B. Themen, Niveau, Länge, Offenheitsgrad) sowie auf sich ändernde technische und unterrichtliche Bedingungen verwirklicht werden. Diese Flexibilität und Praktikabilität wird durch die von Kuhn und Müller [10] entwickelte sog. „Modiizierte Anchored Instruction“ (MAI; s. Abb. 3 und [14]) hergestellt, die auf den Konstruktionsprinzipien von „Anchored Instruction“ basiert und die hier kurz vorgestellt werden soll.
Die in Abbildung 3 aufgeführten Konstruktionsmerkmale für ein MAILernmedium sollen im Folgenden erläutert und anhand einer „Zeitungsaufgabe“ (s. Abb. 4) konkretisiert werden. Solche Aufgaben haben in der mathematischnaturwissenschaft lichen Unterrichtspraxis bereits eine gewisse Tradition (s. z. B. Mathematik [17]; Physik: [18]). Damit sie als Lernmedien im Sinne des o. g. MAIAnsatzes dienen können, sollten Zeitungsaufgaben jedoch nach den in Abbildung 3 genannten Kriterien konstruiert werden (s. Beispiel in Abb. 4). Allerdings kann auch eine
Motivation Leistungs-
fähigkeit
Transfer-
fähigkeit
Authen-
tizität
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Kontrollgruppe (trad. Aufgaben)
Versuchsgruppe (Zeitungsaufgaben)
Abb. 2: Unterschiede in Motivation, Leistungs- und Transferfähigkeit sowie in der subjektiven Bewertung von Authentizität / Realititätsbezug der Aufgaben zwischen Kontrollgruppe und Experimentalgruppe direkt nach der Untersuchung
Abb. 3: Konstruktionsprinzipien authentischer Lernmedien im Sinne der „Modiizierten Anchored Instruction“ (MAI)
sachgleiche Aufgaben
Einsatz im Unterricht:
aktive, selbsttätige
Problemlösung
regelbare Problem-
komplexität
vertikale und horizontale Verknüpfung
„Story-Charakter“
mit authentischen
Problemstellungen
affektives
AnkermediumMAI
eingebettete Daten
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Aufgabenvariante 1: Verdeutlichung des Konstruktions-
prinzips „Eingebettete Daten“
Das Konstruktionsprinzip „Eingebettete Daten“ ist hier durch Daten im Zeitungsartikel und im Aufgabentext realisiert.Diese Aufgabenvariante ist für Lernende der Sek. I konstruiert und bezieht sich im Wesentlichen auf den Kompetenzbereich „Erkenntnisgewinnung“ (E2, E4) der Bildungsstandards Physik.
Aufgabenvariante 2: Verdeutlichung der Konstruktions-
prinzipien „Eingebettete Daten“ und „Regelbare Prob-
lemkomplexität“
Auch diese Aufgabenstellung ist der Sek. I zuzuordnen. Hier ist das Konstruktionsprinzip „Eingebettete Daten“ so umgesetzt, dass die Lernenden neben den im Zeitungsartikel zu i ndenden Daten darüber hinaus erforderliche Informationen aus den zu lösenden Aufgabenstellungen erhalten. Das Prinzip „Regelbare Problemkomplexität“ ist im Vergleich zu Variante 1 durch eine stärkere Ausrichtung auf die Kompetenz
Abb. 4: Zeitungsaufgabe zum Themenbereich Geschwindigkeit mit kommentierten Aufgabenvariationen
Schnelle Körperbewegung
Ihr Name ist Odontomachus Buri, sie kommt in Mittel- und Südamerika vor, er-
nährt sich von Termiten und anderen Ameisen und ist das Lebewesen mit der
wohl schnellsten Körperbewegung der Welt. Ihre Kieferzangen, die Mandibeln,
können mit Höchstgeschwindigkeit zuschnappen. Ein Muskelpaket im Kopf der
Schnappkieferameise überträgt dazu wie eine Feder die Kraft auf die Kiefer.
Die Ameisen benutzen ihre Fähigkeiten zum Beutefang und zur Flucht vor Fein-
den. Forscher um Sheila Patek von der University of California in Berkeley ha-
ben Schnappkieferameisen in Costa Rica untersucht. In höchster Not lassen die
Ameisen ihre Kiefer auf den Boden schnappen und katapultieren sich dadurch in
0,12 Sekunden an die 40 Zentimeter weit weg. 40 Zentimeter entsprechen etwa
der 36-fachen Körperlänge der Ameise.
Die Forscher konnten den Mechanismus beim Schnappen analysieren, weil sie
hoch au� ösende Kameras benutzten, die 50 000 Aufnahmen pro Sekunde machen
können.
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„Story-Charakter“ mit authentischen Problemstellungen
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Eingebettete Daten
Aufgabenvariante 1
Ein 13-jähriger Schüler sprintet 50 m in 7,2 s. Bestimme die Durchschnittsgeschwindigkeit des Schülers und
der Schnappkieferameise, wenn letztere vor einer Bedrohung fl üchtet.
Aufgabenvariante 2
a) Bestimmt eure Durchschnittsgeschwindigkeit über eine Sprintstrecke eurer Wahl und die Fluchtgeschwindigkeit
der Schnappkieferameise. Plant dazu ein geeignetes Experiment und vergleicht die Ergebnisse.
b) Bewertet die Leistung der Ameise auch unter Berücksichtigung ihres Körperbaus und im Vergleich
mit uns Menschen.
Aufgabenvariante 3: Vertikale (a/b) und horizontale Vernetzung (c/d)
a) Bestimmt die Fluchtgeschwindigkeit der Schnappkieferameise unter Berücksichtigung der Flugbewegung und
vergleicht diese mit Geschwindigkeiten anderer Insekten. Informiert euch dazu in verschiedenen Quellen und
ordnet die Insekten entsprechend den Beträgen ihrer Durchschnittsgeschwindigkeiten.
b) In der Sekundarstufe I hättet ihr die Fluchtgeschwindigkeit als Durchschnittsgeschwindigkeit berechnen können.
Worin liegt der Unterschied zu dieser Aufgabe?
c) Nennt Gründe für die unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei verschiedenen Insektenarten.
Berücksichtigt dabei auch die Anatomie des jeweiligen Tieres.
d) Bewertet die Leistung der Ameise auch unter Berücksichtigung ihres Körperbaus und auch im Vergleich
mit uns Menschen.
bereiche „Erkenntnisgewinnung“ und „Bewertung“ (E4, E7 – E9, B4) realisiert, ohne jedoch die Aufgabe hinsichtlich des fachlichen Anforderungsniveaus zu verändern (gleichförmige Bewegung). Somit wird die Komplexität durch die Erhöhung des Kompetenzumfangs, nicht aber des Anforderungsniveaus geregelt.
Aufgabenvariante 3: Verdeutlichung der Konstruktions-
prinzipien „Regelbare Problemkomplexität“ sowie „Ver-
tikale und horizontale Vernetzung“
Diese für die Sek. II konstruierten Aufgabenstellungen realisieren das Prinzip „Regelbare Problemkomplexität“ im Wesentlichen durch eine Erhöhung des Anforderungsniveaus. Das Konstruktionsprinzip „Vertikale und horizontale Vernetzung“ wird durch die jahrgangsübergreifende Verbindungsmöglichkeit (Vergleich der Flugbewegung als „schiefer Wurf“ mit der Berechnung als Durchschnittsgeschwindigkeit) sowie die fächerübergreifenden Aufgaben (Anatomie der Ameise, Leistungsvergleich mit dem menschlichen Körper) umgesetzt.
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solche „Konstruktionsanleitung“ nur Anhaltspunkte liefern; die konkrete Anpassung an den eigenen Unterricht kann sie nicht ersetzen.
Neben den folgenden Konstruktionsprinzipien authentischer, kontextorientierter Lernmedien sollten diese darüber hinaus den gängigen Anforderungen an „gute“ Aufgaben genügen (s. dazu z. B. [1] und [3]).
„Story-Charakter“
mit authentischen Problemstellungen
MAILernmedien enthalten informative Ereignis, Erkenntnis oder Erfahrungsberichte bzw. darstellungen im Sinne von Kubli [19], die auf den Alltag der Lernenden bezogen sind. Authentisch meint hier, dass ein Realitäts und Alltagsbezug des Mediums für die Lernenden selbst wahrnehmbar ist. Die Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe des Lernmediums Erkenntnisse gewinnen, die mit ihrem täglichen Leben zu tun haben und für dieses hilfreich sind.
Affektives Ankermedium
Neben der Authentizität sollen die Lernmedien von den Lernenden als affektiv ansprechend, motivierend und persönlich bedeutsam wahrgenommen werden.
Sowohl dieses wie auch das erste Konstruktionsmerkmal lassen sich zunächst nur aus Sicht des „Konstrukteurs“, also aus Sicht der Lehrkraft beurteilen. Allerdings ist es keinesfalls selbstverständlich, dass z. B. ein für Lehrkräfte authentisch anmutender Text auch von Schülerinnen und Schülern tatsächlich als im obigen Sinne authentisch wahrgenommen wird. Es zeigte sich jedoch, dass Zeitungs und Werbeaufgaben – unter Berücksichtigung der weiteren inhaltlichen und formalen Konstruktionsprinzipien (s. Abb. 3 – 4 und unten) – meist auch von den Lernenden als authentische und affektive Lernmedien wahrgenommen werden (s. Säule „Authentizität“ in Abb. 2).
Eingebettete Daten
Die zur Lösung einer Aufgabe erforderlichen Daten sollen entweder im Zeitungsartikel bzw. in der Werbeanzeige selbst oder im Aufgabentext gegeben bzw. durch die Aufgabenstellung zu ermitteln sein. Gelegentlich müssen bei authentischen Aufgaben erforderliche Daten auch abgeschätzt werden (sog. „FermiAufgaben“; siehe z. B. [20] – [21]).
Vertikale und horizontale Verknüpfung
Der Zeitungsartikel bzw. die Werbeanzeige und / oder die zugehörigen Aufgaben sollen vertikale (jahrgangsübergreifende) und horizontale (fächerübergreifende) Verknüpfungen des Lerninhaltes ermöglichen.
Regelbare Problemkomplexität
Die Komplexität wird durch den Zeitungsartikel bzw. die Werbeanzeige selbst sowie durch die Anforderungen der formulierten Aufgabenstellungen bestimmt. Beides ist im Hinblick auf die Lerngruppe regelbar. 2) Ein und derselbe Zeitungsartikel kann z. B. durch variierende Aufgabenstellungen an verschiedene Lerngruppen angepasst und sogar zur Differenzierung innerhalb der Lerngruppe eingesetzt werden.
Dieses Konstruktionsprinzip ist zudem eng mit der Frage der Kompetenzförderung bzw. mit Kompetenzstufen verbunden (s. Beispiele in Abb. 4). Ob die dabei angestrebten Kompetenzen jedoch auch tatsächlich gefördert werden, hängt neben der Aufgabenstellung auch stark von einem darauf explizit abgestimmten Unterricht ab. Im Zusammenhang mit der Kompetenzförderung ist darüber hinaus zu erwähnen, dass die enge Beziehung dieser Lernmedien zum Alltag der Lernenden u. a. dazu genutzt werden sollte, um Aufgabenstellungen zu konstruieren, die es erlauben, den komplexen Kompetenzbereich „Bewertung“ zu fördern.
Einsatz im Unterricht: Aktive, selbsttätige Problemlösung
Im Falle von Zeitungs und Werbeaufgaben bieten sich verschiedene Unterrichtsverfahren an. Bewährt hat sich z. B. ein aufgabenorientiertes Lernen im Rahmen eines forschendentwickelnden Unterrichts (s. Abb. 5).
Dabei erfolgt die Motivation zu der Auseinandersetzung mit der Aufgabe in der Initiativphase. In der anschließenden Informationsphase sichten die Schülerinnen und Schüler vorzugsweise in Kleingruppen zunächst das Material, d. h., sie setzen sich mit dem Zeitungsartikel selbst und den zugehörigen Aufgaben auseinander, klären auftretende Verständnisfragen und recherchieren evtl. die zur Lösung der Aufgabe noch erforderlichen Zusatzinformationen. Die Lösungsvorschläge der Aufgabe werden in der Planungsphase erarbeitet, in der die erforderlichen Größen identiiziert und mögliche Lösungswege diskutiert werden. Es kann sinnvoll sein, vor der Ausführung des Lösungsprozesses eine Zwischenpräsentation durchzuführen, bei der einzelne Gruppen ihre Lösungsvorschläge der gesamten Klasse vorstellen und diskutieren. Dadurch erhalten auch leistungsschwächere Lernende die Möglichkeit, an der anschließenden Ausführung der Lösung aktiv teilzunehmen.
In der Ausführungsphase wird dann der vorgestellte Plan (oder ein Alternativplan) umgesetzt. Um den Gruppenprozess zu fördern, hat es sich bewährt, alle Notizen und Lösungsvorschläge auf einem gemeinsamen Schreibblatt pro Gruppe als „Ideenpapier“ anfertigen zu lassen. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass innerhalb der Gruppe jeder selbst die Aufgabe bearbeitet, ohne die Lösungsideen zur Diskussion zu stellen.
Information
Initiative
Reflexion
Kontrolle
Ausführung
Planung
Zwischenpräsentation
Beratung
Abb. 5: Problemorientiertes Lernen mit authentischen Lernmedien (nach [14])
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Nachdem die Lösung der „Zeitungsaufgabe“ in der Kontroll-
phase von einer Gruppe präsentiert und anschließend von der Klasse diskutiert wurde, wird der gesamte Aufgabenbearbeitungsprozess relektiert, und zwar von Seiten der Lehrenden und der Lernenden. In dieser Relexionsphase können Verbesserungen von der Lehrkraft an die Schülerinnen und Schüler zurückgemeldet werden. Umgekehrt können diese aber ebenso Änderungswünsche anmerken, sodass die Schülerinnen und Schüler in jeder Phase in den Unterricht mit eingebunden sind und diesen aktiv mitgestalten.
Neben dem soeben beschriebenen aufgabenorientierten Lernen sind auch andere Unterrichtsverfahren und methoden möglich, wie z. B. projektorientierter Unterricht (s. Aufgabenbeispiel „Plastiklaschenschiff“ auf S. 21 – 23) oder auch ein Lernen an Stationen, in dem verschiedene „sachgleiche Aufgaben“ an Stationen bereitgestellt werden.
Sachgleiche Aufgaben
Der gleiche Lerninhalt kann nicht nur durch eine, sondern durch mehrere Zeitungsaufgaben bzw. Werbeaufgaben in der gleichen oder einer der folgenden Unterrichtsstunden bearbeitet werden. Verschiedene Beispiele hierfür werden z. B. für die Themenbereiche „Geschwindigkeit“ oder „Energie“ auf S. 24 – 28 bzw. „Heizwert“ (S. 36 – 41) vorgestellt.
Weitere Hinweise zu Entwicklung von Zeitungs- und Werbeaufgaben
Auswahl von Inhalten
und Materialien
Zur Auswahl von geeigneten Inhalten für Zeitungs bzw. Werbeaufgaben gibt die IPNInteressenstudie (z. B. [22]) wichtige Hinweise. Danach sehen 55 % der befragten Schülerinnen und Schüler den Themenbereich „Mensch und Natur“ und 25 % den Bereich „Physik und Gesellschaft“ als bedeutsam an. Somit ist die Eignung von Unterrichtsinhalten z. B. aus Bereichen wie „Physik und Medizin“, „Physik und der menschliche Körper“, „Physik und Sport“ sowie „Physik und Gesellschaft“ für einen kontext orientierten Unterricht auch empirisch begründet.
Die Berücksichtigung dieser Interessensbereiche alleine stellt jedoch noch nicht sicher, dass die Kontextorientierung zur gewünschten Motivations und Lernwirksamkeit führt. Die Verwendung authentischer Problemstellungen für kontextorientiertes Lernen setzt nämlich voraus, dass „vorgebliche Kontexte“ vermieden werden müssen ([7], S. 109). Die Schülerinnen und Schüler müssen eine Problemstellung auch selbst als „authentisch“ empinden (s. o.).
In der Zusammenarbeit mit den beteiligten Lehrerinnen und Lehrern hat sich gezeigt, dass die Auswahl des „Rohmaterials“ aus Zeitungen und Werbebroschüren in Bezug auf Verständlichkeit, Komplexität und Motivationspotenzial in der Praxis relativ unkritisch ist: Die Erfahrung von Lehrkräften in der Einschätzung solcher Gesichtspunkte (die ja für andere Unterrichtsmaterialien auch nötig ist) führt in aller Regel zu Aufgaben, die den Zielen gut gerecht werden. Im Zweifelsfall hilft auch hier ein kurzer Austausch mit den Kolleginnen und Kollegen. Wer ganz sicher gehen will, der kann den kurzen Fragebogen für Realitätsbezug und Authentizität nutzen (s. Abb. 6).
Bezüglich der Auswahl des Mate rials liegt auch die Vermutung nahe, dass noch weitere Lernmedien – wie z. B. Comicaufgaben [23] – ähnlich positive Effekte mit sich bringen könnten.
Grenzen des Ansatzes
Trotz guter Wirksamkeit und sinnvoller Einsatzmöglichkeiten möchten wir betonen, dass authentisches Lernen in der hier dargestellten Form in keiner Weise als ein didaktisches „Allheilmittel“ angesehen werden sollte. Es könnte sich u. a. in der praktischen Verwendung eine „Übersättigung“ ergeben, wenn man dieses Unterrichtsmittel sozusagen in Monokultur einsetzt. Eine weitgehende Umstellung des Prüfungswesens auf Zeitungsaufgaben (wie für Mathematik in manchen Bundesländern geschehen; s. [24]) halten wir für überzogen. Physikunterricht lebt u. a. auch durch eine Vielfalt an Methoden.
Ein nützliches und wirksames Element für Unterricht im „didaktischen Werkzeugkasten“ von Physiklehrkräften können Aufgaben des hier vorgestellten Formats jedoch darstellen. Hinweise für den weiteren Ausbau dieses Werkzeugkastens inden sich auch bei verwandten Themen wie Kontextorientierung und Alltagsbezug (s. z. B. [5], [6], [25], [26]).
Die Aufgaben, die wir im Physikunterricht bearbeiten, sind im Alltag hilfreich. Die Aufgaben, die wir im Physikunterricht bearbeiten, sind auf den Alltag bezogen. Die Themen (Unterrichtsstoff) aus dem Physikunterricht sind hilfreich für das tägliche Leben. Die Aufgaben im Physikunterricht sind für Dinge interessant, mit denen ich außerhalb der Schule zu tun habe. Was wir im Physikunterricht lernen, ist im Alltag nützlich. Im Physikunterricht geht es um Dinge, die mit dem täglichen Leben zu tun haben. Die Themen (Unterrichtsstoff) im Physikunterricht sind für Dinge interessant, mit denen ich außerhalb der Schule zu tun habe. Die Aufgaben, die wir im Physikunterricht bearbeiten, sind nützlich für das tägliche Leben.
Abb. 6: Kurzfragebogen zu Authentizität / Realitätsbezug von Aufgaben (1 = Die Aussage trifft voll und ganz zu; 2 = Die Aussage trifft zu; 3 = Die Aussage trifft eher zu; 4 = Die Aussage trifft eher nicht zu; 5 = Die Aussage trifft nicht zu; 6 = Die Aussage trifft gar nicht zu; aus [14], S. 332 – 333)
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Zu den Aufgaben in diesem Heft
Die Beispiele für Zeitungs und Werbeaufgaben auf S. 11 – 44 decken ein breites Spektrum der Themenbereiche des Physikunterrichts der Sekundarstufe I ab, in Form von Zusatzaufgabenstellungen auch eine Auswahl an Themenbereichen der Sekundarstufe II. 3) Sie stellen somit Angebote für Lernmöglichkeiten auf verschiedenen Anforderungsniveaus bereit. 4)
Jede Aufgabe umfasst den Instruk tionstext (z. B. Zeitungsartikel, Werbeanzeige) und Aufgabenstellungen. Zu jeder Aufgabe sind gestufte Hilfen angefügt, die den Lernenden zur Verfügung gestellt werden können (s. dazu auch [27]). Der Lösungsabschnitt der Aufgaben ist so formuliert, dass er den Schülerinnen und Schülern zur Selbstkontrolle ausgehändigt werden kann. Neben einem Übersichtskasten mit Kurzinformationen werden ergänzende Informationen zu dem Aufgabenkontext, zum Aufgabeneinsatz oder zu den Aufgabenstellungen für die Lehrkraft in den didaktischen Kommentaren zu jeder Aufgabe bereitgestellt.
Die formulierten Aufgabenstellungen haben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. So können z. B. zu einem Zeitungsartikel auch andere Aufgabenstellungen als die in diesem Heft vorgestellten formuliert oder die bestehenden Aufgabenstellungen für die eigene Lerngruppe angepasst werden. Diese Variabilität und Flexibilität machen gerade die Attraktivität dieser Lernmedien für den Einsatz im alltäglichen Physikunterricht aus.
Anmerkungen1) Die Studien ([14], [15]) wurden in einem breiten Kooperationsnetzwerk
für praxisbezogene physikdidaktische Forschung durchgeführt (LeBiNet; s. [13]). Den Studien liegt eine umfangreiche Stichprobe zugrunde: Anzahl der Schülerinnen und Schüler: > 1600 *; Anzahl der Klassen: > 40 *; Anzahl der Lehrerinnen und Lehrer: > 20 *; Anzahl der Schulen: 15; Anzahl der Schultypen: 6 (alle integrierten und differenzierten Schultypen der Sek. I in Rheinland-Pfalz). * Die exakten Zahlen hängen in geringem Umfang von Untersuchungsdetails ab (Wahl des Abschlusszeitpunktes, Einzelfragestel-lungen).
2) Untersuchungen haben allerdings auch ergeben, dass Zeitungsartikel im-mer lernförderlicher sind als traditionelle Aufgaben – unabhängig von der selbstverständlich immer pädagogisch zu vertretenden Länge.
3) Die Autoren danken M. Sebastian und M. Klug für die Unterstützung bei der elektronischen Bearbeitung der Aufgabenstellungen, Hilfen und Lösungen.
4) In Anknüpfung an diese umfangreiche Beispielsammlung soll das Heft als Start für eine Aufgaben-Rubrik im Magazin dieser Zeitschrift dienen. Die Zusendung von vielfältigen Leserbeispielen – nicht nur zum hier vorgestell-ten Aufgabentyp – ist ausdrücklich erwünscht.
Literatur [1] BLK Bund-Länder-Kommission für Bildungsplanung und Forschungsför-
derung (Hrsg.): Gutachten zur Vorbereitung des Programms „Steigerung der Efizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts“ (Heft 60). Bonn: 1997. Verfügbar unter: http://www.blk-bonn.de/papers/heft60.pdf [Stand: 12/2010].
[2] Thonhauser, J. (Hrsg.): Aufgaben als Katalysatoren von Lernprozessen. Münster, New York, München, Berlin: Waxmann, 2008.
[3] Leisen, J.: Zur Arbeit mit Bildungsstandards – Lernaufgaben als Einstieg und Schlüssel. In: MNU 58 (2005), Nr. 6, S. 306 – 308.
[4] Muckenfuß, H.: Lernen im sinnstiftenden Kontext. Entwurf einer zeitge-mäßen Didaktik des Physikunterrichtes. Berlin: Cornelsen, 1995.
[5] Duit, R.; Mikelskis-Seifert, S. (Hrsg.): Physik im Kontext. Seelze: Friedrich, 2010.
[6] Duit, R.; Mikelskis-Seifert, S. (Hrsg.): Kontext orientiert unterrichten. NiU Physik 18 (2007), Nr. 98.
[7] Müller, R.: Kontextorientierung und Alltagsbezug. In: Mikelskis, H. F. (Hrsg.): Physikdidaktik. Berlin: Cornelsen Scriptor, 2006, S. 102 –118.
[8] Gruber, H.; Mandl, H.; Renkl, A.: Was lernen wir in Schule und Hoch-schule: Träges Wissen? In: Mandl, H.; Gerstenmaier, J. (Hrsg.): Die Kluft zwischen Wissen und Handeln. Göttingen: Hogrefe 2000, S. 139 –156.
[9] Parchmann, I.; Demuth, R.; Ralle, B.; Paschmann, A.; Huntemann, H.: Chemie im Kontext – Begründung und Realisierung eines Lernens in sinnstiftenden Kontexten. In: Praxis der Naturwissenschaften – Chemie in der Schule 50 (2001), Nr. 1, S. 2 –7.
[10] Kuhn, J.; Müller, A.: Ein modiizierter „Anchored Instruction“-Ansatz im Physikunterricht: Ergebnisse einer Pilotstudie. In: Empirische Pädagogik (EP) 19 (2005), Nr. 3, S. 281– 303.
[11] Mandl, H.; Gruber, H.; Renkl, A.: Situiertes Lernen in multimedialen Lernumgebungen. In: Issing, L. J.; Klimsa, P. (Hrsg.): Die Information und Lernen mit Multimedia. Weinheim: Beltz Psychologie VerlagsUnion, 1995, S. 167–178.
[12] Kuhn, J.; Müller, A.; Müller, W.; Vogt, P.: Kontextorientierung im Physikun-terricht. Konzeptionen, Theorien und Forschungsergebnisse zu Motivation und Lernen. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 59 (2010), Nr. 5, S. 13 – 25.
[13] Kuhn, J.; Müller, A.; Schneider, C.: Das Landauer Programm zur Lehrerbil-dung in den Naturwissenschaften (LeNa): Standardbezogene Evaluation und Interventionen für eine verbesserte Abstimmung auf dem Prüfstand. In: Empirische Pädagogik (EP) 22 (2008), Nr. 3, S. 305 – 327.
[14] Kuhn, J.: Authentische Aufgaben im theoretischen Rahmen von Instruk-tions- und Lehr-Lern-Forschung: Effektivität und Optimierung von An-kermedien für eine neue Aufgabenkultur im Physikunterricht. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2010.
[15] Vogt, P.: Werbeaufgaben im Physikunterricht: Motivations- und Lernwirk-samkeit authentischer Texte. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2010.
[16] CTGV: Technology and the design of generative learning environments. In: Educational Technology 31 (1991), p. 34 – 40.
[17] Herget, W.; Scholz, D.: Die etwas andere Aufgabe – aus der Zeitung. Mathematik-Aufgaben Sek. I. Seelze: Kallmeyer, 1998.
[18] Armbrust, A.: Physikaufgaben und -informationen aus der Zeitung. In: MNU 54 (2001), Nr. 6, S. 405 – 409.
[19] Kubli, F.: Narrative Aspekte im naturwissenschaftlichen Unterricht. In: ZfDN 7 (2001), S. 25 – 32.
[20] Müller, R.: Fermiprobleme als Beitrag zu einer neuen Aufgabenkultur. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 50 (2001), Nr. 8, S. 2 – 7.
[21] Müller, A.: Fermis Corner – Schätzen, Rechnen, Größenordnungen Er-schließen. In: Physik in unserer Zeit 39 (2008), Nr. 1, S. 48.
[22] Hoffmann, L.; Häußler, P.; Lehrke, M.: Die IPN-Interessenstudie Physik. Kiel: IPN, 1998.
[23] Kuhn, J.; Bernshausen, H.; Müller, A.; Müller, W.: Spiderman und andere Superhelden: „Comicaufgaben“ als Beispiele für Science Fiction im Phy-sikunterricht. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 59 (2010), Nr. 1, S. 18 – 24.
[24] Stark-Verlag (Hrsg.): Realschule 2011. Prüfungsaufgaben und Training: Mathematik (Hessen). Halbergmoos: Stark, 2010.
[25] Girwidz, R.; Berger, R. (Hrsg.): Physik im Alltag. NiU Physik 19 (2008), Nr. 105/106.
[26] Leisen, J. (Hrsg.): Physiktexte lesen und verstehen. NiU Physik 17 (2006), Nr. 95.
[27] Wodzinski, R.; Wodzinski, Ch.; Hepp, R. (Hrsg): Differenzierung im Physikunterricht. NiU Physik 18 (2007), Nr. 99/100.
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blatt Reduzierung des Wasserverbrauchs:
Ein Beispiel zur Energieeinsparung im Haushalt
1. Prüft nach, ob in einem Durchschnittshaushalt mit einem Sparduschkopf tat-sächlich 16 500 Liter Wasser im Jahr eingespart werden können.
➔ Ihr könnt die Hilfe 1 nutzen, wenn ihr nicht weiterkommt.
2. Bestätigt durch eine Abschätzung die Aussage, dass 16 500 Liter eingespartes Duschwasser pro Jahr die Haushaltskasse um ca. 160 € entlastet:
a) für eine mit Gas betriebene Zentralheizung, b) für eine Warmwasseraufbereitung mittels Durchlauferhitzer. ➔ Ihr könnt die Hilfen 2A – D nutzen, wenn ihr nicht weiterkommt.
3. Nach welcher Zeit hat sich die Anschaffung eines Sparduschkopfes amortisiert? ➔ Ihr könnt die Hilfe 3 nutzen, wenn ihr nicht weiterkommt.
4. Informiert euch (u. a. auf der im Artikel genannten Internetseite) über weitere Möglichkeiten der Energieeinsparung. Bereitet hierzu einen Kurzvortrag vor.
Quelle:
© dapd
(ersch
ienen in
: Die r
heinpfal
z, 25.0
6.2011
.)
2
[4] Internetenzyklopädie Wikipedia, Stichwort „Bedarf an elektrischer Energie“ [5] Internetenzyklopädie Wikipedia, Stichwort „Grube Reden“ [6] Klima-Orakel, Frage „Wie viele Bäume sind nötig, um eine Tonne CO2 zu binden?“ (vom
Bundesumweltministerium geförderte Kampagne „Klima sucht Schutz“ in Zusammenar-beit mit dem Handelsblatt), http://www.klima-sucht-schutz.de/mitmachen/klima-orakel.html
[7] Internetenzyklopädie Wikipedia, Stichwort „Aufforstung“ [8] Webauftritt der „Stiftung Unternehmen Wald“, http://www.wald.de/bundeswaldinventur-
der-wald-in-zahlen/ (Hinweis: Alle Internetquellen wurde im April 2013 geprüft.) Der Haldengarten
Die große Redener Halde wurde über viele Jahrzehnte aus den Waschbergen (Nebengestein der Kohlegewin-nung) geschüttet. Sie überdeckt eine Fläche von etwa 50 Hektar und überragt mit 15 Millionen Kubikmetern Waschbergemasse das umliegende Gelände des Saarkohlenwaldes um fast 90 Höhenmeter.
Nach einer Rekultivierung mit künstlichem Bodensubstrat in den 90er Jahren wurde die Halde sich selbst über-lassen. Im Laufe der Jahre stellte sich eine „Natur aus zweiter Hand“ ein. Dies war der Beginn des „Haldegar-tens“. Große Flächen wurden von offenen, blütenreichen Landschaften eingenommen, die zu jeder Jahreszeit ein neues Erscheinungsbild bieten. Teiche und Gehölzflächen erweitern das Spektrum für Flora und Fauna. Typisch für Industriebranchen, findet man auch hier viele Neophyten (aus anderen Erdteilen eingewanderte Pflanzen) wie etwa Nachtkerzen-Arten aus Nordamerika oder das Schmalblättrige Geiskraut aus Afrika. Auch die Tierwelt der Haldenlandschaft hat Besonderheiten zu bieten, wie etwa Wechselkröten, Mauereidechsen oder den Orpheusspötter.
In 2009 und 2010 wurde die Halde zur Entlassung aus der Bergaufsicht saniert und modelliert. Durch die In-dustriekultur Saar folgten weitere Infrastruktur- und Freizeitmaßnahmen.
Heute ist die Halde mit dem 4,2 Kilometer langen Freizeit- und Skaterweg an den Flanken und der ebenen Pla-teaufläche, die Raum für Natur, Freizeit, Sport und Veranstaltungen bietet, ein herausragendes, weithin sichtba-res Industriemerkmal, das viele Besucher anzieht.
Abb. 1: Die Halde der stillgelegten Grube Landesweiler-Reden ist heute ein beliebtes Ausflugsziel
Bild: http://laufdatensaar.de/home/index.php?men=15 Text: Auf dem Gipfel der Halde stehende Infotafel
3
Aufgabe:
1. Die von der Halde überdeckte Fläche sowie ihre Höhe lassen sich durch Luftbildaufnah-men und barometrischen Messungen leicht bestimmen. Überprüfe ausgehend von diesen Größen die angegebene Waschbergemasse auf Plausibilität.
2. Recherchiere, wie die geförderte Kohle von den störenden Bestandteilen („Berge“ oder „Waschberge“) getrennt wird (Stichwort: „Kohlenwäsche“).
3. Die Waschberge nimmt etwa 50 % der Rohförderung ein. Circa 25 % davon gehen in den Fremdabsatz (z. B. Straßenbau), 6 % gehen zurück in den Stollen, um das entstandene Massendefizit und die Gefahr eines Einsturzes zu verringern. Welche Kohlemasse wurde während des Betriebs der Grube Landsweiler-Reden (1846-1995) näherungsweise abge-baut?
4. Schätze die elektrische Energie ab, welche durch den Kohleabbau der Grube Landsweiler-Reden insgesamt bereitgestellt werden konnte. Gehe bei deiner Abschätzung davon aus, dass der Wirkungsgrad eines Kohlekraftwerks bei 30 % liegt, der Heizwert von Steinkohle 29 MJ/kg beträgt und die Leitungsverluste zwischen Kraftwerk und Wohnhaus durch-schnittlich 6 % ausmachen. Vernachlässige außerdem den zur Aufbereitung und zum Transport der Kohle notwendigen Energieaufwand.
5. Berechne zur Veranschaulichung der abgeschätzten Energie,
a. wie lange damit eine 100 W-Lampe betrieben bzw.
b. wie lange der bundesweite Strombedarf (594 TWh/a) gedeckt werden kann.
6. In Kohlekraftwerken werden pro Kilowattstunde bereitgestellter elektrischer Energie ca. 925 g Kohlenstoffdioxid emittiert. Wie viel Kohlenstoffdioxid wurde allein durch den Kohleabbau in Landsweiler-Reden an die Atmosphäre abgegeben?
7. Eine Buche bindet pro Jahr ca. 12,5 kg Kohlenstoffdioxid. Wie viele Bäume wären not-wendig gewesen, um das pro Jahr freigesetzte CO2 zu binden?
8. Bei der Aufforstung eines Waldes pflanzt man ca. 1000 Bäume pro Hektar. Welche Wald-fläche wäre für die berechnete Baumanzahl notwendig gewesen und wie groß ist deren Anteil an der derzeitigen saarländischen Waldfläche (ca. 100 000 ha)?
Hilfen:
Hilfe A1: Berechnung des Kegelvolumens
=1
3� ∙ ℎ
Hilfe A4: Berechnung der nutzbaren elektrischen Energie
� = � ∙ � ∙ � ∙ 0,94
Hilfe A5: Zusammenhang von Leistung und Arbeit
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Wasserspaß durch sonnenenergie
1. Übersetzen Sie den allgemeinverständlichen Ausdruck „zieht die Sonne an“ in die physikalische Fachsprache.
2. Begründen Sie quantitativ, dass die Erwärmung des Wassers bei gegebener Wasserhöhe h unabhängig vom Durchmesser und somit unabhängig von der Fläche des Planschbeckens ist.
➔ Sie können die Hilfekarten 2A – D nutzen, wenn Sie nicht weiterkommen.
EXTRA3. a) Schätzen Sie die Erwärmung des Wassers
über einen Zeitraum von 4 Stunden mit und ohne schwarzen Boden ab.
Verwenden Sie dazu die nebenstehende Grafik (Bild 1).
➔ Sie können die Hilfekarten 3A – J nutzen, wenn Sie nicht weiterkommen.
b) Beantworten Sie folgende Frage: Ist der in der Werbeanzeige angepriesene schwarze Boden aus physikalischer Sicht tatsächlich sinnvoll?
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0,3
0,2
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Bild 1: Absorptionskoefizient von Wasser in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge (in Anlehnung an [1])
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Solar-Pool, Ø 240 cm, H 45 cmSchnell warm durch Solar-Prinzip
Morgens füllen, mittags im angenehm temperierten Wasser planschen!Möglich macht das der schwarze Boden des Pools, der die Sonne anzieht. So erwärmt sich das Wasser ganz ix in 2-3 Stunden.Dicke, aufblasbare Seitenringe.Ø 240 cm, H 45 cm.Inkl. Ablassventil + Abdeckung.Aus Kunststoff.Hinweis: Entfernen Sie die Abdeckung, damit sich das Wasser erwärmt! Prüfen Sie, wie warm das Wasser ist, bevor Ihr Kind in den Pool steigt!
Beschreibung
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2
Warum mit holz heizen?
Seht euch die Daten in der Anzeige aufmerksam an und bearbeitet dann die Aufgaben. Verwendet für Skizzen, Notizen und Texte ein Extrablatt oder das Heft.
1. Aufgabe• Wie viel Energie wird beim Verbrennen von 1 t Braunkohle frei?
2. Aufgabe• Lässt sich die unter der Tabelle formulierte
Behauptung rechnerisch bestätigen?
3. Aufgabe• Welche Vorteile bringt das Heizen mit Holzbri-
ketts mit sich?
4. Aufgabe• Für welchen Brennstoff würdet ihr euch entscheiden?
heizen mit dieselkraftstoff
Seht euch die Daten in der Anzeige aufmerksam an und bearbeitet dann die Aufgaben. Verwendet für Skizzen, Notizen und Texte ein Extrablatt oder das Heft. Wenn ihr bei Aufgabe 2 nicht weiterkommt, könnt ihr die dort angegebenen Hilfekärtchen nutzen.
1. Aufgabe• Welchen Vorteil hat ein Diesel-Heizgebläse
gegenüber einem herkömmlichen Holzofen?
2. Aufgabe• Überprüft rechnerisch die Leistung
des Diesel-Heizgebläses!• Kann man der Werbung trauen?
➔ Hilfekärtchen: 2A – D
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lampenvergleich
lest die informationen und daten in der infobox aus einem Warenkatalog aufmerksam durch und bearbeitet
dann die aufgaben auf dem arbeitsblatt. Verwendet für skizzen, notizen und texte ein extrablatt oder das heft.
Wenn ihr bei einer der aufgaben nicht weiterkommt, könnt ihr die dort angegebenen hilfekärtchen nutzen.
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HILFE 1
Welche Größenangabe fehlt, um einen treffenden Kostenvergleich
durchführen zu können?
HILFE 3
Gesamtkosten = Anschaffungskosten + Betriebskosten
HILFE 4B
Die bei der Verbrennung eines Stoffes freigesetzte Wärme Q kann
mit folgender Gleichung berechnet werden:
Q = m · H
(m: Masse des verbrannten Stoffes, H: Heizwert des Brennstoffs)
HILFE 2
Eel = P · t
HILFE 4A
η = E
ab }
Eauf
(Eab
bereitgestellte elektrische Energie;
Eauf
aufzubringende chemische Energie)
HILFE 4C
Der Heizwert von Braunkohle beträgt 20 000 kJ }
kg .
Quelle: H
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lampenvergleich
1. Aufgabe
• Bewertet die Aussagekräftigkeit der Infobox!
➔ Hilfekärtchen: 1
2. Aufgabe
• Wurden die angegebenen Betriebskosten korrekt berechnet?
• Sind die erzeugten Helligkeiten der gegenübergestellten Lampen tatsächlich miteinander vergleichbar?
Recherchiert zur Beantwortung der zweiten Frage im Internet.
➔ Hilfekärtchen: 2
Das EU-Verbot für Glühlampen erfordert die schrittweise Abschaffung von Glühlampen in den EU-Staaten bis
Ende 2012. Daraus resultieren „Hamsterkäufe“ von Glühlampen, was nahelegt, dass viele Verbraucher nicht
einsehen, dass man mit den teureren Lampen tatsächlich Geld sparen kann.
3. Aufgabe
• Versetzt euch in die Rolle eines Energieberaters und versucht, einen Kunden mittels Rechnung davon
zu überzeugen, dass eine Glühlampe aus ökonomischer Sicht die falsche Wahl ist.
Geht für die Abschätzung von 50 000 Betriebsstunden (Haltbarkeit eines LED-Leuchtmittels) und
von Lampen gleicher Helligkeit aus:
a) eine 60-W-Glühlampe,
b) eine 11-W-Energiesparlampe und
c) ein LED-Leuchtmittel gleicher Helligkeit.
➔ Hilfekärtchen: 3
Neben der inanziellen Entlastung schonen energiesparende Leuchtmittel Ressourcen und vermindern nicht
unwesentlich den CO2-Ausstoß.
4. Aufgabe
• Welches CO2-Einsparpotenzial besitzt eine 20-W-Energiesparlampe verglichen mit einer Glühlampe
gleicher Helligkeit?
Ein Braunkohlekraftwerk emittiert pro Kilowattstunde bereitgestellter elektrischer Energie 1150 g Kohlen-
stoffdioxid.
• Wie viel Braunkohle kann mit einer 20-W-Energiesparlampe – verglichen mit einer Glühlampe gleicher
Helligkeit – eingespart werden?
Der Wirkungsgrad η eines Braunkohlekraftwerks beträgt 0,38.
➔ Hilfekärtchen: 4A – C
Was bei der Diskussion um die Abschaffung der Glühlampe oft unerwähnt bleibt und auch in der Infobox nicht
angesprochen wird, ist die Tatsache, dass in Energiesparlampen im Durchschnitt 4 mg giftiges Quecksilber
enthalten sind, das bei nicht fachgerechter Entsorgung über den Hausmüll mit großer Wahrscheinlichkeit in die
Umwelt gelangt. Da Quecksilber auch in Kohle enthalten ist, wird es bei der Bereitstellung elektrischer Energie
in Kohlekraftwerken ebenfalls freigesetzt (ca. 0,013 mg pro kWh).
5. Aufgabe
• Vergleicht die Quecksilberfreisetzung bei einer 11-W-Energiesparlampe mit der von Glühlampen
gleicher Helligkeit.
Nehmt dazu an, dass 80 % der Energiesparlampen über den Hausmüll entsorgt werden,
und berücksichtigt eine Betriebszeit von 10 000 Stunden.
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„Laptop-Jalousie“ verhindert Datendiebstahl
Lest die Anzeige aufmerksam durch und bearbeitet dann die Aufgaben. Verwendet für Skizzen, Notizen und Texte ein Extrablatt oder das Heft. Wenn ihr bei einer der Aufgaben nicht weiterkommt, könnt ihr die dort angegebenen Hilfekärt-chen nutzen.
1. Aufgabe• Erläutert die Funktionsweise der Blickschutzfolie in Worten und mithilfe einer Skizze.
➔ Hilfekärtchen: 1A – B
2. Aufgabe• Wo kommt das Prinzip der „Laptop-Jalousie“ ebenfalls zum Einsatz?
3. AufgabeNach Auskunft des Herstellers sind es genau 14,3 Lamellen pro Millimeter, die in vertikaler Richtung ange-
ordnet sind.
• Schätzt die Dicke der Folie unter Berücksichtigung des angegebenen Winkels α für den maximalen Sicht-bereich ab.
➔ Hilfekärtchen: 3A – C
4. Aufgabe• Beindet sich ein Sitznachbar im Zug oder Flugzeug tatsächlich außerhalb des Sichtbereichs?
➔ Hilfekärtchen: 4
5. Aufgabe• Überprüft den angegeben Winkel von 30° im Experiment und bestätigt euer Ergebnis aus Aufgabe 3
durch Dickenmessung mittels Mikrometerschraube.
Quelle: http://www.schutzfolien24.de/artikel/vikuiti-blickschutz-
ilter-dell-latitude-e6400-atg-19175.html
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Reflektierender Wolkenkratzer: Entschuldigung, wir
haben Ihr Auto geschmolzen
Damit hatten die Architekten wohl nicht gerechnet: Ein voll verglastes Hochhaus in
London reflektiert Sonnenlicht so stark, dass davor parkende Autos beschädigt werden
können. Einem Jaguar-Fahrer musste die Baufirma tausend Pfund Schaden ersetzen.
London - Martin Lindsay war nach einem zweistündigen Ausflug in die Londoner City auf
dem Weg zurück zu seinem Jaguar, als er sah, dass ein Fotograf Bilder von seinem Wagen
machte. "Haben Sie dieses Auto gesehen? Der Besitzer wird nicht glücklich sein", sagte der
Fotograf zu ihm. Außenspiegel und Kühleremblem waren stark verformt. "Ich bin der
Besitzer", antwortete Lindsay schockiert.
Das Werk eines Vandalen? Kaum. Auch das Armaturenbrett war beschädigt, Fenster oder
Türen aber unberührt. Auf einem Zettel an der Windschutzscheibe bat eine Baufirma um
Rückruf.
Das Immobilienunternehmen "Land Securities and Canary Wharf" baut in der Nähe ein voll
verglastes, 37-stöckiges Hochhaus, das die Londoner wegen seiner seltsamen Form "Walkie-
Talkie" getauft haben. Was die Architekten nicht beachtet haben: Die gekrümmte Glasfassade
des "Walkie-Talkie" reflektiert Sonnenlicht im Sommer so stark, dass es Kunststoff
schmelzen lässt. Wie eben in Martin Lindsays Jaguar.
Als Vorsichtsmaßnahme hat die Stadt London nun drei Parkplätze gesperrt, die im Fokus des
"Walkie-Talkie" stehen. Nach einer langfristigen Lösung suchen Architekten und
Stadtverwaltung noch.
Die Baufirma hat sich bei Lindsay entschuldigt und ihm die Reparaturkosten von knapp
tausend Pfund ersetzt. Entspannt ist der Geschädigte trotzdem nicht: "Das ist doch gefährlich.
Man muss sich mal vorstellen, was passiert, wenn es auf den falschen Teil des Körpers
reflektiert."
Aus: Spiegel online (http://www.spiegel.de/auto/aktuell/wolkenkratzer-in-london-bringt-
jaguar-zum-schmelzen-a-920082.html) , 03.09.2013
Literaturhinweise zum MAI-Ansatz
1. KUHN, J., VOGT, P. & MENGES, C. (2012). Eine haarige Angelegenheit. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik 129/130, S. 80-82.
2. VOGT, P. (2012). Reduzierung des Wasserverbrauchs: Ein Beispiel zur Energieeinsparung im Haushalt. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik 128, S. 46-48.
3. VOGT, P. (2011). Fallschirmspringer durchbricht die Schallmauer! Oder doch nicht?! – Modellbildung mittels Tabellenkalkulationssoftware. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik 126, S. 37-42.
4. VOGT, P., KUHN, J., MÜLLER, A. & VAN BIEN, N. (2011). Wasserspaß durch Sonnenenergie. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik 125, S. 38-41.
5. VOGT, P. (2011). Physik und Spielzeug am Beispiel des holländischen Fernrohrs. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 123/124, S. 88-90.
6. KUHN, J., MÜLLER, A., MÜLLER, W. & VOGT, P. (2011). „Zeitungsaufgaben“ und andere authentische Problemstellungen. Impulse für die Aufgabenkultur aus der physikdidaktischen Forschung. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 121, S. 4-10.
7. KUHN J. & VOGT, P. (2011). 50-jähriger Tiefenrekord. Verdienst und Ursache eines Tauchrekords aus physikalischer Sicht. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 121, S. 18-19.
8. VOGT, P. (2011). Physik rund um den Wasserkocher. Experimentelle und theoretische Untersuchung eines Alltagsgeräts. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 121, S. 33-35.
9. VOGT, P. (2011). Mit teuren Lampen sparen? Diskussion verschiedener Leuchtmittel aus ökonomischer und ökologischer Sicht. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 121, S. 38-41.
10. VOGT, P. & MÜLLER, A. (2011). Heizen mit Holz, Briketts oder Diesel? Aufgaben zum Heizwert von Brennstoffen. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 121, S. 36-37.
11. VOGT, P. & MÜLLER, A. (2011). „Laptop-Jalousie“ verhindert Datendiebstahl. Eine Anwendung der geradlinigen Lichtausbreitung. In: Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 121, S. 42-44.
12. KUHN, J., MÜLLER, A., MÜLLER, W. & VOGT, P. (2010). Kontextorientierter Physikunterricht. Konzeptionen, Theorien und Forschung zu Motivation und Lernen. In: PdN-PhiS. 5/59, S. 13-25.