Macht die Zielorientierung im Unterricht einen

Macht die Zielorientierung im Unterricht einen
Unterschied für den Lernerfolg und die Motivation?
Bachelorarbeit
gemäß § 15 Ordnung für die Prüfung
im lehramtsbezogenen Bachelorstudiengang
an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Abteilung Psychologie in den Bildungswissenschaften der
Johannes Gutenberg Universität Mainz
Lucas M. Djamba, Johanna Süss
Mainz, 14. März 2016
1. Gutachterin: Prof. Dr. Margarete Imhof
2. Gutachter : PD Dr. Frank Fiedler
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung (Süss)
1
2 Einleitung (Süss)
2
3 Theorie
4
3.1 Psychologischer Hintergrund
4
3.1.1 Der Begriff „Zielvorgabe“ (Süss)
4
3.1.2 Explizite und implizite Zielvorgaben (Süss)
5
3.1.3 Cognitive-Load-Theorie (Süss)
8
3.1.4 Kritik an zielorientiertem Unterricht bzw. Zielvorgaben (Süss)
9
3.1.5 Auswirkungen der Zielvorgaben auf die Motivation (Süss)
10
3.1.6 Aktueller Forschungsstand (Süss)
13
3.1.7 Hypothesen (Süss)
16
3.2 Physikalischer Hintergrund
17
3.2.1 Begründung für die Unterrichtsreihe (Süss)
17
3.2.2 Begründung der Inhalte der Unterrichtsstunde (Süss)
19
3.2.3 Physikalische Voraussetzungen für die Unterrichtsstunde (Süss)
21
4 Methoden
26
4.1 Stichprobe und Design (Djamba)
26
4.1.1 Stichprobe (Djamba)
26
4.1.2 Design (Djamba)
27
4.2 Lernmaterial (Süss)
30
4.2.1 Materialien für die Unterrichtsstunde (Süss)
30
4.2.2 Verwendete Tests (Süss)
32
4.3 Ablauf der Studie (Süss)
4.3.1 Besonderheiten (Süss)
34
37
5 Ergebnisse
38
5.1 Bewertungsschema (Djamba)
38
5.2 Gütekriterien (Süss)
39
5.2.1 Objektivität (Süss)
39
5.2.2 Reliabilität (Süss)
42
5.2.3 Validität (Süss)
43
5.3 Data-Cleaning (Djamba)
45
5.4 Auswertung
46
5.4.1 Auswertung der stundenspezifischen Physikaufgaben (Djamba)
47
5.4.2 Auswertung der allgemeinen Physikaufgaben (Djamba)
48
5.4.3 Psychologscher Prä-Test (Djamba)
49
5.4.4 Psychologischer Post-Test (Djamba)
50
5.5 Zusammenfassung (Djamba)
6 Diskussion
51
52
6.1 Ziele und Ergebnisse dieser Arbeit
52
6.1.1 Allgemeine Diskussion der Ergebnisse der physikalischen Aufgaben
(Djamba)
52
6.1.2 Diskussion der Ergebnisse der Physikaufgaben bezüglich der
Hypothesen (Djamba)
55
6.1.3 Diskussion der psychologischen Tests (Djamba)
57
6.2 Vergleich mit anderen Arbeiten (Djamba)
59
6.3 Relevanz dieser Arbeit
61
6.3.1 Relevanz für die Psychologie (Djamba)
61
6.3.2 Relevanz für die Physikdidaktik und praktische Implikationen
63
(Djamba)
7 Fazit (Süss)
63
8 Literaturverzeichnis
64
9 Anhang
67
9.1 Tests
67
9.1.1 psychologische Tests
67
9.1.2 physikalische Tests
70
9.2 Arbeitsblätter der Stunde
90
9.3 Overheadfolien für die Stunde
96
9.4 Hilfsblatt für die optischen Linsen
99
9.5 Versuchsaufbau
100
9.6 Verlaufsplan des Unterrichts
107
9.7 Bilder und Text zur Studie von Bransford und Johnson
113
9.8 Eigenständigkeitserklärung
116
Tabellenverzeichnis
4.1 Überblick über die Klassenzusammensetzung
26
5.1 Mittelwerte der Ergebnisse der physikalischen Fragen
47
5.2 Vergleich der Testergebnisse: Rüsselsheim – Mainz/Kriftel
48
5.3 Mittelwerte der psychologischen Fragen
51
Bilderverzeichnis
3.1a Lichtbrechung an einer Streulinse
23
3.1b Lichtbrechung an einer Streulinse
23
3.1c Lichtbrechung an einer Streulinse
23
3.2 Lichtbrechung an einer Streulinse
24
3.3 Lochkamera
24
1 Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit stellt eine interdisziplinäre Kooperation zwischen den beiden
Fachbereichen Physik und Psychologie dar. Ausschlaggebender Punkt für die Anfertigung
dieser Bachelorarbeit war das Streichen des Themas der optischen Abbildungen aus dem
rheinland-pfälzischen Lehrplan für naturwissenschaftliche Fächer der Mittelstufe im
Schuljahr 2014/2015. Dieses stellt jedoch Grundlage zahlreicher physikalischer Prinzipien
und Alltagsphänomene dar und deshalb ist es lohnenswert, es weiterhin in den Unterricht mit
einzubinden.
Aus diesem Grund wurde eine dreistündige Unterrichtsreihe konzipiert, die die
wichtigsten Aspekte kurz und strukturiert zusammenfasst. In der ersten Unterrichtsstunde
werden dabei die Grundprinzipien der optischen Abbildungen am Beispiel der Lochkamera
dargelegt. In der zweiten Stunde wird aufbauend darauf auf die Funktionsweise des
menschlichen Auges aus physikalischer Sicht eingegangen, in der letzten Stunde werden die
virtuellen Bilder thematisiert. Bei der Konzeption wurde besonders Wert auf den zeitlichen
Aspekt gelegt, sodass den Lehrern die Durchführung trotz Wegfalls der dafür vorgesehenen
Stunden möglich ist.
Zusätzlich wurde jede der drei Stunden bezüglich einer anderen psychologischen
Fragestellung betrachtet und ausgewertet. In der ersten Unterrichtsstunde wurden die
Unterschiede der Auswirkungen von direktem und indirektem Feedback näher beleuchtet. In
der zweiten Stunde wird auf die Relevanz von expliziten Zielvorgaben in Bezug auf den
Lernerfolg und die Motivation der Schüler1 eingegangen, die letzte Stunde betrachtet die
Folgen von gelösten Aufgaben.
Die
vorliegende
Arbeit
wurde
in enger
Kooperation mit
zwei weiteren
Bachelorarbeiten geschrieben. Jede der Arbeiten legt dabei den Schwerpunkt auf eine der drei
Stunden unter Berücksichtigung der jeweiligen psychologischen Fragestellung.
In dieser Arbeit wird vor allem auf die Relevanz expliziter Zielvorgaben am Beispiel
der zweiten Unterrichtsstunde eingegangen.
Nähere Informationen zur ersten Unterrichtsstunde und den Auswirkungen von
Feedback sind der Arbeit „Der Einfluss von unmittelbarem und verzögertem externem und
1
Aus Gründen der Leserlichkeit wird in der vorliegenden Arbeit für Personenbezeichnungen jeweils
ausschließlich die männliche Form verwendet. Es sind dabei jedoch Personen jeden Geschlechts berücksichtigt.
1
elaboriertem Feedback auf Lernen und Motivation“ von Grasemann und Straub (2016) zu
entnehmen.
Die letzte Unterrichtsstunde unter der Betrachtung, wie sich gelöste Aufgaben auf
Lernerfolg und Motivation auswirken, liegt der Arbeit „Effekte von gelösten Beispielen im
Physikunterricht“ von Froschhäuser (2016) zugrunde.
2 Einleitung
Wer kennt sie nicht, die immer gleichen Vorsätze, die wir uns jedes Jahr an Silvester aufs
Neue setzen: endlich mehr Sport treiben, gesünder ernähren, mehr Zeit mit Freunden
verbringen. Ganz nach dem Motto „Nur wer sein Ziel kennt, findet den Weg“ (Laotse,
chinesischer Philosoph) gestalten wir unser Leben. Ein Alltag ohne Ziele scheint
unvorstellbar.
Ziele spielen in allen Bereichen unseres Lebens eine große Rolle. Warum sollte dies in
der Schule anders sein? An einem Ort, an dem täglich Unmengen von Wissen transportiert
und erarbeitet werden, sollte man erwarten, dass zielorientiertes Arbeiten und Transparenz
von Lernzielen einen Lernerfolg nicht nur ermöglicht, sondern sogar fördert. "Nicht für die
Schule, sondern für das Leben lernen wir“ lautet eine Redensart. Aber ist das wirklich so? Ist
Lernen für das Leben eine hinreichende Zielvorgabe, die zu konzentrierterem und
erfolgreicherem Arbeiten motiviert? Oder ist es sinnvoll, Etappenziele zu definieren und zu
formulieren, auf die die Schüler hinarbeiten können?
Die vorliegende Arbeit soll untersuchen, inwiefern Zielvorgaben innerhalb einer für
den schulischen Physikunterricht konzipierten Unterrichtsreihe zum Thema optische
Abbildungen am Beispiel des menschlichen Auges das Verständnis und die Lernmotivation
von Schülern steigern. Es handelt sich dabei um eine Kooperation zwischen den beiden
Fachbereichen Physik und Psychologie. Ausschlaggebender Punkt für die Anfertigung dieser
Bachelorarbeit
war
eine
Änderung
im
rheinland-pfälzischen
Lehrplan
für
naturwissenschaftliche Fächer der Mittelstufe im Schuljahr 2014/2015. Demnach ist aktuell
das Thema der optischen Abbildungen nicht mehr im Schulunterricht vorgesehen.
Auf dieser Grundlage wurde eine dreistündige Unterrichtsreihe entwickelt, die die
wichtigsten Aspekte zum Thema strukturiert und alltagsnah zusammenfasst. Dabei wurde
jede der drei Stunden aus einer anderen, für den Schulunterricht relevanten, psychologischen
2
Fragestellung betrachtet. In der ersten Unterrichtsstunde wird das Thema der optischen
Abbildungen unter der Fragestellung, ob sich ein Unterschied beim Lernerfolg und der
Motivation der Schüler, zwischen denen, die Feedback nach jeder Aufgabe und denen, die
erst am Ende der Unterrichtsstunde Feedback über alle Aufgaben gleichzeitig bekommen,
erkennen lässt, anhand der Lochkamera eingeführt. Aufbauend darauf wird in der zweiten
Stunde das menschliche Auge aus physikalischer Sicht betrachtet. Hierbei wird die Relevanz
der expliziten Zielvorgaben herausgearbeitet. Die letzte Stunde thematisiert die virtuellen
Bilder, unter anderem am Beispiel der Lupe. Es soll überprüft werden, ob das Nachvollziehen
einer gegebenen Lösung besser für das Verständnis und die Motivation der Schüler ist als das
selbstständige erarbeiten.
Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die zweite Unterrichtsstunde mit der
vorgestellten Fragestellung zu den expliziten Zielvorgaben.
3
3 Theorie
3.1 Psychologischer Hintergrund
3.1.1 Der Begriff „Zielvorgabe“
In der Literatur sind unterschiedlichste Definitionen des Begriffs „Zielvorgabe“ im Bezug auf
den Schulunterricht zu finden. Das liegt im Allgemeinen daran, dass auch die Definitionen
der Unterrichtsziele je nach Literatur stark variieren. Im aktuellen rheinland-pfälzischen
Lehrplan für das Gymnasium beispielsweise steht der Erwerb von Kompetenzen und
Kontextverständnis deutlich im Vordergrund. Die Ziele im Fachbereich Physik bestehen unter
anderem darin, „Phänomene erfahrbar zu machen, die Sprache und Historie der
Naturwissenschaften zu verstehen, ihre Ergebnisse zu kommunizieren sowie sich mit ihren
spezifischen Methoden der Erkenntnisgewinnung und deren Grenzen auseinanderzusetzen“
(Lehrplan RLP, 2014, S.9). Einige Pädagogen definieren das Unterrichtsziel wiederum als das
gewünschte Endverhalten der Schüler, sie nehmen dabei vor allem die vom Schüler
gewonnenen Erkenntnisse und Fertigkeiten in den Blick (Gage & Berliner, 1979). Gage und
Berliner (1979) unterscheiden bei Lernzielen zwischen drei verschiedenen Bereichen: den
kognitiven, affektiven und psychomotorischen Lernzielen. Die kognitiven Lernziele gehen
dabei auf „alle Prozesse, die mit dem Erkennen zusammenhängen, z.B. Wahrnehmung,
Gedächtnis, Lernen, Bewertung“ etc. (Pschyrembel – Klinisches Wörterbuch. 2012, S. 1093),
also vor allem auf die Verarbeitung inhaltlicher Aspekte ein. Im Gegensatz dazu „haben
(affektive Lernziele) etwas mit Gefühl, Emotion, Einstellung, Anerkennung oder
Wertschätzung zu tun“, betrachten also Aspekte, die sich nicht direkt messen lassen (Gage &
Berliner, 1979, S. 45). Als psychomotorische Lernziele nennen Gage und Berliner Ziele, die
„Bewegungsfertigkeiten“ mit einschließen, beispielsweise das Schreiben „mit Hand oder
Maschine (…), tanzen oder ein Musikinstrument spielen“ (Gage & Berliner, 1979, S.45).
Dabei laufen die drei Aspekte nie unabhängig voneinander ab, sondern beeinflussen sich
gegenseitig. Ein kognitiver Vorgang wird immer von Emotionen begleitet und ein
psychomotorischer hat auch immer Auswirkungen auf die Kognition (Gage & Berliner,
1979).
Neben den verschiedenen Bereichen, denen das Lernziel zugeordnet werden kann, ist
bei der Festlegung auch darauf zu achten, in welchem Zeitraum es erfüllt werden soll. Dietz
unterscheidet dabei in sogenannte Fern- und Nahziele (Dietz, 1965). Als Fernziele beschreibt
4
er Ziele, die innerhalb eines langen Zeitraums zu erreichen sind, beispielsweise in einem
Schuljahr oder einer Unterrichtsreihe. Sie geben eine grobe Übersicht über den Verlauf und
die Inhalte des Unterrichts. Die Ziele, die innerhalb eines kurzen Zeitabschnittes,
beispielweise einer Unterrichtsstunde oder einer Aufgabenstellung erreicht werden sollen,
bezeichnet Dietz als Nahziele. Diese sind wesentlich konkreter formuliert und führen Stück
für Stück zum Fernziel.
Im Zusammenhang mit den Zielvorgaben wird in der Literatur oftmals der Begriff der
Zielorientierung verwendet. Zielorientierter Unterricht beschreibt dabei das Ausrichten der
Handlungen des Lehrers während des Unterrichts an zuvor klar formulierten Zielen (Glötzl,
2000). Werden diese Ziele offen dargelegt bzw. sind sie aus den Zusammenhängen der
Stunde ersichtlich, so spricht man von Zielvorgaben. Beide Begriffe sind in der Literatur
oftmals nicht deutlich voneinander abgegrenzt. Ist im Folgenden von expliziter und impliziter
Zielorientierung die Rede, so kann dies mit den expliziten und impliziten Zielvorgaben
gleichgesetzt werden.
Unabhängig davon, wie die Definition der Unterrichtsziele ausgelegt wird, ist das
Wissen über diese Ziele Voraussetzung für deren Vorgabe. Es ist deshalb notwendig, dass die
Lehrkraft immer im Blick behält, was die Schüler in einer Stunde, einer Schulwoche oder
einem Halbjahr erreichen müssen. Nur so können die Ziele auch den Schülern verdeutlicht
bzw. offengelegt werden. Dies kann nach Herweg entweder durch die explizite Vorgabe oder
auf implizitem Wege geschehen.
3.1.2 Explizite und implizite Zielvorgaben
Die „explizite Zielorientierung zeichnet sich (…) dadurch aus, dass die Ziele der Stunde
konkret verbalisiert werden“ (Dalehefte, 2006, S.34). Dabei ist es wichtig, dass auch auf die
Relevanz der Ziele beziehungsweise die Absichten des Lernvorgangs eingegangen wird.
Herweg nennt vier Instruktionen, welche dem zielorientierten Lernen zu Grunde liegen
können: die „Explizite Orientierung an dem Unterrichtsziel durch Zielrückgriffe“,
„Regelmäßige und abschließende Zusammenfassungen mit Zielklärung“, „Klärung von
Anforderungen und Aufgabenstellungen“ und „Zielklärung nach Experimenten“ (Herweg,
2008, S21).
5
Mit dem ersten Punkt geht Herweg auf die Relevanz des wiederholten Aufzeigens des
Unterrichtsziels während der Stunde ein. Dies ist dahingehend bedeutend, dass die Schüler im
Unterricht eine Orientierung darüber haben, an welchem Punkt im Lernprozess sie sich
momentan befinden, was sie bereits erfahren haben und welche Inhalte im Verlauf der Stunde
noch thematisiert werden (Herweg,2008).
Durch „regelmäßige und abschließende Zusammenfassungen und Zielklärungen“
(Herweg, 2008, S.21), was den zweiten Punkt darstellt, wird die Aufmerksamkeit auf die
wichtigsten inhaltlichen Aspekte der Stunde fokussiert. Das Hervorheben erleichtert die
Verarbeitung und Einbindung dieser Aspekte in bestehende Wissensstrukturen. Zudem wird
dadurch zeitgleich die Wichtigkeit der fachlichen Inhalte bezogen auf das Unterrichtsziel
betont (Herweg, 2008).
Beim dritten Punkt „Klärung von Anforderungen und Aufgabenstellungen“ (Herweg,
2008, S.21) geht Herweg vor allem auf die klare Instruktion der Aufgaben beim
Experimentieren ein. Demnach stellt dies die Voraussetzung für das Erarbeiten neuer Inhalte
und deren Integration in vorhandene Wissensstrukturen dar (Herwegs, 2008). Eine stringente
Instruktion ist also Voraussetzung für das Nachvollziehen und Verstehen neuer Inhalte durch
Experimente (Herweg, 2008). Durch vage formulierte Problemstellungen können die Schüler
nicht einschätzen, worin die Bedeutung des Experimentes liegt und was die wesentlichen
inhaltlichen Aspekte sind.
Im Anschluss an ein erfolgreiches Experimentieren ist die „Zielklärung nach
Experimenten“ (Herwegs, 2008, S.21), welche den letzten Punkt der möglichen Instruktionen
darstellt, unumgänglich. Das nachträgliche Zusammenfassen und Erklären des Ablaufs bzw.
der Ergebnisse ist dahingehend bedeutend, dass die wichtigsten Informationen herausgestellt
und gesichert werden. Zudem muss hierbei die Relevanz des Experiments herausgearbeitet
werden sowie dessen Einbettung in die Unterrichtsstunde stattfinden. Es muss verdeutlicht
werden, warum genau dieses Experiment an genau dieser Stelle im Unterricht sinnvoll ist und
wie dies den Schülern beim Verständnis der Inhalte weiterhilft (Herweg, 2008).
Zusammengefasst beschreiben die expliziten Zielvorgaben die konkrete Darlegung
oder Verbalisierung der Unterrichtsziele und deren Relevanz gegenüber den Schülern. Sie
müssen den Lernenden dabei während der gesamten Stunde präsent sein, wodurch ein
mehrfaches Aufgreifen unumgänglich ist. Des Weiteren bieten sie den Schülern eine
Orientierung im Lernprozess.
6
Dem gegenüber stehen die impliziten Zielvorgaben, bei denen der Unterricht zwar auf
die gleichen Ziele hin orientiert ist, diese werden jedoch nicht explizit dargelegt. Die implizite
Zielvorgabe zeichnet sich durch einen strukturierten und logischen Aufbau der Stunde aus,
sodass
das
Unterrichtsziel
aus
dem
Kontext
erschlossen
werden
kann.
Neue
Wissensstrukturen können nur dann in bestehende aufgenommen werden, wenn Sinn und
Zusammenhänge erkennbar sind. Die Inhalte der Stunde müssen daher klar aufeinander
aufbauen und begründet sein. Zudem bieten sie den Schülern auch zwischen den expliziten
Zielvorgaben eine Orientierung im Unterricht (Dalehefte, 2006).
Herweg
beschreibt
vier
Komponenten,
die
eine
implizite
Kohärenz
im
(Physik)Unterricht zur Folge haben: „Sequenzierung und eine kohärente Inhaltserarbeitung“,
„Schlüssige Einbettung von Experimenten und anderen Unterrichtselementen“, „angemessene
Informationsfülle“ und „Berücksichtigung des Vorwissens der Lernenden“ (Herwegs, 2008,
S. 26).
Mit dem ersten Stichpunkt geht sie dabei näher auf die innere Struktur der
Unterrichtsstunde ein. Um einen nachvollziehbaren und klar strukturierten Unterricht halten
zu können, muss die Lehrkraft sich das Unterrichtsziel immer wieder vor Augen führen. Dies
ist besonders wichtig, da der Verlauf des Unterrichts durch Schülerfragen- und Antworten
nicht unbedingt vorhersehbar verläuft. Trotzdem muss die Lehrkraft zum „roten Faden
zurückfinde(n), wenn von diesem abgewichen wird“ (Herweg, 2008, S.26).
Neben der klaren Instruktion bei der Durchführung von Experimenten, die bereits bei
den expliziten Zielvorgaben erwähnt wurde, ist auch eine „(s)chlüssige Einbettung von
Experimenten und anderen Unterrichtselementen“ (Herweg, 2008, S. 26) für den Lernvorgang
der Schüler von Bedeutung. Dies stellt den zweiten Aspekt der impliziten Zielvorgaben dar
und ist Voraussetzung dafür, dass die Schüler die Experimente in den Lernvorgang
einbeziehen können. Diese können so zur Verdeutlichung der vorgestellten physikalischen
Aspekte dienen und für ein besseres Verständnis bei den Schülern sorgen. Wird das
Experiment jedoch zusammenhangslos im Unterricht durchgeführt, so hat es für die Schüler
keinen Lerneffekt.
Als dritten Stichpunkt zu den impliziten Zielvorgaben nennt Herweg eine
„angemessene
Informationsfülle“
(Herwegs,
2008,
S.26).
Bei
der
Planung
der
Unterrichtsstunden muss darauf geachtet werden, dass die Menge der fachlichen Inhalte an
den zeitlichen Rahmen angepasst ist. Die Schüler dürfen nicht mit neuen Informationen
7
überladen werden, da sie diese sonst nicht verinnerlichen und dem Unterricht nicht folgen
können.
Des Weiteren muss beim Lernvorgang das Vorwissen der Lernenden berücksichtigt
werden, was Herweg im letzten Stichpunkt zusammenfasst. „Damit neue Inhalte verstanden,
behalten und angewendet werden, müssen die neuen Informationen mit vorhandenem Wissen
verknüpft, also elaboriert werden“ (Mandl& Friedrich, 2006, S.41). Diese Verknüpfung kann
nur dann hergestellt werden, wenn bekannte und neue Informationen im Zusammenhang
stehen. Die Lehrperson muss beim Unterrichten also auf bekannte Wissensstrukturen der
Schüler zurückgreifen und dieses Vorwissen aktivieren. „Die Aktivierung vorhandenen
Wissens ist ein entscheidender Bedingungsfaktor erfolgreichen Lernens.“ (Mandl &
Friedrich, 2006, S 43).
3.1.3 Cognitive-Load-Theorie
Implizite und explizite Zielvorgaben innerhalb einer Schulstunde schließen sich keineswegs
aus. Eine implizite Kohärenz ist Voraussetzung für einen guten und nachvollziehbaren
Unterricht und muss deshalb immer vorhanden sein. Ergänzend dazu kann eine explizite
Zielvorgabe laut Sweller den Schülern helfen, sich auf die wesentlichen Dinge im Unterricht
zu konzentrieren. Sweller begründet die Wichtigkeit dafür in der Cognitive-Load-Theorie.
Diese besagt, dass das Arbeitsgedächtnis nur eine bestimmte Kapazität bereithält, die für den
Lernvorgang genutzt werden kann. Das Wissen über die Unterrichtsziele hilft dabei, die
Aufmerksamkeit während der Stunde auf die relevanten Inhalte hin- bzw. von nicht
relevanten Inhalten wegzulenken (Trepke, 2004). Durch das Fokussieren der Aufmerksamkeit
wird die Kapazität nicht dafür benötigt, die Unterrichtsziele herauszufinden oder festzulegen,
wodurch das Arbeitsgedächtnis entlastet wird. „A problem solver whose cognitive processing
capacity is entirely devoted to goal attainment is attending to this aspect of the problem to the
exclusion of those features of the problem necessary for schema acquisition” (Sweller, 1988,
S. 262). Eine gut strukturierte Unterrichtsstunde und das Transparenthalten der
Unterrichtsziele sind deshalb von enormer Wichtigkeit (Dalehefte, 2006).
8
3.1.4 Kritik an zielorientiertem Unterricht bzw. Zielvorgaben
In der Literatur lassen sich nicht nur positive Meinungen in Bezug auf explizite Zielvorgaben
finden, einige Autoren formulieren auch Kritik an diesem Thema. So betonen Krutezki und
Lukin beispielsweise, dass die Formulierung der Ziele oftmals nur rein formal erfolgt, die
Schüler jedoch nicht die Relevanz oder Bedeutung der Ziele erfahren (Krutezki und Lukin,
1962, zitiert nach Dietz, 1965). Demnach stellt die Vorgabe unnötig leere Worte dar, die
keinerlei Auswirkung auf den Lernprozess haben. Andere Autoren gehen einen Schritt weiter.
Ihrer Meinung nach haben explizite Zielvorgaben nicht nur „keine Auswirkungen“ auf den
Lernvorgang, sondern sogar negative. So weisen einige Autoren darauf hin, dass der
zielorientierte Unterricht in Konflikt mit offenem Unterricht steht. Laut Schröder wird unter
offenem Unterricht ein Unterricht verstanden, „der im Hinblick auf das Lehrziel, den Inhalt
und die Lehrmethode nicht festgelegt ist. Unterrichtsverlauf und –inhalt werden vornehmlich
von den Interessenslagen und den Fähigkeiten der einzelnen Schüler bestimmt“ (Schröder,
1986, S.219). Im zielorientierten Unterricht ist eine möglichst genaue Festlegung der
Unterrichtsziele jedoch notwendig. Ein Kompromiss beider Unterrichtsformen ist demnach
nur schwer vorstellbar. Die moderne Didaktik tendiert immer mehr zu offenem,
schülerorientierten Unterricht; Zielorientierungen rücken damit immer mehr in den
Hintergrund. „Grundlage der gegenwärtigen Lehrplanentwicklung ist im Gegensatz zu den
behavioristisch geprägten Lernkonzepten der 60er und 70er Jahre ein kognitivkonstruktivistisches
Verständnis
von
Lernen,
das
den
individuellen,
informationsverarbeitenden Lernprozessen große Bedeutung zumisst und Formen von
Selbstbestimmung und Mitentscheidung favorisiert“ (Glötzl, 2000, S.129).
Neben dem Konflikt zwischen offenem und lernzielorientiertem Unterricht nennt
Schröder weitere Probleme, die die Zielorientierung und demnach auch die explizite
Bekanntgabe von Unterrichtszielen mit sich bringt: „die Zielauswahl, die Hierarchie, die
Taxonomie und die Operationalisierung der Ziele“ (Schröder, 1986, S.176).
Die Zielauswahl ist dahingehend problematisch, dass die Ziele zum einen in ihrer
Legitimität begründet und zum anderen an den Leistungsstand der Schüler angepasst sein
müssen. Des Weiteren muss die Lehrkraft beim Festlegen der Ziele sowohl die Vorgaben des
Lehrplans beachten, als auch die eigene Einschätzung mit einfließen lassen. Bei der
Festlegung der Unterrichtsziele sind also viele Aspekte zu beachten, was die Auswahl und
Formulierung schwierig gestaltet (Schröder, 1986).
9
Dabei müssen die Unterrichtsziele wie bereits beschrieben in Nah- und Fernziele
unterteilt, also in eine hierarchische Anordnung gebracht werden. Hier kann sowohl zuerst das
grobe Fernziel festgelegt und immer weiter spezifiziert werden, sodass am Ende die Nahziele
formuliert sind. Es ist jedoch auch denkbar, zuerst ein Nahziel festzulegen und dieses immer
mehr in einen Kontext einzubinden, sodass am Ende ein Fernziel steht. Die Vorgehensweise
ist von den fachlichen Inhalten und der Bedeutung der einzelnen Ziele abhängig und kann
somit nicht eindeutig festgelegt werden (Schröder, 1986).
Zusätzlich müssen alle Ziele den Bereichen der kognitiven, affektiven und
psychomotorischen Lernziele zugeordnet werden. Oftmals ist eine eindeutige Zuordnung
jedoch nicht möglich, was Schröder als „Taxonomie“ bezeichnet (Schröder, 1986).
Den letzten beschriebenen Punkt stellt die Operationalisierung der Ziele dar (Schröder,
1986). Im Duden wird das Operationalisieren in der Curriculumforschung als ein Übersetzten
der Lernziele in Verhaltensänderungen der Schüler durch einen Lernvorgang beschrieben,
welche durch Tests oder Ähnliches überprüft werden können (Duden, 2015). Das
Endverhalten eines Schülers ist jedoch niemals abzusehen, bestenfalls ist es abzuschätzen. Ein
Lernziel bis ins Detail festzulegen, um zu einem späteren Zeitpunkt zu überprüfen, ob es
erreicht wurde, ist daher nicht möglich.
Bis zu diesem Zeitpunkt wurde beschrieben, wie sich implizite und explizite
Zielvorgaben auf den kognitiven Lernprozess der Schüler auswirken. Im Folgenden wird der
Einfluss der Zielvorgaben auf die Motivation herausgearbeitet.
3.1.5 Auswirkungen der Zielvorgaben auf die Motivation
Die Vorgabe der Ziele im Unterricht wirken sich nicht nur auf kognitive Prozesse aus, auch
motivationale Aspekte werden dadurch beeinflusst.
„Der lateinische Ursprung des Wortes Motivation bedeutet bewegen. Daher hat
Motivation mit Handeln zu tun. Ein Motiv ist eine bewusste oder unbewusste Kraft,
die einen Menschen zum Handeln oder manchmal zum Nicht-Handeln treibt. In
diesem Sinne kann man Motive als Ursachen bezeichnen, weil laut Wörterbuch
Ursachen Agenten oder Kräfte sind, die eine Wirkung oder eine Handlung
hervorrufen“ (Lefrançois, 2006, S.284).
10
Fasst man all diese Motive beziehungsweise Ursachen oder auch Beweggründe
zusammen, die zu einer Entscheidung oder Handlung führen, so nennt man dies Motivation
(Duden, 2015). Da auch der Lernprozess eine Handlung darstellt, liegt auch ihm eine
Motivation zu Grunde. Motivation ist also Voraussetzung für kognitive Prozesse und somit
wesentlich für den Schulunterricht. Im kognitiv-motivationalen Prozessmodell stellt die
Motivation die Voraussetzung für den Lernerfolg dar. Durch sie werden Prozesse angeregt,
die einen Lernzuwachs zur Folge haben. Wie groß die Motivation ist, ist von Person zu
Person
verschieden
und
Erfolgswahrscheinlichkeit,
im
der
Wesentlichen
von
vier
Misserfolgsbefürchtung,
Aspekten
dem
abhängig:
Interesse
und
der
der
Herausforderung. Die Faktoren können dabei beliebig zusammenwirken, die Ausprägung
eines Faktors bringt also nicht zwingend die Ausprägung eines anderen mit sich. Wie die
Motivation zustande kommt und wie sehr sie ausgeprägt ist, ist sowohl situations- als auch
personenabhängig und somit nicht verallgemeinerbar. Während eine Person beispielsweise
sehr positiv an eine Situation oder Aufgabe herantritt, ein hohes Interesse und eine hohe
Erfolgswahrscheinlichkeit aufweist, kann die Motivation einer anderen Person bei der
gleichen Situation oder Aufgabe sehr niedrig sein (Bachmann, 2009).
Zu den personengebundenen Einflussgrößen auf die Motivation zählt auch die
Zielorientierung (Bachmann, 2009). Dweck und Leggett unterscheiden dabei zwischen den
Lernzielen (learning goals) und den Leistungszielen (performance goals) (Dweck & Leggett,
1988, zitiert nach Bachmann, 2009). Die beiden Zielorientierungen unterscheiden sich dabei
in ihrem Bezugssystem, anhand dessen das Ziel festgelegt wird. Beim Lernziel wird auf die
eigenen Fähigkeiten beziehungsweise Verhaltensweisen eingegangen. Eine Person, die
lernzielorientiert handelt, hat vor allem Interesse daran, eigene Fähigkeiten und Kompetenzen
zu verbessern. Im Gegensatz dazu ist bei den Leistungszielen das Augenmerk auf den
Vergleich mit anderen Personen oder Gruppen gelegt. Elliot und Harackiewicz (1996)
erweiterten das zweistufige Modell von Dweck, indem sie die Leistungsziele in LeistungsAnnäherungs- und in Leistungs-Vermeidungs-Ziele unterteilten (Bachmann, 2009).
Leistungs-Annäherungs-Ziele beschreiben dabei das Streben danach, in einer Gruppe positiv
aufzufallen, also bessere Leistungen zu erzielen, als der Rest der Gruppe. Im Gegensatz dazu
liegt bei den Leistungs-Vermeidungs-Zielen der Schwerpunkt darauf, in einer Gruppe nicht
negativ aufzufallen, einen Misserfolg also möglichst zu vermeiden.
In welche dieser drei Kategorien eine Situation eingeordnet wird, ist abhängig von der
Person. Dies wird deutlich, wenn ein typisches Beispiel aus der Schule herangezogen wird:
11
das Lernen für eine Klassenarbeit. Dass ein Schüler für eine Klassenarbeit lernt, kann sowohl
lernzielorientiert als auch leistungszielorientiert sein. Ersteres ist der Fall, wenn sich der
Schüler zum Ziel gesetzt hat, die fachlichen Inhalte zu verstehen und seine eigenen
Kompetenzen zu erweitern. Geht es beim Lernen jedoch darum, eine gute Note zu schreiben
und besser abzuschneiden als der Rest der Klasse, so erfolgt die Handlung aus
leistungszielorientierten Motiven, genauer gesagt wird dabei ein Leistungs-Annäherungs-Ziel
verfolgt. Vorstellbar wäre jedoch auch, dass der Schüler lernt, um keine schlechte Note zu
bekommen beziehungsweise im Vergleich zu seinen Mitschülern keine schlechte Leistung zu
erzielen. In diesem Fall handelt es sich um ein Leistungs-Vermeidungs-Ziel. Die gleiche
Situation kann also verschiedenen Zielorientierungen zugeordnet werden, die Zuordnung ist
somit abhängig von der Perspektive (Bachmann, 2009).
Im Allgemeinen ist die Motivation ein Ziel zu erreichen größer, wenn diesem Ziel ein
Nutzen zugesprochen werden kann (Bransford, Brown & Cocking, 2003). Wird durch die
Zielvorgabe die Relevanz und der Nutzen des Themas deutlich, so steigert sich dadurch die
Motivation der Schüler und folglich auch der Lernerfolg. Auch intrinsische Motivation ist für
den Lernerfolg förderlich. Intrinsische Motivation ist mit „persönliche(r) Neugier und dem
Bestreben
verbunden,
solche
Aufgaben
zu
lösen,
die
mit
einem
eigenen
Aufforderungscharakter an den Lernenden herantreten“ (Schröder, 1986, S. 212). Gelingt es
der Lehrperson die Ziele so zu formulieren, dass sie das Interesse der Schüler wecken, so
kann dadurch die intrinsische Motivation gesteigert werden, was sich letztendlich positiv auf
den Lernvorgang auswirkt. Dem entgegen steht die extrinsische Motivation, die von außen
gegeben ist. In diesem Fall steht nicht die Handlung an sich sondern deren Folgen im
Vordergrund, bezogen auf die Schule könnten dies hier beispielsweise die Noten, Belohnung
oder Bestrafung sein. „Metzger (1965) weißt ausdrücklich darauf hin, daß alle Nebenziele und
Nebenkräfte so weit wie möglich ausgeschaltet werden sollten, weil sie inneren Druck und
Zwangssituationen erzeugen. Angst vor Tadel oder Bloßstellung vor den Mitschülern oder
Angst vor schlechten Zensuren sind beim Lernen ebenso störend wie das Bestreben, sich vor
anderen hervorzutun, beim Lehrer beliebt zu sein oder den Eltern Freude zu machen“
(Metzger, 1965, zitiert nach Wasna, 1976, S.34). Der Fokus sollte also nicht auf die Person,
sondern auf die Sache selbst gelegt werden, da so die intrinsische Motivation gesteigert wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch geschicktes Formulieren der Lernziele,
durch das Darlegen derer Relevanz und das Einbinden eines Aufforderungscharakters die
12
Motivation gesteigert werden kann, was sich letztendlich positiv auf den Lernprozess
auswirkt.
3.1.6 Aktueller Forschungsstand
IPN-Studie
Im Jahr 2000 wurde vom Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften eine
Videostudie zu Lehr-Lern-Prozessen im Physikunterricht ins Leben gerufen. Ziel der
sogenannten IPN-Studie ist es, Bedingungen aufzudecken, die für einen erfolgreichen Lehrund Lernprozess im Physikunterricht erforderlich sind. Dabei wird unter anderem auf die
Zielorientierung im Unterricht eingegangen. Diese wird durch das Heranziehen von
Fragebögen bezüglich kognitiver und motivational-affektiver Auswirkungen auf den
Lernprozess untersucht (Herweg, 2008).
Die Zielorientierung wird seit Beginn der Durchführung der IPN-Studie in den Blick
genommen. Zwischen 2000 und 2002 wurde der Unterricht von insgesamt 13 siebten und
achten Klassen hinsichtlich des Transparenthaltens und des regelmäßigen Aufgreifens der
Unterrichtsziele untersucht. Des Weiteren wurde überprüft, „ob der Unterrichtsverlauf
nachvollziehbar ist, einzelne Elemente wie Experimente in diesen eingebettet sind und ob
Ergebnisse aus Experimenten und der Inhaltserarbeitung im Hinblick auf das Ziel
zusammengefasst wurden“ (Herweg, 2008, S.59). Aus den Ergebnissen der Studie ließ sich
zum einen schließen, dass Zielorientierung die „Wahrnehmung unterstützender Lehr-LernBedingungen fördert“, zum anderen wurde eine Steigerung der Motivation der Schüler
festgestellt (Herweg, 2008, S.59).
Zwischen den Jahren 2002 und 2004 wurde die IPN-Videostudie bezüglich der
Zielorientierungen konkretisiert. Hierzu wurde der Unterricht von insgesamt 50 zufällig
ausgewählten neunten Klassen untersucht. Durch eine Teilauswertung durch Trepke (2004)
von insgesamt 24 Klassen konnte festgestellt werden, dass Schüler, die ein hohes Maß an
Zielorientierung im Unterricht erlebten, sowohl die inhaltliche Relevanz der Lerninhalte als
auch die Instruktionsqualität unabhängig von ihrem Vorwissen als positiv einstuften (Herweg,
2008).
13
In einer Dissertation aus dem Jahre 2008 vergleicht Herweg die Umsetzung und
Auswirkungen von Zielorientierungen im deutschen und schweizerischen Physikunterricht.
Ziel der Gegenüberstellung ist es, „Erkenntnisse darüber (zu gewinnen), wie die
Zielorientierung im Physikunterricht der beiden Länder ausgeprägt ist und welche Bedeutung
möglicherweise unterschiedliche Ausprägungen der Zielorientierung für die Lernprozesse und
Lernentwicklungen der Schülerinnen und Schüler haben“ (Herweg, 2008, S. 61). Zur
Untersuchung der Fragestellungen wurden insgesamt 50 neunte Klassen aus Deutschland und
32 Klassen aus der Schweiz verglichen. Die Daten der deutschen Stichproben stammen
größtenteils aus dem technischen Bericht der IPN-Videostudie, die Daten der schweizerischen
Stichprobe aus Projektdaten und –berichten der Schweizer Kooperationsgruppe um Peter
Labudde (Herweg, 2008). Allgemeine Bedingungen wie die Schulform, die Thematik und das
Design der Stunde wurden aus Gründen der Vergleichbarkeit konstant gehalten. Die Thematik
umfasste dabei die Optik und die Mechanik. Die Auswertung erfolgte sowohl über die
Videoaufzeichnungen, als auch über einen Vor- bzw. Nachtest und einen Schülerfragenbogen.
Zur Operationalisierung wurden insgesamt 21 Items zur expliziten Zielorientierung,
impliziten Kohärenz des Ziels, Anker und Integrationshilfen und der Zielbekanntgabe auf
einer vierstufigen Skala (von 0 = „trifft nicht zu“ bis 3 = „trifft zu“) durch die
Videoaufnahmen bewertet. Welche Aspekte für die Einstufung der verschiedenen
Skalenpunkte erfüllt werden müssen, wurde vorher festgelegt.
Um den Effekt der Zielorientierung auf sowohl kognitive als auch motivationale
Lernprozesse auszuwerten, wurden die beobachtbaren Ausprägungen von Zielorientierung im
Unterricht mit den Lernergebnissen der Schüler in Verbindung gebracht. Zunächst wurde
dabei auf die „Wahrnehmung von inhaltlicher Relevanz und Instruktionsqualität durch die
Schülerinnen und Schüler“ (Herweg, 2008, S.121) eingegangen.
Herwegs
Ergebnisse
zeigen,
dass
die
Wahrnehmung
der
Relevanz
des
Unterrichtsthemas positiv von verschiedenen Aspekten der Zielorientierung abhängig ist. Der
Schwerpunkt liegt hierbei auf der Nennung des Unterrichtsziels, dem kontextuellen Anker
und der Integrationshilfe und vor allem auf der für diese Bachelorarbeit entscheidenden
expliziten Zielorientierung. Weiterhin lässt sich feststellen, dass sich Zielorientierung positiv
auf die selbstbestimmte Lernmotivation der Schüler auswirkt, wobei dies vor allem durch die
Nennung des Unterrichtsziels sowie dessen impliziter Kohärenz im Unterricht geschieht.
Diese Kohärenz unterstützt zusammen mit der expliziten Zielorientierung wiederum die
kognitiven Lernaktivitäten der Lernenden, regt diese also dazu an, „nachvollziehende und
14
vertiefende Elaborationen und organisierende Lernprozesse durchzuführen“ (Herweg, 2008,
S. 127).
Damit unterstützen die Ergebnisse der IPN-Videostudie und deren Schweizer
Kooperationsgruppe die Hypothesen, die in dieser Arbeit anhand einer dreistündigen
Physikunterrichtsreihe überprüft wurden. In diesem Zuge dient Herwegs Dissertation als einer
der Hauptbezugspunkte dieser Bachelorarbeit.
Studien von Bransford & Johnson
Bransford und Johnson (1972) untersuchten in mehreren Experimenten, inwieweit ein
bestimmtes Vorwissen oder ein Kontext erforderlich ist, um den Sinnzusammenhang eines
Textes zu erfassen und ihn sich so besser merken zu können.
Im ersten Experiment bekamen 50 freiwillig teilnehmende männliche und weibliche
High School-Studenten einen Text (siehe Anhang) vom Tonband vorgespielt. Danach sollten
sie zunächst auf einer Skala von 1 (schwierig) bis 7 (einfach) angeben, wie verständlich sie
den Text fanden. Anschließend sollte dieser möglichst genau reproduziert werden, im
Idealfall wortgetreu.
Vor der Durchführung wurden die Testpersonen verschiedenen Gruppen zugeteilt. Der
Context-before-Gruppe wurden vor Abspielen des Textes zwei Bilder (siehe Anhang)
aufgezeigt, die den Sachverhalt darstellten, der Partial Context-Gruppe nur eines. Die
Context-after-Gruppe erhielt die Bilder nachdem sie den Text hörten, die No-contextGruppen erhielten die Bilder überhaupt nicht. Mit einem Blick in die gemittelten
Verständniswerte fällt direkt auf, dass die Context-before-Gruppe mit 6.10 von 7.00 Punkten
den Text nach eigenem Ermessen um einiges besser verstanden hat als die anderen Gruppen,
die im Mittel maximal 3.70 von 7.00 Punkten angaben. Noch deutlicher zeigt sich diese
Tendenz in den Ergebnissen der Textreproduktion, wobei die Context-before-Gruppe im
Mittel 8.00 von 14.00 Punkten erreichte, die anderen Gruppen jedoch maximal 4.00. Daraus
wurde der Schluss gezogen, dass die Bekanntgabe der wichtigsten Aspekte vor Bearbeitung
der Aufgabe förderlich ist, um sinnvolle semantische Zusammenhänge zwischen den im
abgespielten Text enthaltenen Informationen herzustellen und so deren Inhalt zu erfassen und
zu reproduzieren.
15
Ähnlich eindeutig waren die Ergebnisse in drei weiteren Experimenten, in denen die
Testpersonen ebenfalls einen Text vom Tonband hörten oder vorgelesen bekamen und je nach
Gruppe vorher, nachher oder gar nicht in einem kurzen Satz über das Thema des Textes
informiert wurden. Die Versuchspersonen waren auch hier freiwillige High School-Schüler.
So wie im ersten Experiment schnitt die Topic-before-Gruppe jeweils besser ab als die beiden
anderen Gruppen, auch wenn im letzten Experiment der Unterschied im Verständnis-Rating
nicht signifikant war. Dies schließt an das erste Experiment und die daraus gezogenen
Schlüsse nahtlos an.
3.1.7 Hypothesen
Aus dem theoretischen Hintergrund wurden die Vorgehensweise und die Hypothesen für
diese Bachelorarbeit hergeleitet. Herweg zeigt in ihrer Dissertation die Relevanz der
impliziten Kohärenz auf. Diese wurde durch den logischen Aufbau der Unterrichtsstunde und
die Verknüpfungen zwischen den drei Themenblöcken sichergestellt. Zusätzlich wurden in
Anlehnung an die Ergebnisse der IPN-Studie und der Studie von Bransford und Johnson
einem Teil der Schüler die Unterrichtsziele explizit genannt. Da für die Überprüfung der
Hypothesen nur eine Schulstunde zur Verfügung stand, wurden als vorgegebene Ziele
Nahziele gewählt, also solche, die in einem kurzen Zeitraum zu erreichen sind. Ob sich die
expliziten Zielvorgaben im konkreten Beispiel der vorgestellten Unterrichtsreihe auf den
Lernprozess der Schüler auswirken oder ob die implizite Kohärenz ausschlaggebend ist,
wurde durch die Studie dieser Bachelorarbeit überprüft. In Anbetracht der Theorie sind dabei
die folgenden Hypothesen aufgestellt worden.
Hypothese 1:
Explizite Zielvorgaben wirken sich positiv auf den Lernerfolg der Schüler aus.
Hypothese 2:
Explizite Zielvorgaben wirken sich positiv auf die Motivation der Schüler aus.
16
3.2 Physikalischer Hintergrund
3.2.1 Begründung für die Unterrichtsreihe
Seit dem Schuljahr 2014/2015 sieht der rheinland-pfälzische Lehrplan die Thematik der
optischen Abbildungen nicht mehr explizit für den Schulunterricht vor. Im vorherigen
Lehrplan waren für dieses Themenfeld noch zehn Unterrichtsstunden angedacht, was die
Relevanz des Themas erahnen lässt. Durch das Wegfallen dieses Themenblocks bleiben den
Schülern grundlegende physikalische Aspekte vorenthalten, die für das Verständnis
zahlreicher Alltagsphänomene und optischer Instrumente notwendig sind.
Der neue Lehrplan thematisiert im Bereich der Optik in der Sekundarstufe 1 weiterhin
Licht an Grenzflächen, also Brechung und Reflexion, Absorption und die dadurch
resultierende Veränderung der Farbwahrnehmung, die Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit
sowie das Strahlenmodell. Durch diese Themenblöcke sind die wichtigsten Grundlagen zur
Erarbeitung der optischen Abbildungen bereits gelegt, weshalb sich das anschließende
Unterrichten dieses Themas durchaus anbieten würde. Auch vorstellbar wäre die Einbindung
in das Themenfeld „Praxis und Forschung - selbstständiges und fragengeleitetes
Experimentieren“, in welchem das Thema beispielsweise durch den Bau verschiedener
optischer Instrumente weiter vertieft werden könnte
Im hessischen Lehrplan für das Gymnasium werden die optischen Abbildungen zwar
nicht explizit erwähnt, jedoch werden zahlreiche Aspekte der Thematik genannt. So ist
beispielsweise sowohl im Lehrplan für G8- als auch für G9-Klassen der Bau einer
Lochkamera vorgesehen. Anhand dieser wird in der vorgestellten Unterrichtsreihe das Thema
der optischen Abbildung eingeleitet, sodass sie an dieser Stelle optimal in den Unterricht mit
eingebunden werden könnte. Die Funktionsweise des Auges bzw. der Sehvorgang im
Allgemeinen knüpfen in der Unterrichtsreihe an die Lochkamera an und sind auch in beiden
Lehrplänen wiederzufinden. Im Lehrplan für G9-Klassen ist zusätzlich die Thematik der
virtuellen Bilder zu finden, welche die letzte Stunde der Unterrichtsreihe füllt. Des Weiteren
sind optische Instrumente wie beispielsweise die Lupe, die ebenfalls Inhalt der letzten Stunde
ist, vorgesehen.
Unabhängig davon, ob die Thematik der optischen Abbildungen Inhalt des Lehrplans ist oder
nicht, bietet die Unterrichtsreihe einen guten Überblick über die wichtigsten Aspekte. Auch
bei den Schulklassen, bei denen für die Bearbeitung des Themas lehrplanbedingt mehr Zeit
17
zur Verfügung steht, bietet sie einen guten Einstieg in die Thematik. Zudem bleiben der
Lehrkraft durch die kompakte Durchführung mehr Unterrichtsstunden zur Vertiefung oder
Fortführung des Themas.
Im Rahmen dieser Arbeit haben wir uns zum Ziel gesetzt, eine kurze Unterrichtsreihe
zu konzipieren, die von den Lehrern übernommen und im Unterricht durchgeführt werden
kann. Dabei wurde besondere Rücksicht auf den zeitlichen Aspekt gelegt, sodass die
Durchführung trotz des Wegfalls der explizit dafür vorgesehenen Stunden möglich ist. Wir
möchten die Lehrer motivieren, die Thematik weiterhin in den Unterricht mit einzubinden, da
sie die Grundlagen zahlreicher physikalischer Gesetze darstellt und spannende Experimente
und Themen für die Schüler bereithält.
Die Unterrichtsreihe beinhaltet insgesamt drei Schulstunden und fasst die wichtigsten
physikalischen Aspekte zu den optischen Abbildungen zusammen. In der ersten Stunde wird
dabei die Lochkamera thematisiert. Sie eignet sich deshalb besonders gut für den Einstieg der
Unterrichtsreihe, da sich mit ihr auf einfache Weise das Prinzip der optischen Abbildungen
erklären lässt. Zudem bietet sie den Schülern die Möglichkeit, die Inhalte nicht nur
theoretisch zu erlernen, sondern durch Experimentieren und Ausprobieren praktisch zu
erfahren. Dies wirkt sich sowohl positiv auf das Verständnis der Schüler als auch auf deren
Motivation aus. Die erste Unterrichtsstunde ist jedoch Inhalt einer anderen Bachelorarbeit, der
nähere Informationen entnommen werden können (vgl. Grasemann und Straub, 2016).
Die vorliegende Arbeit bezieht sich auf die zweite Unterrichtsstunde, in der das
menschliche Auge aus physikalischer Sicht thematisiert wird. Eine detaillierte Begründung
für die Auswahl des Themas sowie den Aufbau der Stunde können dem Abschnitt
„Begründung der Inhalte der Unterrichtsstunde“ entnommen werden.
Aufbauend auf die zweite Unterrichtsstunde werden in der dritten Stunde virtuelle
Bilder am Beispiel der Lupe bzw. einer optischen Täuschung besprochen. Die virtuellen
Bilder stellen das komplexeste Thema der Unterrichtsreihe dar. Sie werden erst am Ende der
Unterrichtsreihe thematisiert, da so auf die zuvor gelegten Grundlagen zurückgegriffen
werden kann. Zudem werden die physikalischen Aspekte an Alltagsphänomenen besprochen,
um den Schülern die Relevanz des Themas zu verdeutlichen. Detaillierte Informationen
können jedoch einer anderen Bachelorarbeit entnommen werden, in der die dritte Stunde mit
dem Thema der virtuellen Bilder dargelegt wird (siehe Froschhäuser).
18
3.2.2 Begründung der Inhalte der Unterrichtsstunde
Das Auge ist mit das wichtigste Sinnesorgan und hilft uns, uns in unserer Umwelt zu
orientieren. Die Thematik nimmt Bezug auf den eigenen Körper und hilft den Schülern,
diesen besser zu verstehen. Die Schüler haben somit während der gesamten Unterrichtsstunde
ein praktisches Anwendungsbeispiel zu den physikalischen Aspekten, welches zudem
relevant für ihren eigenen Alltag ist. Zum anderen bietet das Thema Auge die Möglichkeit,
mehrere physikalische Abläufe aufzugreifen. So kann beispielsweise die Auswirkung der
Krümmungsänderung einer Linse durch die Akkommodation, oder die Kombination zweier
Linsen durch die Funktionsweise der Brille erklärt werden. Obwohl also auf viele
physikalische Aspekte eingegangen wird, bleibt das eigentliche Thema und somit der rote
Faden der Stunde erhalten.
Neben
den
inhaltlichen
Begründungen
lassen
sich
auch
organisatorische
Begründungen nennen, die für die Durchführung des Themas sprechen. So lässt sich
beispielsweise eine Verknüpfung zu den biologischen Aspekten des menschlichen Auges
herstellen, denn im Lehrplan für Biologie in der Sekundarstufe 1 ist im Themenfeld 7
„Informationen empfangen, verarbeiten, speichern“ (Lehrplan RLP, 2014, S. 36) das
Aufgreifen der menschlichen Sinne vorgesehen. Die Schüler würden dadurch die Möglichkeit
bekommen, das Thema aus verschiedenen Blickwinkeln zu beleuchten und die Aspekte der
verschiedenen Fachbereiche zu etwas Ganzheitlichem zusammenzufügen. Auch im
naturwissenschaftlichen Unterricht der Orientierungsstufe wird das Thema „Sehsinn“
aufgegriffen, wodurch die Schüler bereits grundlegendes Wissen haben, auf das aufgebaut
werden kann. (Lehrplan RLP, 2014)
Ein weiteres Argument dafür, das Thema Auge in der zweiten Stunde durchzuführen,
ist die Vergleichbarkeit zur Lochkamera mit Linse, die bereits in der ersten Unterrichtsstunde
besprochen wird. Physikalisch gesehen ist die Funktionsweise der Lochkamera mit Linse und
die des Auges in ihren Grundzügen die gleiche. Auf die Funktionsweise wird im Abschnitt
„Physikalische Voraussetzungen für die Unterrichtsstunde“ näher eingegangen. Am Anfang
der zweiten Stunde wird dieser Vergleich aufgegriffen, wodurch ein lückenloser Anschluss an
die erste Stunde möglich ist. Zudem erfahren die Schüler dadurch die praktische Relevanz der
zuvor gelernten Grundlagen.
Insgesamt bietet das Auge ein Thema, welches zum einen eine Relevanz im Alltag
jedes Schülers hat, dem auf der anderen Seite jedoch zahlreiche physikalische Aspekte zu
19
Grunde liegen, weshalb es lohnenswert ist, das Thema im wahrsten Sinne des Wortes näher in
den Blick zu nehmen.
Die Unterrichtsstunde ist insgesamt in drei Themenblöcke unterteilt; im ersten Block
wird der Vergleich zwischen Lochkamera mit Linse und dem Auge, im zweiten die
Akkommodation und im dritten Kurz-und Weitsichtigkeit und die jeweilige Korrektur
thematisiert. Diese Unterteilung lässt sich in den drei Aufgaben auf den Arbeitsblättern
wiederfinden, um den Schülern eine Orientierung in der Stunde zu geben.
Eine psychologische Begründung zum Aufbau der Stunde lässt sich im Abschnitt
„Theorie Psychologie“ finden. Die physikalisch-didaktische Begründung des Aufbaus liegt
darin, dass vom Allgemeinen zum Speziellen gearbeitet wird. Im ersten Block wird, wie
bereits erwähnt, der grundlegende Sehvorgang am menschlichen Auge dargelegt. Aufbauend
darauf thematisiert der zweite Block die Akkommodation, also das Scharfstellen des Auges
beim Betrachten von Gegenständen in unterschiedlichen Entfernungen. Wiederum aufbauend
auf den zweiten wird im dritten Block auf das Zustandekommen von Kurz- und
Weitsichtigkeit und die jeweilige Korrektur eingegangen.
Zur Veranschaulichung der drei genannten Themen werden die jeweiligen
Strahlengänge während der Stunde durch einen Versuchsaufbau mit einer Laser-Ray-Box
dargestellt (siehe Unterrichtsmaterialien und Anhang). Die Laser-Ray-Box bietet sich dabei
besonders gut an, da sie das Licht derart gerichtet aussendet, dass es an der Tafel in Form von
Linien zu sehen ist. Die Darstellung des Sehvorgangs im Strahlenmodell mit Hilfe der LaserRay-Box ist deshalb naheliegend. Zudem lässt sich die Anzahl der Strahlen variieren,
wodurch nur wenige Strahlen zur beispielhaften und übersichtlicheren Darstellung ausgewählt
werden können, in diesem Fall zwei. Des Weiteren kann der Strahlenverlauf durch den
Aufbau vom Gegenstand, durch die Linsen bis zur Netzhaut im Querschnitt betrachtet
werden. Damit bietet sich eine Perspektive, die in der Realität nicht möglich ist, das
Nachvollziehen des Sehvorgangs jedoch wesentlich vereinfacht. Veränderungen des
Strahlengangs durch Einbringen einer optischen Linse beziehungsweise Austauschen der
Linse können direkt erkannt werden, wodurch die Schüler jede „Veränderung am
Sehvorgang“ nachvollziehen können.
Wie beschrieben wird der Versuch als Lehrerversuch an der Tafel durchgeführt, die
Schüler haben keinen aktiven Eingriff auf den Aufbau. Dies lässt sich durch drei Aspekte
begründen. Zum einen nehmen Schülerversuche im Allgemeinen wesentlich mehr Zeit in
Anspruch als Lehrerversuche. Ziel der Unterrichtsreihe ist es jedoch, die wichtigsten Aspekte
20
in kurzer Zeit zusammenzufassen, damit die Durchführung im Unterricht möglich ist, obwohl
für dieses Thema keine expliziten Stunden im Lehrplan vorgesehen sind. Zum anderen fehlen
in den meisten Schulen schlichtweg die Materialien, um eine Durchführung in Einzel- oder
Gruppenarbeit zu realisieren. Des Weiteren muss der Versuch sehr exakt aufgebaut werden,
da kleinste Veränderungen des Abstands oder Winkels der Linsen große Auswirkungen auf
den Verlauf der Strahlen haben. Es kommen dadurch schnell Fehler zu Stande, die durch die
Durchführung des Lehrers vermieden werden sollen.
Zu beachten ist, dass es sich bei dem Versuchsaufbau um eine modelhafte Darstellung
des Sehvorganges handelt. Einige Details, die durch das Auge gegeben sind, wurden dabei
nicht beachtet. So befindet sich beispielsweise hinter der Linse im Auge der sogenannte
Glaskörper, welcher größtenteils aus Wasser besteht. Im Modell wurde dieser nicht beachtet,
zwischen Linse und Netzhaut befindet sich hier nur Luft. In dieser Unterrichtsstunde soll nur
das grundlegende Konzept des Sehvorgangs vermittelt werden, weshalb das Modell auf die
wesentlichen Aspekte beschränkt wurde.
Damit die Durchführung der Unterrichtsstunde beziehungsweise der Unterrichtsreihe
im Allgemeinen möglich ist, werden einige physikalische Grundlagen vorausgesetzt, die
jedoch weiterhin im Lehrplan vorgesehen sind und deshalb nicht in die Unterrichtsreihe mit
aufgenommen wurden. Diese werden im Folgenden vorgestellt.
3.2.3 Physikalische Voraussetzungen für die Unterrichtsstunde
Da
die
Grundlagen
ausschlaggebend
für
die
Planung
und
Durchführung
der
Unterrichtsstunden waren und für das Nachvollziehen der methodischen Vorgehensweise
notwendig sind, werden die wichtigsten Aspekte im Folgenden kurz erläutert. Dabei wird
zunächst auf die geradlinige Lichtausbreitung und optischen Linsen eingegangen, welche
beides Voraussetzungen für die gesamte Unterrichtsreihe sind. Zum Schluss wird die
Funktionsweise einer Lochkamera erklärt. Diese wurde in der ersten Unterrichtsstunde
thematisiert und ist somit keine Voraussetzung für die gesamte Unterrichtsreihe, jedoch für
die zweite Stunde, auf die sich diese Arbeit bezieht.
Für nähere Informationen der physikalischen Inhalte wird auf „Physik für
Wissenschaftler und Ingenieure“ (Tipler, Mosca, 2015) verwiesen.
21
Geradlinige Lichtausbreitung
Physikalisch gesehen ist Licht eine elektromagnetische Welle, in dieser Arbeit wird es jedoch
vereinfacht als „Strahl“ dargestellt. Dass im Folgenden das Strahlenmodell verwendet wird,
hat zwei Gründe: Zum einen reicht diese vereinfachte Darstellung aus, um nahezu alle
physikalischen Alltagsphänomene zu beschreiben, zum anderen wird das Modell in der
Mittelstufe verwendet, für die auch diese Unterrichtsreihe konzipiert wurde. Wichtige
Grundlage für das Verständnis der Inhalte der drei Stunden ist das Wissen darüber, dass sich
Licht immer geradlinig ausbreitet, unabhängig davon, ob es direkt von einer Lichtquelle (zum
Beispiel Glühbirne, Sonne, etc.) kommt, oder zuvor von einem Gegenstand gestreut wurde.
Diese Beobachtung ist immer dann gültig, solange der Lichtstrahl nicht auf ein Medium mit
einer anderen optischen Dichte, wie beispielsweise eine optische Linse, trifft.
Optische Linsen
Trifft Licht auf eine optische Linse, so wird es an deren Oberfläche gebrochen. Brechung
beschreibt die Richtungsänderung der Lichtstrahlen beim Übergang von einem Medium in ein
anderes. Fällt Licht vom optischen dünneren ins optisch dichtere Medium, wird es zum
Einfallslot hin gebrochen. Ist der Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere
Medium, so wird das Licht vom Lot weggebrochen. Das Lot steht dabei immer senkrecht auf
der Grenzfläche.
Im Folgenden wird immer davon ausgegangen, dass die Linse das optisch dichtere
Medium und die Umgebung das optische dünnere Medium darstellt, da es so auch im Auge
und somit im Versuchsaufbau der Fall ist. Grundsätzlich wird zwischen Sammellinsen
(konvexe Linsen) und Streulinsen (konkave Linsen) unterschieden.
In Abbildung 3.1a wird die Lichtbrechung parallel verlaufender Lichtstrahlen an einer
Sammellinse dargestellt. Sammellinsen haben die Eigenschaft, alle parallel einfallenden
Lichtstrahlen in einem Punkt auf der Brennebene zu bündeln.
22
Optische Achse
F
Abbildung 3.1a: Lichtbrechung an einer Sammellinse
Verlaufen die einfallenden Strahlen zusätzlich parallel zur optischen Achse, so werden sie im
spezifischen Brennpunkt (mit F gekennzeichnet) der Linse gebündelt, wie in Abbildung 3.1b
zu sehen ist.
Optische Achse
F
Abbildung 3.1b: Lichtbrechung an einer Sammellinse
Verlaufen die Lichtstrahlen nicht parallel, sondern gehen von einem Gegenstandspunkt aus,
so wie in Abbildung 3.1c zu sehen ist, werden Lichtstrahlen ebenfalls in einem Punkt hinter
der Sammellinse gebündelt.
Abbildung 3.1c: Lichtbrechung an einer Sammellinse
23
Fallen parallel zueinander verlaufende Lichtstrahlen auf eine Streulinse, so werden diese, wie
in Abbildung 3.2 zu sehen ist, fächerartig nach außen gebrochen.
Optische Achse
Abbildung 3.2: Lichtbrechung an einer Streulinse
Bei allen Linsen kann der Lichtweg in beide Richtungen betrachtet werden.
Lochkamera
Abbildung 3.3: Lochkamera (Grasemann & Straub, 2016 )
In der ersten Stunde der Unterrichtsreihe wurde die Lochkamera thematisiert, welche
Grundlage für die Durchführung der zweiten Stunde ist. Sie ist eine Apparatur, mit der
optische Abbildungen betrachtet werden können.
Wie in Abbildung 3.3 zu erkennen ist, besteht die im Unterricht verwendete
Lochkamera aus zwei ineinander gesteckten Pappröhren. Auf das hintere Ende der inneren
24
Röhre ist Transparentpapier gespannt, auf dem die optische Abbildung zu sehen ist. Auf das
hintere Ende der äußeren Röhre können drei verschiedene Deckel aufgesetzt werden, ein
Deckel mit einem kleinen Loch, ein Deckel mit einem etwas größeren Loch und ein Deckel
mit einer eingebauten Sammellinse.
Fällt nun Licht auf den zu betrachtenden Gegenstand, wird dieses in alle Richtungen
gestreut. Ein Teil des Lichtes fällt somit auch durch das kleine Loch der Lochkamera auf den
Schirm (Transparentpapier). Da das Loch idealisiert als infinitesimal klein angenommen wird,
gelangt von jedem Gegenstandspunkt ausgehend nur ein Strahl zum Schirm, wo es
anschließend gestreut und so für den Betrachter sichtbar wird. Licht, das von einem Punkt des
Gegenstandes ausgeht, dem sogenannten Gegenstandspunkt, wird also auf dem Schirm in
genau einem Punkt, dem sogenannten Bildpunkt, abgebildet. Da an jedem Gegenstandspunkt
Licht gestreut wird, kann jedem Gegenstandspunkt ein zugehöriger Bildpunkt auf dem Schirm
zugeordnet werden. Alle Bildpunkte zusammen ergeben die optische Abbildung des
Gegenstandes. Diese erscheint auf den Kopf gedreht und Rechts-links-vertauscht.
Wird nun der Deckel mit dem etwas größeren Loch auf die Kamera gesetzt, so
gelangen mehr Lichtstrahlen, die von einem Gegenstandspunkt ausgehen, zum Schirm. Durch
die Ausdehnung des Loches wird der Gegenstandspunkt nicht mehr auf genau einen
Bildpunkt abgebildet, sondern auf einer kleinen Fläche mit geringer Ausdehnung. Dies gilt für
alle Gegenstandspunkte und hat zur Folge, dass das Bild unscharf zu sehen ist. Gleichzeitig
erscheint die Abbildung jedoch heller, da insgesamt mehr Licht auf den Schirm auftrifft.
Durch die Änderung der Größe des Loches im Deckel ist also entweder ein dunkles aber
scharfes (kleines Loch) oder ein helles aber unscharfes Abbild (großes Loch) erkennbar.
Das Verständnis über die Auswirkungen der verschiedenen Lochgrößen im Deckel ist
für die zweite Stunde dahingehend relevant, dass dadurch die Voraussetzungen einer scharfen
beziehungsweise unscharfen Abbildung auf der Netzhaut erklärt werden können. Ein
Gegenstand
wird
nur
dann
scharf
wahrgenommen,
wenn
die
Strahlen
eines
Gegenstandpunktes auf genau einem Bildpunkt auf der Netzhaut zusammentreffen. Das ist
annäherungsweise beim kleinen Loch, jedoch nicht beim großen der Fall.
Um sowohl ein helles als auch scharfes Bild zu erhalten, wird der dritte Deckel mit
einer eingebauten Sammellinse auf die Lochkamera aufgesetzt. Das Loch, in welches die
Linse eingesetzt ist, ist dabei wesentlich größer als die vorherigen, sodass deutlich mehr Licht
auf den Schirm auftrifft; das Bild erscheint heller. Gleichzeitig werden die Lichtstrahlen
25
durch die Sammellinse so gebrochen, dass sie auf einem Punkt auf dem Schirm abgebildet
werden, wodurch der Gegenstand zudem scharf abgebildet wird.
Die drei vorgestellten physikalischen Prinzipien sind Voraussetzung für die
Durchführung der Unterrichtsreihe und müssen deshalb vorher im Unterricht besprochen
werden.
4 Methoden
4.1 Stichprobe und Design
4.1.1 Stichprobe
Klasse Größe
Fremde
Ort
Land
Schulform
Lehrer
Vor-
Mutter-
kenntnisse
sprache
Linsen
7a
20
12
8
0
Mainz
RLP
Gymnasium
7b
21
12
9
7
Kriftel
HE
Gesamtschule selber
7c
23
15
8
0
7d
28
15
13
16
Rüssels-
7f
24
15
9
11
heim
HE
-
G-Klasse
Lehrer
Gymnasium
selber
ja
nein
Lehrer
Tabelle 4.1: Überblick über die Klassenzusammensetzung
Bei der Probandengruppe handelt es sich um fünf gemischtgeschlechtliche 7. Klassen aus
Hessen und Rheinland-Pfalz mit insgesamt 116 Schülern. Tabelle 1 ist zu entnehmen, wie
sich die Klassen zusammensetzten.
Die Klasse an einem christlichen Ganztagsgymnasium in Mainz (RLP) besteht aus 20
Schülern, von denen nach Wissen des Lehrers niemand eine Fremdsprache als Muttersprache
hat. Brechung von Licht an Linsen wurde bereits vor der Unterrichtsreihe behandelt.
Zwei Klassen kommen von einer Gesamtschule in Kriftel (HE), wobei es sich dabei
um Gymnasialklassen handelt. Eine davon umfasst 21 Schüler, wovon nach Wissen des
Lehrers vermutlich sieben eine Fremdsprache als Muttersprache haben. Die andere Klasse
umfasst 23 Schüler, welche vermutlich alle Deutsch als Muttersprache haben. Beide Klassen
26
werden vom selben Lehrer unterrichtet und haben die Brechung von Licht an Linsen ebenfalls
vor der Unterrichtsreihe behandelt. Ebenfalls ist anzumerken, dass diese Klassen die
Funktionsweise des menschlichen Auges zuvor bereits im Biologieunterricht angesprochen
haben.
Zwei weitere Klassen eines allgemeinbildenden Gymnasiums in Rüsselsheim (HE) werden
ebenfalls von derselben Lehrperson unterrichtet und haben das Thema der Lichtbrechung an
Linsen bereits im Unterricht behandelt. Die eine Klasse besteht aus 28 Schülern, von denen
16 nicht Deutsch als Muttersprache haben, von den 24 Schülern der anderen Klasse sind es
11.
4.1.2 Design
Jede der fünf Klassen wird während der gesamten Zeit von der jeweils gleichen Lehrperson
unterrichtet. In der letzten Physikstunde vor der Unterrichtsreihe bekommen die Klassen
zunächst einen kurzen Überblick über die Inhalte der folgenden drei Schulstunden.
Anschließend erhalten alle Schüler einen psychologischen Fragebogen (FAM, siehe Anhang),
in dem sie sich selbst im Bezug auf die folgenden Stunden einschätzen sollen. Das Wort
„Test“ wird in diesem Zusammenhang bewusst vermieden und auch für den nachfolgenden
physikalischen Vorwissenstest (siehe Anhang) das Wort „Fragebogen“ verwendet. Dieser
umfasst einige Fragen zum physikalischen Allgemeinwissen der Schüler und dem
vorangegangenen Unterricht. Den Schülern wird mitgeteilt, dass die Fragebögen nur von der
Bachelorarbeitsgruppe eingesehen werden, jedoch nicht von ihren Lehrern. Bei sämtlichen
Blättern, die die Schüler bekommen, unabhängig von der Unterrichtsstunde, ist darauf
hinzuweisen, dass der Kopf mit einem persönlichen Code ausgefüllt wird, um die Materialien
eines Schülers zweifelsfrei einander zuordnen zu können und gleichzeitig zu anonymisieren.
In allen drei Unterrichtsstunden wird jede Klasse in eine Versuchs- und eine
Kontrollgruppe eingeteilt. Dabei ist zu beachten, dass die Gruppen etwa gleichgroß sind und
die Einteilung in jeder Stunde anders erfolgt (beispielsweise räumlich einmal quer, einmal
längs, einmal abwechselnd nach Sitzbänken geteilt). So kann trotz der relativ geringen Anzahl
an Klassen ein möglichst allgemeingültiges und valides Ergebnis erzielt werden.
In der ersten der drei Unterrichtsstunden wird die Entstehung optischer Abbildungen
anhand einer Präsentation mit Lehrervortrag sowie der Bearbeitung eines Arbeitsblattes und
27
dem Experimentieren mit der Lochkamera untersucht. Dabei erhält die Versuchsgruppe nach
jeder bearbeiteten Aufgabe ein direktes Feedback in Form von Lösungskärtchen, die
Kontrollgruppe erhält das Feedback erst am Ende der Stunde gesammelt auf einem
Lösungsblatt. Nähere Informationen hierzu sind der Bachelorarbeit von Grasemann und
Straub zu entnehmen (Grasemann & Straub, 2016).
In der zweiten Stunde werden die gelegten Grundlagen am Beispiel des menschlichen
Auges vertieft. Hierzu erhält die Klasse Arbeitsblätter (siehe Anhang), wobei die Blätter der
Versuchsgruppe zusätzlich zu den eigentlichen Aufgaben explizite Zielvorgaben enthalten.
Diese werden jeweils am Anfang und am Ende des Blattes zusammengefasst und zusätzlich
vor jedem Themenblock genannt. Die Kontrollgruppe hingegen bekommt nur die reinen
Aufgaben. Damit lediglich die Versuchsgruppe die Zielvorgaben erhalten, dürfen diese
während der Stunde nicht von der Lehrperson ausgesprochen werden. Den Schülern ist
während der Stunde nicht bewusst, dass sie unterschiedliches Material benutzen.
Nach einer kurzen Nennung des Unterrichtsthemas („In der letzten Stunde habt ihr mit
der Lochkamera experimentiert, heute sehen wir, was das mit dem menschlichen Auge zu tun
hat“) erhalten die Schüler die Arbeitsblätter. Nach der Bearbeitung der ersten Aufgabe (1a)
werden die Ergebnisse im Plenum besprochen, ein Merksatz auf den Tageslichtprojektor
aufgelegt, vom Lehrer vorgelesen und von den Schülern auf das erste Blatt übertragen. Im
Anschluss erfolgt die Bearbeitung der nächsten Aufgabe (1b), deren Ergebnisse mit Hilfe
einer Folie in Form einer Tabelle gesammelt werden.
Nun soll der kurze Infotext unter der Aufgabe gelesen werden, bei der Versuchsgruppe
stehen hier zusätzlich die Zielvorgaben des nächsten Aufgabenblocks. Währenddessen
bereitet die Lehrkraft einen Aufbau an der Tafel vor, der den Strahlengang am menschlichen
Auge mittels Laser-Ray-Box, Augenvordruck und magnetischer Linsen verdeutlicht (siehe
Anhang). Dieser zeigt auf, dass bei Änderungen des Abstandes zwischen Auge und
Gegenstand die Krümmung der Linse verändert werden muss, um ein scharfes Bild zu
erhalten. Hierzu wird der Augenvordruck samt Linse vom „Gegenstand“ (siehe Material)
weggezogen und die Klasse zu der Problematik befragt. Kommen die Schüler nicht selbst
darauf, dass eine andere Linsenkrümmung notwendig ist, so gibt die Lehrkraft die Lösung
durch Austauschen der Linse vor. Eine Folie mit Bildern zur Fokussierung auf jeweils einen
fernen und einen nahen Gegenstand (siehe Anhang) verdeutlicht die Funktionsweise der
Akkommodation. Die Ergebnisse werden in Form eines Lückentextes gesichert und im
Plenum verglichen.
28
Anschließend folgt erneut ein kurzer Text mit Zusatzinformationen, dem in der
Versuchsgruppe die Zielvorgaben nachgestellt sind. Während die Schüler diesen lesen,
tauscht die Lehrkraft an der Tafel das Bild des Auges ohne Fehlsichtigkeit gegen das Bild des
kurzsichtigen Auges aus. Die Klasse soll beschreiben, was sie sieht und wie man die
Fehlsichtigkeit korrigieren kann. Die Korrektur durch die Brille wird durch Anbringen einer
weiteren Linse (Bikonkavlinse) an die Tafel simuliert. Anschließend wird das Bild durch das
eines weitsichtigen Auges ausgetauscht und analog besprochen. Die Ergebnisse werden in der
dritten Aufgabenstellung festgehalten. Treten dabei Probleme auf, kann hierbei eine Folie mit
den Strahlengängen zur Unterstützung aufgelegt werden. Auf den Arbeitsblättern der
Versuchsgruppe folgt unter der Aufgabe abschließend noch eine Zusammenfassung der
Lernziele der gesamten Stunde.
In der dritten Stunde erarbeitet sich die Klasse anhand eines Lehrerexperiments und
zwei Arbeitsblättern das Prinzip der virtuellen Bilder und der Lupe. Bei der Versuchsgruppe
ist die Lösung der Aufgabe schon vorgegeben und soll nur noch mit eigenen Worten
beschrieben werden, die Kontrollgruppe zeichnet die entsprechenden Strahlengänge
selbstständig ein. Diese Thematik wird in der Bachelorarbeit von Froschhäuser vorgestellt
(Froschhäuser, 2016).
In der darauffolgenden Stunde folgt die Durchführung des Post-Tests. Dabei wird
zuerst der psychologische Teil, anschließend der physikalische bearbeitet.
Nach den anschließenden Weihnachtsferien wird unangemeldet erneut ein
physikalischer Fragebogen bearbeitet, um die Nachhaltigkeit der Unterrichtsreihe zu prüfen.
Alle Fragebögen sind im Anhang zu finden.
29
4.2 Lernmaterial
Die Studie basiert zum einen auf den für den Physikunterricht benötigten Materialien, zum
andern auf insgesamt drei verschiedenen Tests, die sowohl physikalische als auch
psychologische Aspekte beinhalten.
4.2.1 Materialien für den Unterricht
Im Folgenden sind alle Materialien beschrieben, die zur Durchführung der zweiten
Schulstunde benötigt wurden. Dazu gehören alle Arbeitsblätter, die Overheadfolien zur
Korrektur der Aufgaben und alle Bauelemente, die zum Aufbau des Versuchs notwendig sind.
Versuchsaufbau
In der zweiten Unterrichtsstunde werden verschiedene Strahlengänge am menschlichen Auge
besprochen. Diese werden zur Veranschaulichung durch einen Versuchsaufbau an der Tafel
visualisiert. Dafür benötigt werden eine Laser-Ray-Box, schematische Bilder drei
verschiedener Augen (auf Din A3 gedruckt, siehe Anhang), ein Auge mit Kurzsichtigkeit,
eins mit Weitsichtigkeit und eins ohne Fehlsichtigkeit, ein Karton, vier Sammel- und einer
Streulinse mit unterschiedlicher Brechkraft, und ein Haus, das exemplarisch als betrachteter
Gegenstand fungiert. Alle Elemente sind mit Magnetstreifen versehen und können dadurch an
der Tafel befestigt werden. Der Versuchsaufbau wird durch Austauschen der Augenbilder,
Veränderung bzw. Kombination der Linsen und Variation der Abstände zwischen den
Bauteilen während des Unterrichts mehrmals verändert. Der genaue Aufbau beziehungsweise
die Veränderungen während der Stunde sind im Anhang zu finden.
30
Arbeitsblätter
In Anlehnung an die Unterrichtsstunde sind auch die Arbeitsblätter in drei Aufgaben, eine zu
jedem Themenblock der Stunde, unterteilt. Die erste Aufgabe stellte die Verknüpfung zur
ersten Stunde der Unterrichtsreihe dar, in der die Lochkamera mit Linse thematisiert wird.
Diese wird am Anfang der zweiten Stunde durch einen Vergleich mit dem menschlichen
Auge erneut aufgegriffen. In der zweiten Aufgabe wird die Akkommodation, also die
natürlichen Scharfstellung eines Gegenstandes durch das menschliche Auge, thematisiert. Die
letzte Aufgabe befasste sich mit dem Zustandekommen von Kurz- und Weitsichtigkeit und
der jeweiligen Korrektur. Alle Arbeitsblätter sind im Anhang zu finden. Die Korrektur der
Aufgaben erfolgte über die verschiedenen Overheadfolien.
Unterteilung in Versuchs- und Kontrollgruppe
Während der Unterrichtsstunde wurden die Schüler, ohne es zu wissen, in eine Versuchs- und
eine Kontrollgruppe unterteilt. Die Einteilung erfolgte über die Arbeitsblätter und war für die
Überprüfung der psychologischen Fragestellung, unter deren Berücksichtigung der Unterricht
gehalten wurde, notwendig. Um die Auswirkungen von expliziten und impliziten
Zielvorgaben zu untersuchen, bekam ein Teil der Schüler die Lernziele der Unterrichtsstunde
genannt, der andere Teil nicht. Durch das Nichtwissen über die Einteilung wurde verhindert,
dass die Lernziele von der Versuchsgruppe an die Kontrollgruppe weitergegeben wurden. Da
beide Gruppen gemeinsam unterrichtet wurden, konnte die Vorgabe lediglich schriftlich über
die Arbeitsblätter erfolgen.
Dazu wurden zum einen am Anfang und am Ende des Arbeitsblattes alle Lernziele
zusammengefasst, zum anderen wurden die jeweiligen Ziele einer Aufgabe vor deren
Bearbeitung erneut aufgegriffen. Um sicher zu gehen, dass alle Schüler der Versuchsgruppe
die Zielvorgaben lesen, ohne dass dies explizit erwähnt wurde, wurde unter jeder Aufgabe
beider Gruppen eine Zusatzinformation gedruckt. Bei der Versuchsgruppe stand im Anschluss
an diese Information zusätzlich die Zielvorgabe. Im Unterricht wurden alle Schüler nach dem
Vergleichen der jeweiligen Aufgabe durch die Lehrkraft darauf hingewiesen, den kurzen Text
zu lesen. Auf diese Weise erhielten alle Schüler der Versuchsgruppe die Zielvorgaben, ohne
dass diese genannt werde mussten.
31
Um die Arbeitsblätter beziehungsweise die Tests eines Schülers einander zuordnen zu
können, wurde auf jedem Blatt ein Code ausgefüllt, der sich aus verschiedenen persönlichen
Merkmalen zusammensetzte. Die Zuordnung war dahingehend wichtig, dass für die
Auswertung im Nachhinein nachvollzogen werden musste, welche Tests von Schülern der
Versuchs- beziehungsweise Kontrollgruppe ausgefüllt wurden. Gleichzeitig diente er der
Anonymisierung der Materialien.
4.2.2 Verwendete Tests
Neben den Materialien für die Unterrichtsstunde wurden für die Durchführung der Studie drei
verschiedene Tests verwendet. Diese wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt
und waren für die Auswertung der Hypothesen von Bedeutung.
Prä-Test
Vor der ersten Stunde der Unterrichtsreihe wurde der Prä-Test, der sich aus einem
psychologischen und einem physikalischen Teil zusammensetzt, durchgeführt.
Für den psychologischen Teil des Testes wurde der „Fragebogen zur aktuellen
Motivation“ (FAM)
herangezogen,
der
die
vier
Aspekte
Misserfolgsbefürchtung,
Erfolgswahrscheinlichkeit, Interesse und Herausforderung überprüft. In der vorliegenden
Studie
wurden
jedoch
Misserfolgsbefürchtung
nur
die
beachtet.
Items
Die
zur
Items
Erfolgswahrscheinlichkeit
zum
Interesse
und
zur
beziehungsweise
zur
Herausforderung wurden im Prä-Test ausgelassen, da eine Veränderung über den kurzen
Zeitraum von drei Schulstunden hier nicht zu erwarten war. Von den insgesamt 18 Items des
FAM wurden somit letztendlich 9 in den Prä-Test aufgenommen, vier Items zur
Erfolgswahrscheinlichkeit und fünf zur Misserfolgsbefürchtung. Bei der Beantwortung der
Items konnte jeweils zwischen fünf verschiedenen Abstufungen (trifft nicht zu, trifft eher
nicht zu, trifft teils/teils zu, trifft fast zu, trifft völlig zu) gewählt werden.
32
Die zweite Hälfte des Prä-Tests stellt ein selbst konzipierter Test zur Überprüfung des
physikalischen Vorwissens dar. Dieser setzt sich aus insgesamt 6 Items zusammen, zwei
Fragen zur geradlinigen Lichtausbreitung, einmal in Bezug auf den Sehvorgang und einmal in
Bezug auf Schattenbildung, zwei Fragen zur Brechung an Oberflächen beziehungsweise
optischen Linsen und zwei Fragen zur Reflexion am Spiegel. Der Test diente der Überprüfung
des Wissens der Schüler vor Beginn der Unterrichtsreihe. Durch einen Vergleich mit weiteren
Tests, die zu späteren Zeitpunkten durchgeführt wurden, konnte so der Wissenszuwachs
ermittelt werden.
Alle Aufgaben wurden als geschlossene Aufgaben gestellt, ein Großteil von ihnen
(vier
der
sechs
Items)
als
Single-choice-Aufgaben,
die
anderen
beiden
als
Ergänzungsaufgaben. Bei den Multiple-Choice-Aufgaben gibt es jeweils eine richtige
Antwort und drei Distraktoren. Die genannten Aufgabentypen wurden zum einen gewählt,
weil sie schnell zu beantworten sind und für die Bearbeitung der Tests jeweils nur eine
Schulstunde zur Verfügung stand. Zum anderen lassen sie keinen Raum für Interpretationen,
weshalb eine eindeutige und von der kontrollierenden Person unabhängige Auswertung
möglich war. Gleichzeitig ergibt sich durch die Vorgabe der Antwortmöglichkeiten jedoch
eine relativ hohe Ratewahrscheinlichkeit, welche in der Auswertung berücksichtigt wurde
(Häußler, 1998).
Post-Test
Direkt im Anschluss an die dritte Stunde der Unterrichtsreihe wurde der Post-Test
durchgeführt, der sich genau wie der Prä-Test aus einem psychologischen und einem
physikalischen Teil zusammensetzt.
Durch den psychologischen Test wurde die Motivation der Schüler auf die
vorangegangene Unterrichtsreihe überprüft. Er umfasst 15 Items, die den drei Aspekten
„Beschäftigung mit dem Unterrichtsthema außerhalb der Schule“, „Einschätzung des
persönlichen Nutzens“ und „Beurteilung des Unterrichtklimas“ zugeordnet werden können
(Häußler et al, S.112). Die Einschätzung erfolgte über dieselbe fünfstufige Skala wie bereits
im Prä-Test.
33
Die zweite Hälfte des Post-Tests besteht wieder aus einem physikalischen Teil,
welcher sich auf die Inhalte der Unterrichtsstunden bezieht. Von den insgesamt 20 Items
lassen sich 6 Items allgemeinen Inhalten, jeweils 5 Items den Inhalten der zweiten und dritten
Stunde und 4 weitere Items der ersten Stunde zuordnen. Die Items zu den Unterrichtsstunden
setzten sich jeweils aus 2 Wissens-, 2 Anwendungs- und einer Transferaufgabe zusammen.
Die fehlende Aufgabe zur ersten Stunde ist den Transferaufgaben zuzuordnen. Die Fragen des
Prä-Tests wurden in variierter Form in den Post-Test aufgenommen. Bei den Items handelt es
sich um Single-choice- und Multiple-choice-Aufgaben sowie Zuordnungsaufgaben und
sowohl schriftliche als auch grafische Ergänzungsaufgaben. Bei den Single-Choice- und
Multiple-Choice-Aufgaben wurde die Anzahl der anzukreuzenden Lösungen jeweils
angegeben.
Follow-up
Nach den Weihnachtsferien wurde das Follow-up durchgeführt, das die Nachhaltigkeit des
durch die Unterrichtsreihe erworbenen physikalischen Wissens feststellte. Dieses bestand
dementsprechend nur noch aus einem physikalischen Teil und setzte sich aus den 20 gleichen
Fragen wie der Post-Test zusammen, die lediglich in ihrer Reihenfolge und teilweise ein
wenig in der Formulierung verändert wurden.
4.3 Ablauf der Studie
Der Versuchsablauf umfasst insgesamt sechs Schulstunden pro Klasse, drei Stunden, in denen
die Tests durchgeführt wurden und drei Stunden, in denen unterrichtet wurde.
Die jeweiligen Fachlehrer kündigten bereits im Voraus an, dass die nächsten Stunden
von Studenten gehalten werden, teilweise auch, dass verschiedene Fragebögen ausgeteilt
werden.
Jedem Studenten wurde eine Klasse zugeteilt, mit der er die Unterrichtsreihe und die
Tests durchführte. Der jeweilige Physiklehrer der Klasse sowie ein weiterer Studierender
beobachteten den Ablauf. Zu Beginn der ersten Stunde stellte sich jeder Student seiner Klasse
vor und erklärte kurz, dass die Unterrichtsreihe zum Thema der optischen Abbildungen im
34
Rahmen einer Bachelorarbeit entworfen wurde. Um den Fokus auf die physikalischen Inhalte
zu lenken und die Schüler in ihrem Handeln nicht zu beeinflussen, wurde nicht erwähnt, dass
die Bachelorarbeit im Fach Psychologie geschrieben wird.
Nachdem die fachlichen Inhalte und der Ablauf der Unterrichtsreihe kurz vorgestellt
wurden, erfolgte die Durchführung des Prä-Tests. Es wurde stets darauf geachtet, dass vor der
Klasse nicht das Wort „Test“, sondern das Wort „Fragebogen“ verwendet wurde, da ein Test
immer eine Beurteilung oder Bewertung impliziert. Dies war vor allem in Bezug auf den
psychologischen Teil zu vermeiden, da diese Fragen der eigenen Einschätzung dienten, es
also keine richtige oder falsche Antwort gab. Anschließend wurde die Klasse darüber in
Kenntnis gesetzt, dass die Tests keinerlei Auswirkungen auf die Noten haben und die Lehrer
diese nicht zu Gesicht bekommen werden. Des Weiteren waren alle Materialien mit einem
Code statt mit Namen versehen, um die Anonymität der Schüler zu wahren. Die Bearbeitung
der Tests erfolgte ohne zeitliches Limit, der physikalische Teil wurde jedoch erst nach dem
Bearbeiten und Einsammeln der psychologischen Fragen ausgeteilt, um die Lernenden bei der
Einschätzung der eigenen Motivation durch die physikalischen Inhalte nicht zu beeinflussen.
Die nächste Physikstunde stellte die erste Stunde der Unterrichtsreihe dar, nähere
Informationen hierzu sind der Arbeit von Grasemann und Straub zu entnehmen (Grasemann
& Straub, 2016).
Vor Beginn der zweiten Stunde wurde der Versuchsaufbau vorbereitet, eine
detaillierte Anleitung hierzu befindet sich im Anhang. Nach einer kurzen Vorstellung des
Themas wurden die Arbeitsblätter an die Schüler ausgeteilt. Durch die Zuordnung der beiden
Versionen (mit beziehungsweise ohne explizite Zielvorgabe) erfolgte die Einteilung in die
Versuchs- beziehungsweise Kontrollgruppe. Bei der Einteilung wurde auf zwei Aspekte
geachtet. Zum einen war es wichtig, dass die Gruppen räumlich so eingeteilt wurden, dass die
Schüler der Kontrollgruppe die Arbeitsblätter der Versuchsgruppe und somit die Zielvorgaben
nicht sehen konnten. Zum anderen wurde beachtet, dass die Einteilung bei jeder der drei
Stunden anders erfolgte, beispielsweise einmal in eine rechte und linke Hälfte, einmal in
vorne und hinten und einmal diagonal. Dies war erforderlich, da in den anderen beiden
Stunden der Lernerfolg beziehungsweise die Motivation in Bezug auf andere unabhängige
Variablen überprüft wurden. Durch die veränderte Aufteilung konnten die Ergebnisse der
Nachtests auf eine unabhängige Variable zurückgeführt werden.
35
Die Unterrichtsstunde besteht aus drei großen Blöcken, die sich thematisch
voneinander abgrenzen lassen (siehe Material). Die Einteilung dient zum einen der
Strukturierung der Stunde, zum anderen wurden vor jedem Abschnitt die jeweils folgenden
Zielvorgaben dargelegt. Während der Unterrichtsstunde wurde der Versuchsaufbau einige
Male verändert. Die einzelnen Schritte werden im Folgenden durch die Zahlen in Klammern
den entsprechenden Abbildungen im Anhang zugeordnet.
Zu Beginn der Stunde bearbeiteten die Schüler die erste Aufgabe des Arbeitsblattes,
welche daraufhin im Plenum besprochen wurde. Anschließend wurde der Strahlengang am
Auge ohne Fehlsichtigkeit durch den Versuchsaufbau verdeutlicht (2), wobei die Betonung
darauf lag, dass ein Gegenstand dann scharf auf der Netzhaut abgebildet wird, wenn die vom
Gegenstand gestreuten Strahlen auf dieser zusammentreffen. Mit der Fragestellung, wieso wir
einen Gegenstand auch dann scharf sehen können, wenn wir uns einige Schritte von ihm
entfernen (gleichzeitig wurde das Bild des Auges mit der Linse im Versuchsaufbau vom
Gegenstand weggezogen, sodass sich die beiden Strahlen nun vor der Netzhaut trafen, der
Gegenstand wurde in diesem Fall also nicht mehr scharf abgebildet), wurde der zweite
Themenblock der Stunde eingeleitet (3). Die Lösung zur Fragestellung wurde durch die
zweite Aufgabe des Blattes erarbeitet und anschließend sowohl durch Veränderung des
Versuchsaufbaus (4), als auch am Overheadprojektor besprochen.
Durch den Austausch der Augenbilder (das Bild des Auges ohne Fehlsichtigkeit wurde
durch das das Bild des Auges mit Kurzsichtigkeit ausgetauscht) wurde der dritte
Themenblock eingeleitet. Über die letzte Aufgabe des Arbeitsblattes sowie Veränderungen
am
Versuchsaufbau
erarbeiteten
die
Schüler
das
Zustandekommen
von
Kurz-
beziehungsweise Weitsichtigkeit (5, 7) sowie die jeweils notwendigen Korrekturen (6, 8). Zu
erwähnen ist, dass die Schüler nach jeder Aufgabe dazu aufgefordert wurden eine auf die
Arbeitsblätter gedruckte Zusatzinformation zu lesen, bei der Versuchsgruppe wurde diese
durch die Zielvorgabe ergänzt. Auf diese Weise wurde sichergestellt, dass die
Versuchsgruppe die Zielvorgabe erfuhr, ohne dass diese von der Lehrperson genannt werden
mussten (siehe Material). Um die Arbeitsblätter auswerten zu können wurden sie am Ende der
Stunde eingesammelt und kopiert, in der darauffolgenden Stunde aber wieder an die Schüler
ausgehändigt.
Ein detaillierter Verlaufsplan der Stunde ist dem Anhang zu entnehmen.
36
Die dritte und letzte Stunde der Unterrichtsreihe beschäftigte sich mit der
Fragestellung, wie sich die Vergabe von gelösten Aufgaben auf das physikalische Verständnis
und die Motivation der Schüler auswirkt. Überprüft wurde dies am Beispiel der virtuellen
Bilder, nähere Informationen sind der Bachelorarbeit von Froschhäuser zu entnehmen
(Froschhäuser, 2016).
Im Anschluss an die letzte Unterrichtsstunde wurde in allen Klassen der Post-Test
durchgeführt.
Im Anschluss an die letzte Unterrichtsstunde wurde der Post-Test durchgeführt. Wie
bereits beim Prä-Test wurde dabei zuerst der psychologische und anschließend der
physikalische Teil bearbeitet, wieder wurde dabei kein zeitliches Limit gesetzt. Die Schüler
wurden vor dem Bearbeiten daran erinnert, dass die Tests nicht bewertet und den Lehrern
nicht gezeigt werden. Zudem wurde wieder darauf geachtet, das Wort „Fragebogen“ statt
„Test“ zu verwenden.
Nach den Weihnachtsferien wurde unangekündigt, unter den gleichen Bedingungen
wie der Post-Test, das Follow-up durchgeführt. Je nach Klasse lagen zwischen den beiden
Tests zwischen 22 und 29 Tagen.
4.3.1 Besonderheiten
Durch ein Missverständnis in der Absprache mit einer Lehrperson wurden in zwei
Schulklassen die optischen Linsen nicht im Unterricht besprochen, obwohl das Verständnis
über sie für die Unterrichtsreihe eigentlich vorausgesetzt wurde. Vor Beginn der zweiten
Unterrichtsstunde wurde in diesen Klassen deshalb kurz erklärt, wie die Lichtbrechung an
Streu- bzw. Sammellinsen erfolgt. In der dritten Unterrichtsstunde wurden zudem die Begriffe
„Mittelpunktstrahl“, „Brennpunktstrahl“ und „Parallelstrahl“ eingeführt. Ein Arbeitsblatt mit
den wichtigsten Informationen wurde zu Beginn der dritten Stunde an die Schüler
ausgehändigt. Da die optischen Linsen in der zweiten Unterrichtsstunde ein zentrales Thema
darstellten, hatten die Klassen, die diese nicht zuvor im Unterricht thematisierten beim
Bearbeiten der Aufgaben mehr Schwierigkeiten als die Schüler, denen die physikalischen
Eigenschaften der Linsen bekannt waren. Besonders große Probleme gab es dabei bei der
Separation der Begriffe „brechen“ und „reflektieren“. Es musste häufig darauf hingewiesen
werden, dass die Lichtstrahlen an einem Spiegel reflektiert, an einer Linse jedoch
37
(größtenteils) gebrochen werden. Die Durchführung der Unterrichtsreihe in den beiden
Klassen bestätigte, dass die Kenntnis über die optischen Linsen für die Unterrichtsstunde bzw.
die Reihe im Allgemeinen zwingend notwendig sind.
5 Ergebnisse
5.1 Bewertungsschema
Versuchsgruppe bezeichnet hier die Schüler, die auf ihren Arbeitsblättern explizite
Zielformulierungen in schriftlicher Form erhielten; die Schüler der Kontrollgruppe erhielten
diese nicht. Alle Aufgaben wurden gleich gewichtet, das heißt in jeder Aufgabe konnte
maximal 1 Punkt erreicht werden. Die Punkteverteilung ergibt sich dabei wie folgt:
Single-choice-Aufgaben (Prä-Test 1, 4, 6; Post-Test 6, 12, 15; Follow-up 5, 10, 13): 1
Punkt für ausschließlich die korrekte Antwort, ansonsten 0 Punkte.
Multiple-choice-Aufgaben (Post-Test 10, 20 (leider nicht eindeutig beschrieben,
weswegen viele Schüler nur eine Antwort ankreuzten, siehe Anhang); Follow-up 8, 16): 1
Punkt für ausschließlich die beiden korrekten Antworten, 0.5 Punkte für ausschließlich
eine korrekte Antwort, ansonsten jeweils 0 Punkte.
Lückentext/Begriffszuordnung (Post-Test 3, 4; Follow-up 2, 6): 1/3 Teilpunkt pro
richtiger Antwort, auf 1 aufgerechnet.
Graphische Ergänzungsaufgaben (Prä-Test 2, 5; Post-Test 11, 13; Follow-up 9, 12): 1
Punkt für eine korrekte Lösung, 0.5 Punkte für eine zum Teil korrekte Lösung, ansonsten
0 Punkte.
38
5.2 Gütekriterien
Damit ein Test oder Fragebogen im wissenschaftlichen Sinne als gültig angesehen werden
kann, müssen die drei Hauptgütekriterien Objektivität, Reliabilität und Validität erfüllt sein.
In dieser Arbeit wird lediglich vorgestellt, wie die Gütekriterien in der zweiten
Unterrichtsstunde sowie in den Stunden, in denen die verschiedenen Tests durchgeführt
wurden, sichergestellt wurden.
5.2.1 Objektivität
„Ein Test in dann objektiv, wenn er dasjenige Merkmal, das er misst, unabhängig von
Testleiter und Testauswerter misst. Außerdem müssen klare und anwenderunabhängige
Regeln für die Ergebnisinterpretation vorliegen“ (Moosbrugger, 2012). Die Objektivität lässt
sich
dabei
in
drei
Bereiche
unterteilen:
die
Durchführungsobjektivität,
die
Anwendungsobjektivität und die Interpretationsobjektivität.
Durchführungsobjektivität
Die Durchführungsobjektivität ist dann gegeben, wenn die Ergebnisse nicht von den testenden
Personen abhängen. Da in der vorgestellten Studie bis auf zwei der fünf Klassen jede Klasse
von einem anderen Studierenden unterrichtet wurde, konnte dies nicht vollständig erfüllt
werden. Die Art und Weise wie jeder Studierende unterrichtete und dabei auf die Klasse
gewirkt hat, hat Einfluss auf die Testergebnisse. Zudem stellt Schulunterricht keinen
einseitigen Prozess dar, in dem nur die Lehrperson das Geschehen lenkt, vielmehr beschreibt
er ein Wechselspiel zwischen Schülern und Lehrern. Das Handeln der testenden Personen,
also der Lehrer, ist dadurch auch abhängig vom Handeln der zu testenden Personen, also der
Schüler. Da das Schülerverhalten nicht vorhersehbar ist und zudem von Person zu Person
beziehungsweise von Klasse zu Klasse stark variiert, wäre die Durchführungsobjektivität
auch bei derselben Lehrperson in jeder Klasse nicht gegeben. Um die Unterschiede bei der
Durchführung der Stunde in den verschiedenen Klassen trotzdem möglichst gering zu halten
und die Objektivität dadurch so gut es geht zu verbessern, wurde zu jeder Unterrichtsstunde
39
sowie zu den Stunden der Testdurchführung ein detaillierter Verlaufsplan geschrieben.
Diesem konnte entnommen werden, wie viel Zeit für die jeweiligen Unterrichtsabschnitte
vorgesehen waren, was in diesem Abschnitt thematisch besprochen wurde, wie die Versuche
aufzubauen sind, was gesagt werden muss, was gemacht werden muss, was angeschrieben
werden muss, welche Hintergrundinformationen notwendig sind und was nicht gesagt werden
darf (siehe Anhang). Auch für die Stunden, in denen die verschiedenen Tests durchgeführt
wurden, wurde abgesprochen, wie diese ablaufen sollen.
Der Verlaufsplan wurde allen Studierenden vorgestellt und im Detail besprochen.
Zudem wurde in allen Unterrichtsstunden das gleiche Lehr- und Lernmaterial verwendet.
Neben den Lehrpersonen gab es verschiedene andere Aspekte, die den Verlauf des
Unterrichts
beeinflussten.
So
wurden
die
verschiedenen
Tests
beziehungsweise
Unterrichtsstunden beispielsweise zu verschiedenen Tageszeiten durchgeführt, je nachdem,
wie der Stundenplan der Klasse aufgebaut war. Dies hat zur Folge, dass in einigen Klassen
vor den vorgestellten Unterrichtsstunden bereits Unterricht anderer Fachbereiche stattfand, in
anderen Klassen jedoch nicht. Des Weiteren ergab sich, dass die Tests bzw. Unterrichtsstunde
teilweise als Einzelstunde und teilweise als Doppelstunde stattfanden. Dies ist dahingehend
bedeutend, dass die Unterrichtsstunden aufeinander aufbauten und die „Anordnung der
Stunden“ somit Auswirkungen auf die Ergebnisse haben könnte. Auch beim Post-Test kam es
vor, dass er teilweise direkt im Anschluss an die dritte Unterrichtsreihe durchgeführt wurde.
Unabhängig davon, ob Einzel- oder Doppelstunden vorlagen, unterschied sich auch die
Zeitspanne zwischen den Stunden beziehungsweise Tests.
Des Weiteren muss beachtet werden, dass alle Klassen in unterschiedlichen
Klassenräumen unterrichtet wurden, in denen auch die Sitzordnung unterschiedlich war.
Dadurch hatten manche Schüler eher die Möglichkeit, bei den Tests und der Bearbeitung der
Arbeitsblätter die Lösungen anderer Schüler abzuschreiben. Vor allem aber hat dies
Auswirkungen bei der Durchführung des Versuchs. Dieser wurde an der Tafel aufgebaut und
war umso schlechter zu sehen, je weiter sich ein Schüler von dieser entfernt befand. Beim
Nachvollziehen des Versuchs hatten also nicht alle Schüler die gleichen Voraussetzungen. Da
beim Versuchsaufbau die Laser-Ray-Box verwendet wurde, war es auch von Bedeutung, dass
der Klassenraum möglichst abgedunkelt wurde. Zwei der fünf Klassenräume hatten keine
Fenster, die anderen drei konnten jedoch nicht vollständig abgedunkelt werden. Bei der
Durchführung des Versuches konnten die Laserstrahlen bei einer Klasse nur sehr schlecht
40
erkannt werden, was vermutlich daran lag, dass die Batterie nicht mehr vollständig geladen
war.
Des
Weiteren
muss
beachtet
werden,
dass
jede
Schulklasse
andere
Eingangsvoraussetzungen mit sich brachte, beispielsweise unterschieden sie sich stark in
ihren Größen (zwischen 20 und 28 Schülern) und in ihrem Vorwissen. Letzteres kommt vor
allem dadurch zu Stande, dass nur jeweils zweimal zwei Schulklassen vom selben Lehrer
unterrichtet wurden, die fünf Schulklassen also insgesamt drei verschiedene Physiklehrer
hatten. Zudem muss erwähnt werden, dass eine Schulklasse durch ein Missverständnis in der
Absprache mit dem Lehrer das Thema optische Linsen noch nicht im Unterricht thematisierte,
dies jedoch Voraussetzung für die Inhalte der Unterrichtsreihe darstellte. Dadurch wurde die
Thematik deutlich weniger ausführlich besprochen, als in den anderen drei Klassen,
zusätzlich blieb für die Durchführung der eigentlichen Unterrichtsreihe weniger Zeit.
Auswertungsobjektivität
Eine hohe Auswertungsobjektivität ist dann gegeben, wenn die Auswertung des gleichen
Tests durch verschiedene Personen immer gleich ausfällt. Im den psychologischen Tests der
Studie wurde eine sehr hohe Auswertungsobjektivität erreicht, da beim Beantworten der
Fragen immer zwischen fünf verschiedenen Antwortmöglichkeiten gewählt werden konnte.
Die angekreuzte Antwort durch den Schüler war also immer eindeutig zuzuordnen. Selten
kam es vor, dass Schüler ein Kreuz zwischen zwei Antwortmöglichkeiten setzten, in diesem
Fall wurde der Test nicht gewertet.
Bei den Wissenstests wurden aus dem gleichen Grund ausschließlich geschlossene
Fragen gestellt.
Durch die eindeutige Zuordnung der Antworten war die Auswertung
unabhängig von der Person.
Zu Aufgabe 20 im Post-Test wurden zwei richtige Lösungen angegeben. Dass es
mehrere richtige Antworten gibt wurde aus der Aufgabenstellung jedoch nicht ersichtlich,
sodass im Nachhinein die Punkteverteilung für jeweils eine beziehungsweise zwei richtig
angekreuzte Lösung angepasst wurde.
Des Weiteren gab es Aufgaben, in denen die Schüler Strahlengänge skizziert haben.
Dabei wurde vor der Auswertung besprochen, welche Kriterien jeweils erfüllt sein müssen,
um eine bestimmte Anzahl an Punkten zu erteilen. Bei jeweils einer Aufgabe im Post-Test
41
und im Follow-up haben die Schüler verschiedene Begriffe zugeordnet. Diese waren zwar
nicht vorgegeben, jedoch konnte jeweils ein eindeutiger Begriff zugeordnet werden, wodurch
die Objektivität bei der Auswertung sichergestellt wurde. Bei den Lückentexten wurden
Antwortmöglichkeiten vorgegeben, sodass diese auch als eindeutig richtig oder falsch
ausgewertet werden können.
Alle Auswertungen erfolgten durch das Statistikprogramm SSPS. Da die Daten der
Schüler per Hand in das Programm eingetragen wurden, sind wenige Eingabefehler nicht
auszuschließen.
Interpretationsobjektivität
Dadurch, dass beim psychologischen Test alle Antworten eindeutig zugeordnet werden
konnten und die Auswertung über ein Statistikprogramm erfolgte, sind keine Interpretationen
durch testende Personen möglich. Die Interpretationsobjektivität ist in diesem Fall sehr hoch.
Beim Wissenstest erfolgte die Interpretation durch Schätzungen der Testleiter. Da der
Test selbstständig durch die Studierenden erstellt wurde, konnte er nicht mit dem Programm
ausgewertet werden. Dementsprechend sind die Interpretationen recht ungenau. Um die
Objektivität jedoch so gut es geht zu erhöhen, wurde vor der Auswertung der Tests die
Gewichtung der verschiedenen Aufgaben festgelegt.
5.2.2 Reliabilität
„Ein Test ist dann reliabel (zuverlässig), wenn er das Merkmal, das er misst, exakt, d.h. ohne
Messfehler, misst“ (Moosbrugger, 2012). Die Reliabilität eines Tests wird über den
sogenannten Reliabilitätskoeffizienten Cronbachs Alpha ( ) angegeben. Dieser kann jeden
Wert zwischen 0 und 1 annehmen, wobei ein Wert von 1 bedeutet, dass der Test vollkommen
reliabel ist. In diesem Fall würde die Wiederholung des Tests mit denselben Testpersonen zu
gleichen Bedingungen das gleiche Ergebnis hervorrufen. Die Reliabilitätskoeffizienten der
verschiedenen psychologischen Faktoren wurden durch das Statistikprogramm SPSS
festgestellt. Bei zwei der fünf Faktoren wurde der Grenzwert von
42
= .07 jedoch
unterschritten, wodurch diese Ergebnisse nicht aussagekräftig sind (siehe unten). Mögliche
Ursachen hierfür werden im Diskussionsteil beschrieben.
Die Reliabilität der Wissenstests konnte nicht bestimmt, lediglich abgeschätzt werden.
Um die Reliabilität jedoch zu erhöhen, kann ein sogenannter Retest durchgeführt werden, das
bedeutet, dass derselbe Test durch dieselben Versuchspersonen zu einem späteren Zeitpunkt
erneut durchgeführt wird. Auch in der vorliegenden Studie hatten der Post-Test und das
Follow-up dieselben Inhalte, lediglich die Reihenfolge und teilweise die Formulierung
wurden etwas variiert. Durch den Vergleich der beiden Tests konnte die Reliabilität bestimmt
werden. Dabei ist zu beachten, dass das Ergebnis in Abhängigkeit der Zeitspanne durch
Erinnerungseffekte etc. beeinflusst wird. Die Abstände zwischen den beiden Tests liegen je
nach Klasse zwischen 22 und 29 Tagen.
5.2.3 Validität
Das dritte Gütekriterium stellt die Validität dar. „ Ein Test gilt dann als valide ( gültig ),
wenn er das Merkmal, das er messen soll, auch wirklich misst und nicht irgendein anderes“
(Moosbrugger, 2012, S.13).
Die
zu
messenden
Merkmale
waren
im
psychologischen
Prä-Test
die
Erfolgswahrscheinlichkeit sowie die Misserfolgsbefürchtung, durch den psychologischen
Post-Test schätzten die Schüler den Nutzen der Inhalte, die Bereitschaft, sich außerhalb des
Unterrichts mit diesen Inhalten zu befassen und das Unterrichtsklima ein. Der physikalische
Prä-Test erfasste das Wissen der Schüler bezüglich der Inhalte, welches bereits vor der
Unterrichtsstunde vorhanden war. Der Wissenszuwachs direkt nach der Unterrichtsreihe
beziehungsweise auf lange Sicht gesehen wurde durch die beiden Nachtests ermittelt.
Die Validität eines Tests kann aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden, im
Folgenden wird dabei auf die Inhaltsvalidität eingegangen.
43
Inhaltsvalidität
Die Inhaltsvalidität nimmt in den Blick, wie repräsentativ die Stichprobe für die
Allgemeinheit ist. Dabei wird normalerweise keine numerische Größe festgelegt, sondern
durch logische Zusammenhänge und fachliches Wissen begründet (Moosbrugger, 2012).
Dass die in der Studie gewonnenen Ergebnisse als verallgemeinerbar angenommen
werden können, hat mehrere Gründe. Zum einen wurde eine Unterrichtsreihe entwickelt, die
einen typischen Physikunterricht repräsentiert und so in der Schule durchgeführt werden
kann. Zudem wurde die Studie mit verschiedenen Klassen an verschiedenen Schulen
durchgeführt, wodurch sich eine zufällige Zusammenstellung der Testgruppe ergab, die
verschiedenste Voraussetzungen mit sich brachte. Des Weiteren wurde die Studie unter
„realen Bedingungen“ durchgeführt, das heißt der Unterricht fand in den eigentlichen
Physikstunden und in den eigenen Physikräumen der jeweiligen Klassen statt. Es wurde also
keine Laborsituation konstruiert.
Bei den psychologischen Tests ist die Validität im Allgemeinen schwer einzuschätzen,
da die zu testenden Merkmale nicht direkt ablesbar sind, einer Person kann beispielsweise
nicht angesehen werden, wie groß ihre Misserfolgsbefürchtung ist oder wie groß sie einen
Nutzen einschätzt. Das Merkmal muss also zunächst operationalisiert werden, das heißt ihm
wird eine Skala zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgte über die fünf Abstufungen, zwischen
denen bei der Beantwortung der Fragen gewählt werden konnte. Bei der Auswahl der Skala
wurde darauf geachtet, dass genug Abstufungen genannt wurden, um eine genaue Angabe
machen zu können, jedoch nicht zu viele, da eine zu detaillierte Einschätzung ohnehin nicht
möglich ist.
Mit den physikalischen Tests wird das Verständnis und Wissen über die Inhalte der
drei Stunden überprüft. Bei der Konstruktion der Aufgaben wurde deshalb darauf geachtet,
dass die Inhalte und vor allem Formulierungen stark an die der Unterrichtsstunde angelehnt
waren. Die Problematik zur Sicherstellung der Validität liegt darin, dass der Wissenstest
selbst konstruiert wurde und somit nicht standardisiert ist. Er wurde zuvor, anders als die
psychologischen Tests, nicht bei anderen Studien eingesetzt. Durch die Rücksprache mit
mehreren Personen des Fachbereichs Physik wurden die Aufgaben soweit ausgearbeitet, dass
sie die Gütekriterien so gut es geht erfüllen.
44
5.3 Data Cleaning
An der Studie nahmen insgesamt 116 Schüler teil. Nicht berücksichtigt werden alle, die in
einzelnen Stunden fehlten, da ihnen aus der gesamten Unterrichtsreihe sonst Informationen
fehlen, die Einfluss auf die Testergebnisse haben könnten. Jedoch gibt es Schüler, die die
Arbeitsblätter der dritten Unterrichtsstunde nicht abgegeben haben, jedoch aber den Post-Test,
wobei diese zwei Einheiten in einer zusammenhängenden Doppelstunde durchgeführt
wurden, was anhand der jeweiligen Stundenpläne nachzuvollziehen war. Demnach liegt deren
Gruppenzuordnung der 3. Stunde trotz Anwesenheit nicht vor, die Daten bezüglich der 2.
Stunde werden von diesen Schülern aber trotzdem verwendet.
Alle Schüler, die weder Versuchs- noch Kontrollgruppe der 2. Stunde der
Unterrichtsreihe zuzuordnen sind, werden von der Statistik ausgenommen, da mit deren Daten
kein Vergleich zu ziehen möglich ist. Die Zuordnung zu den Gruppen in den anderen beiden
Stunden wird vernachlässigt, da in dieser Auswertung nur die allgemeinen sowie die auf die
2. Stunde bezogenen Aufgaben berücksichtigt werden. Alle Schüler, die bei Post-Test
und/oder Follow-up gefehlt oder nicht abgegeben haben fallen ebenfalls heraus.
Somit verbleiben für die Auswertung der Unterrichtsreihe maximal 89 Schüler, in
einzelnen Bereichen teilweise weniger (siehe unten). Sowohl im Post-Test als auch im
Follow-up stehen jeweils vier Aufgaben mit Bezug auf die zugrundeliegende Stunde und fünf
allgemeine Aufgaben zur Optik zur Verfügung, die im Folgenden betrachtet werden.
Von der Auswertung der allgemeinen physikalischen Aufgaben wurde ein weiterer
Schüler ausgenommen, der den Prä-Test nicht bearbeitet oder abgegeben hat. Somit basiert
die Auswertung auf den Tests von 88 Schülern, davon je 44 in Versuchs- und Kontrollgruppe.
Bei der psychologischen Auswertung fallen zum Teil noch einzelne Schüler heraus,
die einzelne Antworten in den Fragebögen nicht beantwortet haben und darum von SPSS
nicht miteinberechnet wurden. Somit werden nur vollständig bearbeitete psychologische
Fragebögen verarbeitet (siehe Tabelle 5.3).
Die Aufgaben 18 des Post-Tests sowie 20 des Follow-ups werden in der
Gesamtstatistik nicht berücksichtigt, da sie aufgrund mangelnder Behandlung des Stoffes im
Unterricht der entsprechenden Grundlagen von kaum einem Schüler korrekt bearbeitet
werden konnten (Aufgabe 18: 2.2% korrekt, 12.4% teilweise korrekt, 59.6% falsch, 25.8%
unbearbeitet; Aufgabe 20: 1.0% korrekt, 5.6% teilweise korrekt, 75.3% falsch, 18.0%
unbearbeitet).
45
Aufgabe 3 des Prä-Tests (siehe Anhang) wird in der Auswertung nicht berücksichtigt,
da im Nachhinein festgestellt wurde, dass die Antwortmöglichkeiten in dieser Single-ChoiceAufgabe nicht eindeutig sind. Damit entfallen auch die entsprechenden Aufgaben im PostTest (14) und im Follow-up (15). Außerdem hat sich die Aufgabenstellung in Aufgabe 15 des
Follow-ups im Nachhinein als fehlerhaft erwiesen. Somit verbleiben pro Fragebogen 5
allgemeine Fragen.
5.4 Auswertung
Im Folgenden werden die Ergebnisse der von den Schülern bearbeiteten Fragebögen
dargestellt. Eine Zusammenfassung folgt nachstehend, die Interpretation im nächsten Kapitel
(5 Diskussion). Die Aussagen stützen sich hierbei auf die Ergebnisse aus T-Tests für
unabhängige Variablen. Als Signifikanzgrenze für die Nullhypothese wurde der in der
Psychologie übliche Standardwert von .05 gewählt. Wird diese im T-Test für unabhängige
Variablen überschritten, so wird davon ausgegangen, dass Unterschiede im Ergebnis
zufälliger Natur sind. Die Signifikanz ist hierbei die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die
Ergebnisse zufällig zustande gekommen sind.
Die Aufgaben, die sich direkt auf die zweite Schulstunde der Unterrichtsreihe
beziehen, werden hierbei unabhängig von denen betrachtet, die allgemeines (Vor)Wissen
abfragen, da letztere auch durch die beiden anderen Schulstunden direkt beeinflusst werden.
Zwar muss auch die hier zugrundeliegende Stunde im Zusammenhang der vollständigen
Reihe betrachtet werden, jedoch beziehen sich die entsprechenden Aufgaben trotzdem speziell
auf die Arbeitsblätter und das weitere Material der zweiten Stunde.
46
2. Stunde
allgemein
#
89
88
# VG
44
44
# KG
45
44
Prä-Test
Nr.
Post-Test
2
4
5
6
.78 (.41)
.57 (.37)
.56 (.50)
.55 (.38)
.88 (.32)
3.35 (.95)
VG
.84 (.37)
.60 (.41)
.55 (.50)
.63 (.39)
.93 (.25)
3.53 (.96)
KG
.73 (.45)
.56 (.33)
.57 (.50)
.47 (.36)
.84 (.37)
3.16 (.91)
Nr.
Follow-up
1
3
4
10
20
6
13
15
11
12
.66 (.40)
.46 (.50)
.36 (.48)
.40 (.26)
1.88 (.88)
.92 (.27)
.47 (.37)
.35 (.48)
.53 (.41)
.85 (.36)
VG
.68 (.39)
.48 (.51)
.41 (.50)
.40 (.23)
1.97 (.80)
.91 (.29)
.52 (.40)
.32 (.47)
.52 (.40)
.89 (.32) 3.16 (1.02)
KG
.64 (.42)
.44 (.50)
.31 (.47)
.40 (.29)
1.80 (.94)
.93 (.25)
.42 (.34)
.39 (.49)
.55 (.42)
.82 (.39)
Nr.
2
6
8
16
5
12
13
9
3.13 (.91)
3.10 (.79)
10
.58 (.29)
.69 (.47)
.33 (.47)
.52 (.42) 2.11 (1.06)
.95 (.21)
.57 (.38)
.56 (.50)
.61 (.41)
.85 (.36) 3.55 (1.03)
VG
.60 (.40)
.66 (.48)
.39 (.49)
.57 (.40) 2.21 (1.04)
.95 (.21)
.59 (.38)
.57 (.50)
.72 (.35)
.95 (.21) 3.78 (0.89)
KG
.56 (.38)
.71 (.46)
.28 (.45)
.47 (.43) 2.01 (1.08)
.95 (.21)
.56 (.38)
.55 (.50)
.51 (.44)
.75 (.44) 3.32 (1.12)
Tabelle 5.1: Mittelwerte der Ergebnisse der physikalischen Fragen, wobei die inhaltlich gleichen
Aufgaben einander in der Vertikalen zugeordnet sind (siehe auch Anhang); bei den spezifischen
Aufgaben sind max. 4 Punkte zu erreichen, bei den allgemeinen maximal 5 Punkte, mit jeweils 1 Punkt
pro Aufgabe. # = Anzahl der Schüler, VG = Versuchsgruppe, KG = Kontrollgruppe. In Klammern die
Standardabweichung.
5.4.1 Auswertung der stundenspezifischen Physikaufgaben
Der stundenspezifische Teil des Post-Tests fällt mit durchschnittlich 1.88/4 Punkten recht
mittelmäßig aus, das Follow-up mit 2.11/4 etwas besser, jedoch sind beide Werte sehr breit
verteilt. Dabei wurden 89 Schüler betrachtet, davon 44 in der Versuchs- und 45 in der
Kontrollgruppe. Im Vergleich untereinander schneidet die Versuchsgruppe zwar leicht besser
ab, die Signifikanzen im T-Test für unabhängige Variablen sprechen jedoch für eine zufällige
Verteilung (Post-Test: t(87) = -.84, p > .05; Follow-up: t(87) = -.89, p > .05). Es sind also
insgesamt keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen festzustellen.
Betrachtet man zusätzlich die Mittelwerte der einzelnen Aufgaben im Vergleich, so
erzielt die Versuchsgruppe nur in drei von vier Fällen das höhere Ergebnis. Zu denselben
Ergebnissen kommt man bei Betrachtung der entsprechenden Aufgaben im Follow-up. Dazu
47
wurden jeweils die Aufgaben verglichen, die sich einander inhaltlich entsprechen, auch wenn
sie für das Follow-up leicht abgeändert wurden: Post-Test/Follow-up: 3/2, 4/6, 10/8, 20/16.
Post-Test Aufgabe 4 ist mit einem Mittelwert von 0.46/1 Punkten deutlich schlechter
ausgefallen als die gleiche Aufgabe 6 im Follow-up mit 0.69/1 Punkten, obwohl sich beide
Aufgaben lediglich in der Reihenfolge ihrer Antwortmöglichkeiten unterschieden (siehe
Anhang).
Post-Test Aufgabe 20 fiel mit durchschnittlich 0.40/1 Punkten ebenfalls schlechter als
die entsprechende Aufgabe 16 Follow-up mit 0.52/1 Punkten. Die Ergebnisse der beiden
anderen Aufgaben fallen im Follow-up etwas ab.
Im Vergleich zwischen den beiden Klassen in Rüsselsheim (Mittelwerte: 1.75 PostTest, 1.88 Follow-up) und den anderen dreien (1.97 Post-Test, 2.27 Follow-up) ist zu
erkennen, dass erstere etwas schlechter abschneiden, die Ergebnisse jedoch auch hier so breit
gestreut sind, dass von keinem signifikanten Unterschied die Rede sein kann. Auch der T-Test
widerspricht einem signifikanten Ergebnis (Post-Test: t(87) = -1.13, p > .05; Follow-up: t(87)
= -1.71, p > .05).
2. Stunde
Post-Test
Follow-up
allgemein
Prä-Test
Post-Test
Follow-up
Rüsselsheim
1.75 (.85)
1.88 (.93)
3.17 (.86)
3.01 (.95)
3.22 (1.08)
Mainz + Kriftel
1.97 (.89)
2.27 (1.12)
3.47 (1.00)
3.21 (.88)
3.78 (.94)
Tabelle 5.2: Vergleich der Testergebnisse zwischen den Klassen aus Rüsselsheim
(ohne Vorwissen über Linsen) und denen aus Mainz und Kriftel. In Klammern die
Standardabweichung.
5.4.2 Auswertung der allgemeinen Physikaufgaben
Der Prä-Test fällt mit 3,35/5 Punkten recht positiv aus. Eine Aufspaltung in Kontroll- und
Versuchsgruppe ist vor der Unterrichtsreihe eigentlich nicht notwendig, jedoch für den
anschließenden Vergleich der Ergebnisse von Post-Test und Follow-up sinnvoll, um Schlüsse
daraus ziehen zu können, ob die Formulierung oder Unterschlagung expliziter Zielvorgaben
einen Unterschied macht.
48
Der deskriptiven Statistik aller Schüler ist zu entnehmen, dass der Mittelwert der
allgemeinen Aufgaben des Post-Tests mit 3,1/5 Punkten etwas abfällt und der des Follow-ups
mit 3,55/5 Punkten etwas höher ist, die Werte überlagern sich jedoch innerhalb ihrer
Standardabweichungen. Derselbe Anstieg ist bei der einzelnen Betrachtung von Versuchsund Kontrollgruppe erkennbar. Die ohnehin geringen Abweichungen (Kontrollgruppe 3,10/5;
Versuchsgruppe 3,16/5) im Post-Test sind laut T-Test jedoch zufallsbedingt (t(86) = -.292, p
> 0.05).
Im Folgenden werden die einzelnen Aufgaben aus allen drei Tests miteinander
verglichen und hierfür inhaltlich einander zugeordnet.
Prä-Test/Post-Test/Follow-up: 1/6/5, 2/13/12, 4/15/13, 5/11/9, 6/12/10 (vgl. Aufgaben
im Anhang).
Betrachtet man die Ergebnisse der Einzelaufgaben, so ist festzustellen, dass die von
Aufgabe 1 von Test zu Test besser ausfallen, bei Aufgabe 6 schlechter, während bei den
anderen 3 Aufgaben der Gesamttrend zu erkennen ist und die Ergebnisse des Post-Tests
schlechter, die des Follow-ups jedoch wenigstens gleich gut oder besser als die des Prä-Tests
sind. Im Vergleich der beiden Gruppen untereinander ist keine signifikante oder eindeutige
Tendenz zu erkennen, die Unterschiede sind willkürlich und überlagern sich meistens
innerhalb der Standardabweichung.
Am besten ausgefallen sind hier die Aufgaben 1/6/5 und 6/12/10, die im Mittel alle
über 0.85 Punkte, zum Teil sogar über 0.95 Punkte erreichten.
Im Vergleich der Rüsselsheimer Klassen (Mittelwerte: 3.17 Prä-Test, 3.01 Post-Test,
1.08 Follow-up) mit den anderen dreien (3.47 Prä-Test, 3.21 Post-Test, 3.78 Follow-up) ist
erneut eine leichte Tendenz zugunsten letzterer zu erkennen, wobei sich auch hier die Werte
innerhalb ihrer Standardabweichungen schneiden. Jedoch legt eine Betrachtung des T-Tests
nahe, dass die mittlere Differenz von .56 beim Follow-up kein Zufall ist und der
Ergebnisunterschied tatsächlich von unterschiedlichen Gegebenheiten in den Klassen
abhängig sein könnte (t(68.57) = -2.51, p < 0.05).
5.4.3 Psychologischer Prä-Test
Der psychologische Prä-Test untersucht anhand von neun Fragen die Einschätzung der
Schüler
bezüglich
ihrer
Erfolgserwartung
49
(vier
Fragen)
beziehungsweise
Misserfolgsbefürchtung (fünf Fragen) in den darauffolgenden Unterrichtsstunden. Diese
erfolgt über eine ganzzahlige Skala von 1 bis 5 an, wobei 1 den positivsten und 5 den
negativsten Fall repräsentiert.
Die Mittelwerte von 1.77 für die Misserfolgsbefürchtung und 2.00 für die
Erfolgserwartung zeichnen hierbei ein eindeutig positives Bild seitens der Schüler, wobei das
Ergebnis der Erfolgserwartung nach Cronbachs Alpha nicht aussagekräftig ist. Signifikante
Unterschiede zwischen den beiden Gruppen sind hierbei nicht auszumachen, die Werte liegen
jeweils sehr dicht beieinander.
5.4.4 Psychologischer Post-Test
Der psychologische Post-Test untersucht anhand von 15 Fragen, wie die Schüler das
Unterrichtsklima wahrnahmen, den Nutzen im behandelten Unterrichtsstoff sahen und
inwiefern sie sich bereiterklärten, sich auch außerhalb der Schule mit dem Inhalt der
Unterrichtsreihe auseinanderzusetzen. Die Skalierung ist dieselbe wie im Prä-Test.
Das Unterrichtsklima wurde mit einem Mittelwert von 2.21 (sechs Fragen bei 84
Schülern) deutlich als positiv wahrgenommen, wobei es keinen signifikanten Unterschied
zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe gibt.
Der Mittelwert der Einschätzung des Nutzens des Stoffes seitens der Schüler liegt bei
2.30 (fünf Fragen bei 87 Schülern), also eindeutig positiv zu bewerten. Signifikante
Unterschiede zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe sind nach Standardabweichung und TTest nicht auszumachen.
Die Fragen dazu, ob sich die Schüler vorstellen könnten, sich auch außerhalb der
Schule mit dem Schulstoff zu beschäftigen (vier Fragen bei 88 Schülern), fielen mit einem
Mittelwert von 3.14 mittelmäßig mit Tendenz hin zum Negativen aus. Erneut sind keine
signifikanten Unterschiede zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe auszumachen. Mit Blick
auf Cronbachs Alpha ist das Ergebnis dieser Frage jedoch nicht als aussagekräftig anzusehen.
50
Cronbachs
Post-Test
Prä-Test
#
# VG
# KG
gesamt
VG
KG
Alpha
Misserfolgsbefürchtung
88
44
44
1.77 (.73)
1.84 (.79)
1.70 (.67)
.80
Erfolgswahrscheinlichkeit
88
44
44
2.00 (.57)
2.00 (.61)
1.99 (.53)
.64
Unterrichtsklima
84
42
42
2.21 (.74)
2.16 (.77)
2.26 (.72)
.81
Nutzen
87
43
44
2.30 (.82)
2.26 (.93)
2.34 (.71)
.84
Beschäftigung außerhalb
48
43
45
3.14 (.80)
3.10 (.85)
3.18 (.74)
.60
Tabelle 5.3: Mittelwerte der psychologischen Fragebögen, anzukreuzen auf einer Skala von 1 (positiv)
bis 5 (negativ). In Klammern die Standardabweichung.
5.5 Zusammenfassung
Zusammenfassend betrachtet ist festzustellen, dass es für die Beantwortung der
physikalischen Fragebögen keinen signifikanten Unterschied gemacht hat, ob die Schüler
explizite Zielformulierungen auf ihren Arbeitsblättern stehen hatten oder nicht; die
Testergebnisse liegen sehr nah beieinander. Im Schnitt wurde etwa die Hälfte der
Gesamtpunktzahl in den stundenspezifischen Aufgaben im Post-Test erreicht, wobei das
Follow-up hierbei sogar noch ein wenig besser ausfällt, jedoch nicht signifikant. Bei den
allgemeinen Aufgaben wurden in allen drei Tests über 62 % der Maximalpunktzahl erreicht,
signifikante Unterschiede gibt es auch hier weder zwischen den Tests noch zwischen den
Gruppen. Die allgemeine, wenn auch nicht signifikante Tendenz zu den höheren
physikalischen Scores der Versuchsgruppe schlägt sich, mit Blick auf Tabelle 1, bereits im
physikalischen Prä-Test nieder, was auch darauf schließen lässt, dass er auf der zufälligen
Zuordnung der Schüler zu den beiden Gruppen beruht.
Im Allgemeinen schätzten sich die Schüler vor der Unterrichtsreihe eher erfolgreich
ein. Das Unterrichtsklima empfanden sie mehrheitlich als positiv und das Gelernte als
nützlich, wobei nicht nachweisbar ist, ob dies mit der Angehörigkeit zu einer der beiden
Gruppen etwas zu tun hat.
51
6 Diskussion
6.1 Ziele und Ergebnisse dieser Arbeit
6.1.1 Allgemeine Diskussion der Ergebnisse der physikalischen Aufgaben
Neben dem psychologischen war der ausschlaggebende Aspekt für die Anfertigung dieser
Bachelorarbeit
die
Motivation,
eine
möglichst
kurze
und
trotzdem
nachhaltige
Unterrichtsreihe zum Thema der optischen Abbildungen zu konzipieren, letztendlich im
Rahmen von drei Schulstunden. In dieser Arbeit wird nun der Fokus auf die Nachhaltigkeit
des Unterrichtskonzepts der zweiten dieser drei Stunden gelegt. Um diese zu klären, müssen
die Ergebnisse der physikalischen Fragebögen vorerst entsprechend interpretiert werden.
Im Ergebnisteil ist bereits aufgefallen, dass das Follow-up besser ausfällt als der PostTest, obwohl davon auszugehen ist, dass aufgrund der zwischenliegenden Weihnachtsferien
eher Unterrichtsstoff von den Schülern vergessen wurde. Bezüglich der stundenspezifischen
Aufgaben ist das Ergebnis auf zwei bestimme Aufgaben zurückzuführen. In Aufgabe 4 des
Post-Tests sollten die Schüler in zwei Sätze einsetzen, welche Form der Fehlsichtigkeit
(Kurz-/Weitsichtigkeit) mit welcher Linse (Streu-/Sammellinse) korrigiert werden kann.
Hierbei wurden die beiden Lösungsmöglichkeiten in Klammern zur Auswahl angegeben.
Diese Aufgabe haben 46,1 % korrekt bearbeitet. Aufgabe 6 des Follow-ups ist dieselbe, mit
dem Unterschied, dass die beiden Sätze vertauscht sind, die Lösungsmöglichkeiten wurden
jedoch in derselben Reihenfolge angegeben. Diese Aufgabe wurde von 68,5 % der Schüler
korrekt bearbeitet. Abgesehen von einem gewissen Prozentsatz, der die korrekte Antwort
wusste, ist davon auszugehen, dass einige Schüler geraten haben und die Lösungen schlicht in
der Reihenfolge einsetzten, in der sie angegeben waren, was im Follow-up der korrekten
Reihenfolge entspricht. Damit ist höhere Score dieser Aufgabe im Follow-up erklärbar; über
weitere mögliche Gründe wird daher nicht spekuliert.
Aufgabe 20 des Post-Tests ist eine Multiple-choice-Aufgabe, jedoch ist hier im
Gegensatz zu anderen Aufgaben der gleichen Art nicht angegeben, dass zwei richtige
Antworten anzukreuzen sind. Bei allen anderen Multiple- und Single-Choice-Aufgaben steht
jeweils in der Aufgabenstellung, wie viele (eine oder zwei) richtige Antworten anzukreuzen
sind. In der Folge haben die meisten Schüler (79,7%) nur jeweils eine Antwort angekreuzt,
52
wobei diese zumeist (68,5%) richtig war. In der entsprechenden Aufgabe 16 des Follow-ups
hingegen ist die nötige Information in der Aufgabenstellung enthalten. In der Folge hat hier
mehr als die Hälfte der Schüler zwei Antworten angekreuzt (im Post-Test nur 5,6%, diese
jedoch jeweils die beiden richtigen), 36,0% die beiden richtigen, 31,4% immerhin eine
richtige und eine falsche. Dass trotzdem die Hälfe nur eine Antwortmöglichkeit wahrnahm
liegt vermutlich daran, dass sich die Schüler an die Aufgabe aus dem Post-Test erinnerten und
die Aufgabenstellung darum nicht vollständig lasen. Trotzdem lässt sich daraus herleiten,
warum die Aufgabe im Follow-up besser ausfällt.
Wie bereits im Ablauf und im Ergebnisteil beschrieben, gab es zum Ende der Stunde
hin in allen fünf Klassen zeitliche Engpässe, wodurch der letzte Block inhaltlich stark gerafft
werden musste. So wurde Fehlsichtigkeit zwar noch besprochen, im Aufbau mit der LaserRay-Box dargestellt und im Plenum mündlich besprochen, jedoch fiel die Zeit für die
Ergebnissicherung in grafischer Form auf den Arbeitsblättern sehr knapp aus. Hier hatten die
Schüler die Aufgabe, den Strahlengang des Lichtes von einem Gegenstandspunkt durch ein
Brillenglas ins Auge und auf die Netzhaut in ein vorgegebenes Bild einzuzeichnen (siehe
Anhang). Da die Besprechung der Formen von Fehlsichtigkeit sich jedoch fast bis zum
Stundenende hin zog, wurde eine Folie mit den Lösungen aufgelegt, die bis zum Stundenende
abzuzeichnen war. In der Folge hatten viele Schüler nicht mehr genug Zeit, die Lösung
vollständig oder überhaupt zu übertragen und selbst ausführlich nachzuvollziehen. Im PostTest (18) und Follow-up (20) befinden sich nun Aufgaben, die sich auf diesen letzten Block
beziehen, auch hier ist der Strahlengang von Licht durch eine Brille einzuzeichnen. Diese
Aufgaben hat dementsprechend kaum jemand korrekt oder überhaupt bearbeitet.
Diese Aufgaben nicht miteingerechnet ergibt sich für die stundenspezifischen
Aufgaben des Post-Tests ein gemittelter Score von 1.88/4, für das Follow-up 2.11/4 Punkten.
Unterschlägt man im Follow-up die (vermutlich) zufällige Verbesserung in Aufgabe 6 (die
Differenz zu Aufgabe 4 im Post-Test), so erhält man einen mittleren Score von 1.89/4
Punkten.
Was sagt dies für den Erfolg der Stunde im Allgemeinen aus? Dafür gilt es, sich die
Aufgaben noch einmal genauer anzusehen, um eine Aussage darüber zu treffen, inwiefern
diese geeignet sind, den Lernerfolg der Schüler zu messen.
Aufgabe 3/2 (Post-Test/Follow-up) ist eine Zuordnungsaufgabe und prüft damit
vorhandenes
Wissen
ab;
die
Aufgabenstellung
ist
klar
und
es
sollten
keine
Verständnisprobleme geben, die gedruckten und gesuchten Begriffe wurden im Plenum in
53
eine Tabelle eingetragen. Aufgabe 4/6 ist ebenfalls eindeutig gestellt, Probleme traten durch
oben genannten Sachverhalt auf. In Aufgabe 10/8, einer Multiple-choice-Aufgabe gibt es als
Antwortmöglichkeit die Aussagen „Das Scharfstellen beim Auge und bei der Lochkamera mit
Linse funktioniert unterschiedlich (richtig) bzw. gleich (falsch)“, was unter Umständen zu
Verwirrungen bezüglich des Merksatzes „Die Abbildung eines Punktes funktioniert beim
Auge genauso wie bei der Lochkamera mit Linse“ führen kann, den die Schüler in der
vorausgegangen Unterrichtsreihe sowohl hörten, lasen als auch abschrieben. Dies könnte
Unsicherheiten hervorgerufen haben, weswegen die Aufgabe aufgrund der unglücklichen
Formulierung an Aussagekraft einbüßt, auch wenn die Schüler den korrekten Sachverhalt
vermutlich sogar kannten. In Aufgabe 20/16 schließlich, ebenfalls eine eindeutig gestellte
Multiple-choice-Aufgabe, schnitten die Schüler aufgrund des oben beschriebenen
Sachverhalts jedoch schlechter ab, als sie vermutlich gekonnt hätten.
Die nicht miteingerechnete Aufgabe 18/20 (siehe Anhang), eine grafische
Ergänzungsaufgabe, wäre auch prinzipiell lösbar gewesen, wäre mehr Zeit für die
Bearbeitung des dritten Themenblocks innerhalb der Unterrichtsstunde gewesen, was auch
entscheidenden Einfluss auf Aufgabe 4/6 hat.
Unter Betrachtung all dieser Umstände ist es naheliegend anzunehmen, dass das
Gesamtergebnis von etwas unter der halben Punktzahl weitaus besser ausgefallen wäre, sofern
die Aufgaben zur Überprüfung eindeutiger formuliert wären (ohne einfachere Aufgaben zu
stellen). Die erzielten Ergebnisse hingegen sind dafür recht beständig, denn auch nach einem
längeren Zeitraum (in diesem Fall den Weihnachtsferien) ist kein deutlicher Wissensabfall zu
beobachten, was für eine nachhaltige Vermittlung des Stoffes steht. Diese spiegelt sich auch
in den persönlichen Eindrücken der Unterrichtenden sowie der eigentlichen Lehrer wieder,
die im Unterricht das fortschreitende Verständnis der Schüler in Form von mündlichen
Beiträgen, Fragen und der Bearbeitung der Arbeitsblätter beobachten konnten. Gerade das
erfolgreiche Zurückgreifen auf die vorhergehende Stunde beziehungsweise das Aufgreifen
dieser zweiten Stunde in der nachfolgenden dritten sprechen dafür und dadurch auch für den
Erfolg der Stunde.
Trotzdem war es leider nicht möglich, die Stunde wie geplant vollständig
durchzuführen, da der zeitliche Rahmen von 45 Minuten zu eng ist. Innerhalb des üblichen
Unterrichtsflusses ist es normalerweise möglich, bei Zeitknappheit am Stundenende einen
Teil des Planes auf die nächste Stunde. Da hier jedoch nur drei Stunden zur Verfügung
54
standen und diese in sich geschlossen und unter einer jeweils anderen psychologischen
Fragestellung ausgewertet werden, stand diese Flexibilität nicht zur Verfügung.
6.1.2 Diskussion der Ergebnisse der Physikaufgaben bezüglich der Hypothesen
Ziel dieser Arbeit ist es, die Hypothesen, dass Schüler, die explizit ausformulierte Ziele
bezüglich des Unterrichts erhalten haben, ein größeres Verständnis und eine stärkere
Motivation vorweisen als Schüler ohne diese Zielvorgaben, zu untersuchen. Unter
Betrachtung des Ergebnisteils wird schnell ersichtlich, dass in Bezug der Physiktests keine
signifikanten Unterschiede zwischen den Ergebnissen von Versuchs- und Kontrollgruppe
festzustellen sind. Im Folgenden werden die möglichen Gründe dafür dargelegt. Diese
Darlegungen betreffen sowohl die stundenspezifischen als auch die allgemeinen Aufgaben, da
sich die Behandlung bestimmter Themen innerhalb der Optik auch auf das allgemeine
Optikverständnis der Schüler auswirkt.
Durch den strukturierten Aufbau von Unterrichtsstunde und –reihe war auch für die
Schüler ohne explizite Zielformulierungen auf den Arbeitsblättern der implizite rote Faden
der Stunde erfassbar, auch wenn deren Thema jeweiligen Lehrkraft nur grob genannt wurde.
In diesem Fall bekamen die Schüler ohne konkrete Zielformulierung nur die Information, dass
die Stunde das menschliche Auge aus physikalischer Sicht beleuchtet, nachdem die
vorangehende Einheit die Entstehung optischer Abbildungen und das Experimentieren mit
Lochkameras beinhaltete. Der Anschluss an diese Einheit und die strukturierte Abfolge der
inhaltlichen Blöcke, vom funktionellen Vergleich von Auge und Lochkamera mit Linse über
die Akkommodation des Auges bis hin zur Behandlung von Kurz- und Weitsichtigkeit und
der Klärung von Korrekturmöglichkeiten und deren Aufbau sorgt dabei für inhaltliche
Kohärenz. Diese hilft den Schülern bei der Orientierung im thematischen Ablauf, auch ohne
das inhaltliche Ziel der Stunde schon zu kennen (Herweg, 2008).
Diese Kohärenz wird allerdings nicht nur durch die thematische Abfolge hergestellt,
sondern auch durch die verwendeten Materialien. So stellen die eigens für diese
Unterrichtsreihe erstellten Arbeitsblätter als Grundlage trotz der Unterschiede bezüglich der
expliziten Zielnennung mit mehrfacher Ergebnissicherung auch für nachfolgende Aufgaben
eine Möglichkeit zur Orientierung im Unterricht dar (siehe Anhang). Auch der eingebundene
Versuch mit der Laser-Ray-Box an der Tafel (siehe Material und Ablauf) unterstützt diesen
55
Effekt, da die Gemeinsamkeiten zwischen dem Aufbau und den Grafiken und Aufgaben auf
den Arbeitsblättern optisch eindeutig sind und das Verständnis fördern. Außerdem zieht sich
die Nutzung des Aufbaus durch mehrere Sequenzen der Stunde, anstatt dass ein Versuch nur
einmalig durchgeführt und vor- oder nachbesprochen wird. So stellt der Aufbau aktiv einen
Teil des impliziten roten Fadens dar.
Damit
stellen
die
expliziten
Zielformulierungen
lediglich
zusätzliche
Orientierungspunkte, aber nicht die einzigen dar, wie es beispielsweise im Experiment von
Bransford und Johnson der Fall ist (1972, siehe unten und Theorie).
Ein anderer Faktor, welcher die geringen Unterschiede zwischen Versuchs- und
Kontrollgruppe erklären kann, ist der Umstand, dass die unabhängigen Variablen, also die
expliziten Zielformulierungen, nur in schriftlicher Form vorliegen. Nun ist natürlich schwer
nachzuprüfen, welche der Schüler aus der Versuchsgruppe die Zielformulierungen auch
tatsächlich gelesen haben. Im Laufe der Stunde wurde an den entsprechenden Stellen jeweils
explizit darauf hingewiesen, die Infotexte vor und nach den Aufgaben zu lesen, die die für die
Versuchsgruppe relevanten Zusatzinformationen enthalten. Darum kann davon ausgegangen
werden, dass diese mehrheitlich auch tatsächlich gelesen wurden, aber vermutlich nicht von
allen oder nicht von allen gleich gründlich. In diesem Fall ist die unabhängige Variable also
nicht stark genug ausgeprägt. Zusätzlich kann dieser Effekt auch umgekehrt betrachtet
werden, so haben sicher manche Schüler der Kontrollgruppe das gesamte Arbeitsmaterial
schon betrachtet, bevor es notwendig beziehungsweise erwünscht war und so inhaltlich
bereits vorgegriffen.
Abschließend gilt es noch die Ergebnisse der Rüsselsheimer Klassen mit denen aus
Mainz und Kriftel zu vergleichen, da die Rüsselsheimer Schüler die Brechung von Licht an
Linsen nicht im vorhergehenden Unterricht behandelt hatten, dies für die Durchführung der
Unterrichtsreihe jedoch eigentlich vorausgesetzt war. Aus diesem Grund bekamen diese
Klassen am Anfang der Reihe noch kurz und übersichtlich Input bezüglich Streu- und
Sammellinsen und dazu ein einzelnes Merkblatt (siehe Anhang). Trotz der unterschiedlichen
Wissensvoraussetzungen sind jedoch keine signifikanten Unterschiede in den Ergebnissen der
physikalischen Wissenstests auszumachen. So schneiden die Rüsselsheimer jeweils ein wenig
schlechter ab, dies jedoch auch schon im Prä-Test, in dem sich lediglich zwei von sechs
Fragen auf Linsen beziehen. Die Differenzen mögen hier unter anderem auf die
Klassenzusammensetzung zurückzuführen sein, da es sich bei den Rüsselsheimer Klassen um
56
die beiden größten und die mit dem größten Anteil an Schülern, deren Muttersprache nicht
Deutsch ist, handelt (rund die Hälfte, siehe Stichprobe).
6.1.3 Diskussion der Psychologischen Tests
Prä-Test
Nachdem die Klassen eine kurze Vorstellung der folgenden Unterrichtsreihen bekommen
hatten, folgte der psychologische Prä-Test, in dem Fragen aus dem FAM (siehe Material) zur
Misserfolgsbefürchtung und zur Erfolgswahrscheinlichkeit gestellt werden. Dabei ist das
Ergebnis der Fragen zur Erfolgswahrscheinlichkeit nicht aussagekräftig (
< .70), da die
Antworten der Schüler zwar in allen vier Items hauptsächlich auf die Möglichkeiten 1, 2 und
3 verteilt sind, jedoch jeweils stark abweichend voneinander und keiner klaren Tendenz
folgend. Dies kann daraus abgeleitet werden, dass die Schüler zwar grob den Inhalt der drei
anschließenden Stunden kannten, jedoch die eigentlichen Aufgaben zu diesem Zeitpunkt noch
nicht gesehen hatten und darum Probleme mit den Fragestellungen (siehe Anhang) hatten.
Diese Annahme lässt sich auch auf einige Wortmeldungen seitens der Schüler zurückführen,
die noch einmal nachfragten, welche Aufgaben denn gemeint seien. Zusätzlich gab es
vermutlich auch Verwirrungen bezüglich der Ähnlichkeiten der Fragestellungen und deren
Abgrenzung gegeneinander, wodurch insgesamt das breitgefächerte Ergebnis zu erklären ist.
Es ist nicht auszuschließen, dass aus diesen Gründen einige Kreuze wahllos gesetzt wurden.
Um die Reliabilität der Erfolgswahrscheinlichkeit zu erhöhen, wäre es zuträglich gewesen, die
Unterrichtsreihe dergestalt vorzustellen, dass den Schülern klar ist, dass im Laufe der Reihe
verschiedene Aufgaben zu bearbeiten sein würden, auf die sich der Fragebogen bezieht.
Erfreulich gering fällt die Misserfolgsbefürchtung der Schüler aus (1.77). Dieses
Ergebnis lässt sich neben dem jeweiligen Selbstbewusstsein Einzelner auch auf die Ansage
zurückführen, dass die Stunden der Unterrichtsreihe nicht zensurrelevant sein werden und die
ausgefüllten Fragebögen anonym bleiben und den jeweiligen Fachlehrern nicht vorgelegt
würden. Außerdem haben die Schüler zum Zeitpunkt der Unterrichtsdurchführung bereits
erste Stunden in Optik absolviert und sehen sich von daher nicht mit etwas vollkommen
Neuem und Unbekanntem konfrontiert.
57
Post-Test
Bei der Auswertung des psychologischen Post-Tests fällt schnell auf, dass im Ergebnis
zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe keine aussagekräftigen Unterschiede festzustellen
sind.
Unabhängig vom Vorhandensein der expliziten Zielformulierungen auf den
Arbeitsblättern empfand das Gros der Schüler das Unterrichtsklima als eher positiv. Nun
hängt diese Empfindung natürlich auch stark mit der Person des Lehrers zusammen und ist
dementsprechend zu großen Teilen von dessen Charakter und Sympathie gegenüber der
Klasse abhängig. Auf der anderen Seite spielen jedoch auch Konzept und Verlauf des
Unterrichts eine wichtige Rolle. Ist der Unterricht hektisch oder inhaltlich überfrachtet und
sind die Schüler überfordert, so verändert sich das Klima zum Schlechteren hin. Dasselbe gilt
jedoch auch, wenn der zeitliche Rahmen der Stunde nicht voll ausgenutzt wird und
unstrukturierte Pausen entstehen, ebenfalls Anzeichen einer unzureichend durchgeplanten
Stunde. Daraus kann abgeleitet werden, dass das gute Klima nicht nur an den unterrichtenden
Studenten festgemacht werden kann, sondern auch am roten Faden der Reihe und der Stunde
sowie einem gewissen Spaßfaktor, für den wohl hauptsächlich die erste Stunde mit der
Lochkamera verantwortlich zeichnet.
Ebenfalls für die inhaltliche Kohärenz spricht die Tatsache, dass die Schüler den
Nutzen der Unterrichtsreihe relativ hoch bewertet haben. Neben dem klaren Ablauf ist dies
auch dem möglichst alltagsnahen Konzept zuzuschreiben (menschliches Auge, Spiegel, Lupe)
und auch hier sind keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen zu
erkennen.
Wie im Ergebnisteil beschrieben ist der Mittelwert der erreichten Punktzahl bei der
Frage danach, ob die Schüler sich vorstellen könnten, sich auch außerhalb der Schule mit den
behandelten Themen zu beschäftigen, nicht aussagekräftig ( < .70). Dies mag sowohl an der
Art der Fragen im Fragebogen als auch am Zeitpunkt der Bearbeitung liegen. Der Mittelwert
von 3.14/5 rührt in diesem Fall nicht daher, dass die meisten Schüler die 3 auf der Skala
ankreuzten, sondern daher, dass bei jeder Frage alle fünf Ankreuzmöglichkeiten zu etwa
gleichen Teilen genutzt wurden, was zu keinem verwertbaren Ergebnis führt. Möglicherweise
wären die Ergebnisse eindeutiger ausgefallen, wäre der psychologische Post-Test erst mit dem
Follow-up zusammen nach den Weihnachtsferien gestellt worden. Beispielsweise bei dem
Item „Ich habe mit Freunden, Eltern und Geschwistern über Dinge aus diesem Gebiet
58
gesprochen“ wurde von einigen Schülern möglicherweise „stimmt gar nicht“ angekreuzt, da
sie in der kurzen Zeit einfach keine Gelegenheit hatten, sich über das Thema zu unterhalten
oder zumindest nicht die Zeit, sich vertieft damit zu beschäftigen. Dasselbe gilt für das Item
„Ich habe auch außerhalb des Unterrichts über manche Dinge nachgedacht, die wir zuletzt
gemacht haben.“ Die Items „Der Unterricht beschäftigte sich mit Dingen, die mir im täglichen
Leben begegnen“ und „Ich wünschte, es gäbe bald eine Fernsehsendung über dieses Thema“
sind wiederum stark vom persönlichen Interesse und Hintergrund des Einzelnen abhängig. So
mag die Beschäftigung mit Fehlsichtigkeit oder Lupen für einige ein persönliches Thema
sein, Andere jedoch fühlen sich nicht angesprochen und haben dementsprechend auch kein
Interesse daran, sich anderweitig noch weiter mit dem Unterrichtsthema zu beschäftigen.
Allgemein gilt es hinzuzufügen, dass sich der psychologische Fragebogen auf die
gesamte Unterrichtsreihe bezieht und von daher von allen dreien Stunden beeinflusst wird. Da
die Gruppenaufteilung in den Klassen in jeder Stunde anders vorgenommen wurde, müsste
die zweite Schulstunde ein im Gegensatz zu den anderen beiden relativ stark in eine Richtung
ausgeprägtes Ergebnis haben, damit ein Unterschied zwischen Versuchs- und Kontrollgruppe
festgestellt werden kann.
6.2 Vergleich mit anderen Arbeiten
Constanze Herweg: Zielorientierung im deutschen und schweizerischen Physikunterricht
(eingebettet in die IPN-Videostudie) (2008)
Die Hypothesen, dass sich die explizite Ausformulierung des Unterrichtsziels vor jedem
Aufgabenblock auf den Arbeitsblättern der zweiten Stunde positiv auf das Verständnis und
die Motivation der Schüler auswirkt, wie nach Constanze Herwegs Ausführungen zu erwarten
gewesen wäre, ließen sich hier nicht bestätigen. Woran ist dies festzumachen?
Der grundlegende Unterschied liegt bereits in der Herangehensweise: Während hier
nur fünf Klassen auf ein spezifisches Merkmal untersucht wurden und diese Klassen
innerhalb in Kontroll- und Versuchsgruppen eingeteilt wurden, basieren Herwegs Daten auf
den Auswertungen von Videoaufnahmen in 82 Klassen. Diese Videos wurden im normalen
Physikunterricht erstellt, es wurde also keine künstliche Versuchssituation hergestellt,
sondern der Unterricht anschließend anhand verschiedener Kriterien analysiert und die somit
59
gewonnenen Daten letztendlich ausgewertet. Auf diese Weise können viel mehr Daten
gesammelt und auf verschiedene Aspekte von Zielorientierung im Unterricht untersucht
werden, wie die Zielnennung, implizite Kohärenz, Integrationshilfen oder explizite
Zielorientierung. Die Ausprägungen dieser Aspekte betreffen hierbei jeweils eine ganze
Klasse.
Im Fall dieser Arbeit hingegen wurde die Untersuchung auf die explizite
Zielformulierung reduziert, wobei die Trennung innerhalb der Klassen nicht im
Unterrichtsgespräch, sondern lediglich in der schriftlichen Ausformulierung der zu
bearbeitenden Arbeitsblätter stattfand. Es wurden also keine allgemeinen Gegebenheiten
untersucht, sondern künstliche Bedingungen erschaffen. Außerdem ist es schwierig,
persönliche Eindrücke aus den Stunden selbst in die Ergebnisse mit einfließen zu lassen, da es
keine Videoaufzeichnungen und keine Protokolle der Stunden gibt, womit genauere
Ergebnisse hätten erzielt werden können.
Für die Unterschiede in den Ergebnissen von Constanze Herwegs Studie und dieser
Bachelorarbeit spielen somit einige unterschiedliche Faktoren eine große Rolle, die zu
berücksichtigen jedoch den Rahmen dieser Versuchsreihe gesprengt hätten.
John Bransford und Marcia Johnson: Contextual Prerequisites for Understanding (1972)
Beim Vergleich der Experimente von Bransford & Johnson mit dieser Arbeit ist in erster
Linie anzuführen, dass in den Versuchen damals die Konditionen um einiges stärker
ausgeprägt waren als es hier nun der Fall ist. Bransford & Johnson gaben ihren
Versuchspersonen Textabschnitte (siehe Anhang) vor, die ohne die Vorlage erklärender
Bilder beziehungsweise des Themas in schriftlicher oder mündlicher Form sehr
unverständlich waren (Bransford & Johnson 1972). Zwar ist es nachvollziehbar, dass durch
die Mitteilung weniger notwendiger Informationen die Texte plötzlich erschließbar wurden,
in der hier untersuchten Unterrichtsreihe sind die Umstände jedoch weniger stark ausgeprägt,
da es im Schule natürlich nicht möglich ist, die Schüler vorsätzlich schlecht zu unterrichten.
Vielmehr stellt der Schulversuch eine abgeschwächte Version dieser Experimente dar, in
denen die Klassen quasi jeweils in eine Topic before- und eine No topic-Gruppe
beziehungsweise eine Target before- und eine No target-Gruppe unterteilt wurden, um den
Einfluss der expliziten Zielformulierung auf das Lernergebnis und die Motivation der Schüler
60
zu untersuchen. Dementsprechend wäre zu erwarten, dass selbst signifikante Ergebnisse um
einiges schwächer ausgefallen wären als diejenigen von 1972. Zwar bekam die Hälfte der
Schüler im Voraus mitgeteilt, was die Ziele der einzelnen Abschnitte der Stunde sind, jedoch
ließ sich das im Laufe der Stunde auch aus dem Kontext erschließen, wodurch die explizit
uninformierten Lernenden implizit Ziele der Stunde erfuhren.
6.3 Relevanz dieser Arbeit
6.3.1 Relevanz für die Psychologie
Aufgrund des recht eng abgesteckten Rahmens, sowohl in Anbetracht der begrenzten Zeit als
auch der Möglichkeiten zur Versuchsdurchführung, stellt diese Bachelorarbeit im weiten Feld
der Psychologie nur einen sehr kleinen Beitrag dar. Zwar konnten in der Stunde keine
signifikanten Unterschiede in Bezug auf Verständnis und Lernmotivation zwischen den
Schülern der Versuchs- und der Kontrollgruppe festgestellt werden, trotzdem ist davon
auszugehen, dass die explizite Zielvorgabe im Allgemeinen positive Auswirkungen hat. Da in
beiden Gruppen ein positiver Lerneffekt zu erkennen ist, lässt sich daraus schließen, dass die
implizite Zielvorgabe einen ausschlaggebenden Faktor im Lernprozess darstellt. Des Weiteren
konnte beobachtet werde, dass die zusätzliche explizite Vorgabe im konkreten Beispiel
unserer Studie keine erkennbaren Auswirkungen hatte. Ein deutlicherer Unterschied ist zu
erwarten wenn die expliziten Zielformulierungen, anders als in der vorgestellten Studie, in der
sie schriftlich vorgelegt wurden,
mündlich mittgeteilt werden. Es wäre möglich und
wünschenswert, an diesen Punkt in weiterführenden Studien anzuknüpfen.
6.3.2 Relevanz für die Physikdidaktik und praktische Implikationen
Obwohl sich die psychologischen Hypothesen, die in dieser Bachelorarbeit untersucht
wurden, nicht bestätigt haben, so ist in ihrer Planung doch ein in sich schlüssiges und
bündiges
Konzept
für
die
Besprechung
der
optischen
Abbildungen
im
Mittelstufenphysikunterricht entstanden. Fraglich ist hierbei, ob die beanspruchten drei
Schulstunden für die Behandlung ausreichend sind. Zumindest für die zweite Stunde über das
61
menschliche Auge in der hier dargestellten Form würden ein paar Minuten mehr Zeit
benötigt. Eventuell könnten diese auch in einer der beiden anderen Stunden untergebracht
werden, wenn keine psychologischen Untersuchungen stattfinden; sich mehr Zeit zu nehmen
wäre allerdings trotzdem zuträglicher. Prinzipiell ist die Durchführung der hier konzipierten
Unterrichtsreihe in drei Schulstunden möglich und auch nachhaltig.
Auch ist es möglich, nur einzelne Teile der Stunden zu übernehmen und innerhalb
eines anderen Konzeptes anzuwenden. So ist die hier vorgeschlagene Behandlung der
Themen „Akkommodation des Auges“ sowie „Fehlsichtigkeit und Korrektur“ samt Aufbau
mit der Laser-Ray-Box auch ohne die vorherige Thematisierung der Lochkamera (mit oder
ohne Linse) durchführbar, solange ein prinzipielles Vorwissen über die Entstehung von
optischen Abbildungen vorher anderweitig eingeführt wurde. Ebenso verhält es sich mit den
beiden anderen Stunden, die in separaten Arbeiten vorgestellt werden.
Auch wäre es möglich, die Reihe oder Teile der Reihe zu übernehmen und zusätzlich
zu mathematisieren, was jedoch einen erheblich größeren Zeitaufwand mit sich brächte. Alle
Strahlengänge und Brechungen in dieser Unterrichtsreihe werden ausschließlich quantitativ
behandelt, mit der Angabe von manchen Werten wäre eine qualitative Umsetzung allerdings
auch möglich. Durch Angabe von Größe und Entfernung eines Gegenstands sowie des
Brechungsindexes des menschlichen Auges (wobei hier natürlich gewisse Idealisierungen
vorgenommen werden müssten) könnte beispielsweise die Größe des entstandenen Bildes auf
der Netzhaut berechnet werden. Es wäre möglich, mit der anschließenden Stunde über
virtuelle Bilder verfahren ähnlich zu verfahren.
62
7 Fazit
Aus dieser Arbeit lassen sich zweierlei Schlüsse ziehen.
Es wurde eine Unterrichtsreihe entwickelt, die sowohl in Anbetracht der Lernerfolgs
als auch der Motivation der Schüler positiv zu bewerten ist. Das Ziel, den Schülern die
wichtigsten Aspekte zum Thema der optischen Abbildungen in kurzer Zeit zu vermittelt,
wurde erreicht. Sowohl die Tests als auch die persönliche Einschätzung der Studiereden
spiegeln die Mühe beim Konstruieren der Unterrichtsverläufe wieder. Es ist gelungen eine
Handreichung für Physiklehrer zu entwerfen, die nicht nur in Bezug auf die Änderungen des
Lehrplans zweckmäßig erscheint, sondern im Allgemeinen eine strukturierte Grundlage mit
ausgearbeiteten Materialien zum Thema bietet.
Die Relevanz der psychologischen Fragestellung konnte in dieser Arbeit leider nicht
bestätigt werden, die Hypothesen konnten nicht bestätigt werden. Demnach konnten keine
signifikanten Unterschiede zwischen den Ergebnissen der Schüler der Versuchs- und der
Kontrollgruppe festgestellt werden. Dennoch ließen sich insgesamt positive Ergebnisse
erkennen, sowohl bei den Schülern, die nur die implizite Zielvorgabe erhalten haben als auch
bei denen, die die Ziele zusätzlich ausformuliert auf ihren Arbeitsblättern vorfanden. Somit ist
davon auszugehen, dass Unterrichtsziele im Allgemeinen einen wichtigen Aspekt für den
Lernprozess im Unterricht darstellen. Die Fragestellung, unter welchen Voraussetzungen die
expliziten Zielvorgaben signifikante Auswirkungen mit sich bringen, erfordert jedoch die
Durchführung weiterer Studien.
63
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66
9 Anhang
9.1 Tests
9.1.1 Psychologische Tests
Psychologischer Prä-Test
Wie ist deine Einschätzung?
Den ersten Buchstaben des Vornamens deiner Mutter:
_________
Die ersten beiden Ziffern deines Geburtstages: (z.B.: 04.Dezember)
_________
Deine Hausnummer:
_________
trifft nicht
zu
Trifft eher
nicht zu
1. Ich glaube, der Schwierigkeit dieser
Aufgaben gewachsen zu sein.
2. Wahrscheinlich werde ich die Aufgaben
nicht schaffen.
3. Ich fühle mich unter Druck, bei den
Aufgaben gut abschneiden zu müssen.
4. Ich fürchte mich ein wenig davor, dass ich
mich hier blamieren könnte.
5. Es ist mir peinlich, hier zu versagen.
6. Ich glaube, das kann jeder schaffen.
7. Ich glaube, ich schaffe diese Aufgaben
nicht.
8. Wenn ich an die Aufgaben denke, bin ich
etwas beunruhigt.
9. Die konkreten Leistungsanforderungen
lähmen mich.
67
trifft
teils/teils zu
trifft fast
zu
trifft völlig
zu
Psychologischer Post-Test
Wie war‘s?
Den ersten Buchstaben des Vornamens deiner Mutter:
_________
Die ersten beiden Ziffern deines Geburtstages: (z.B.: 04.Dezember)
_________
Deine Hausnummer:
_________
stimmt
völlig
1.
Der Unterricht war
abwechslungsreich.
2.
Ich war neugierig darauf, was wir
in der nächsten Stunde lernen.
3.
Der Unterricht beschäftigte sich
mit Dingen, die mir im täglichen
Leben begegnen.
4.
Es gab Dinge, die mich besonders
interessiert haben.
5.
Ich habe auch außerhalb des
Unterrichts über manche Dinge
nachgedacht, die wir zuletzt
gemacht haben.
6.
Ich habe mit Freunden, Eltern und
Geschwistern über Dinge aus
diesem Gebiet gesprochen.
7.
Ich konnte mich leicht auf diese
Sache konzentrieren.
8.
Ich hatte das Gefühl, für mich
selbst etwas dazugelernt zu haben.
9.
Die Schule würde mir mehr Spaß
machen, wenn wir öfter solche
Dinge behandeln würden.
Stimmt
fast
68
stimmt
teils/teils
stimmt
eher nicht
stimmt
gar nicht
stimmt
völlig
Stimmt
fast
stimmt
teils/teils
stimmt
eher nicht
10. Ich wünschte, es gäbe bald eine
Fernsehsendung über dieses
Thema.
11. Es hat Spaß gemacht, mein
Verständnis für dieses Thema zu
vertiefen.
12. Mit solchen Themen hätte ich mich
auch freiwillig gerne beschäftigt.
13. Ich würde über dieses Thema
gerne noch mehr erfahren.
14. Mein Interesse an Physik ist größer
geworden, seit wir diesen Stoff
durchgenommen haben.
15. Manchmal fand ich es schade,
wenn es klingelte und die Stunde
vorbei war.
Was möchtest du uns noch sagen?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
69
stimmt
gar nicht
9.1-2 Physikalische Tests
Physikalischer Prä-Test
Was weißt du schon?
Den ersten Buchstaben des Vornamens deiner Mutter:
_________
Die ersten beiden Ziffern deines Geburtstages: (z.B.: 04.Dezember)
_________
Deine Hausnummer:
_________
1. Welcher Strahlengang an der Sammellinse ist richtig? Kreuze an!
70
2. Zeichne den Lichtweg beim Sehvorgang ein, wenn das Männchen das Haus
betrachtet.
3. Du stehst einen Meter vor einem Spiegel und schaust dein Spiegelbild an. Nun
gehst du einen Meter zurück, sodass der Abstand zwischen dir und dem Spiegel
zwei Meter beträgt. Wie siehst du dein Spiegelbild jetzt? Kreuze die richtige
Antwort an!
Es erscheint dir...
...unverändert.
...ein Viertel so groß wie zuvor.
...halb so groß wie zuvor.
…auf dem Kopf.
71
4. Wieso erscheint das Bild im Regentropfen auf dem Kopf? Kreuze die richtige
Antwort an.
Das Licht wird im Regentropfen wie in einer Sammellinse gebrochen.
Das Licht wird im Regentropfen wie in einer Streulinse gebrochen.
Die Kamera steht auf dem Kopf.
Das Bild wird bereits durch die Fensterscheibe auf den Kopf gedreht.
5. Zeichne den reflektierten Strahl und die Winkel zwischen einfallendem Strahl und
Lot und zwischen reflektiertem Strahl und Lot.
72
6. Welche der vier Darstellungen ist richtig? Kreuze an!
73
Physikalischer Post-Test
Was weißt du?
Den ersten Buchstaben des Vornamens deiner Mutter:
_________
Die ersten beiden Ziffern deines Geburtstages: (z.B.: 04.Dezember)
_________
Deine Hausnummer:
_________
1. Vervollständige die Definition einer optischen Abbildung.
Bei einer optischen Abbildung fällt Licht auf jeden _________________ von genau
einem _________________.
2. Kreuze die zwei richtigen Aussagen an. Wenn ich bei der Lochkamera das Loch
vergrößere, wird die Abbildung…
…heller.
…dunkler.
…schärfer.
…unschärfer.
3. Nenne zu jedem der folgenden Begriffe den Teil vom Auge, der dort die gleiche
Funktion übernimmt:
Schirm: _________________
Linse: _________________
Loch: ________________
74
4. Ergänze den Lückentext.
Kurzsichtigkeit kann mit Hilfe einer ____________________(Sammellinse, Streulinse)
und Weitsichtigkeit durch eine ____________________(Sammellinse, Streulinse)
korrigiert werden.
5. Ergänze den Lückentext.
Lupen sind nichts anderes als _______________ (Sammellinsen/Streulinsen). Dabei
wird der zu betrachtende Gegenstand zwischen _______________ (Linse/Auge) und
_______________ (Brennpunkt/Bild) gebracht.
6. Kreuze den richtigen Strahlengang an der Sammellinse an!
75
7. Kreuze die richtigen 2 Antworten an.
Bei virtuellen Bildern...
...fallen Lichtstrahlen vom Bild in das Auge.
...fallen Lichtstrahlen vom Gegenstand in das Auge.
...geht das Gehirn davon aus, dass die Lichtstrahlen geradlinig in das Auge
treffen.
...ist das Bild immer genauso groß wie der Gegenstand.
8. Wo muss sich der Gegenstand befinden, sodass man bei der Lupe die stärkste
Vergrößerung erhält? Kreuze die richtige Antwort an.
Nahe am Auge
Nahe an der Linse
Nahe am Brennpunkt
9. Warum kann man virtuelle Bilder nicht auf einem Schirm abbilden? Kreuze die
richtige Antwort an:
Am virtuellen Bild trifft sich kein vom Gegenstand ausgehendes Licht, daher kann
man diese auch nicht sichtbar machen.
Am virtuellen Bild trifft sich nur sehr wenig vom Gegenstand ausgehendes Licht,
sodass es nicht möglich ist diese gut darzustellen.
Virtuelle Bilder können mit einem Schirm sichtbar gemacht werden, allerdings
geht das nur mit einem bestimmten Stoff, der sehr teuer ist.
10. Kreuze die richtigen 2 Antworten an:
Das Scharfstellen beim Auge und bei der Lochkamera mit Linse funktioniert
unterschiedlich.
Im Auge und in der Lochkamera wird das einfallende Licht jeweils durch eine
Sammellinse gebrochen.
Der Ziliarmuskel ist dafür verantwortlich, dass wir das Bild nicht auf dem Kopf
sehen.
76
11. Zeichne in die untere Abbildung…
- …den reflektierten Strahl.
- …den Winkel zwischen einfallendem Strahl und Lot.
- …den Winkel zwischen reflektiertem Strahl und Lot.
77
12. Welche der vier Darstellungen ist richtig? Kreuze an!
13. Zeichne den Lichtweg beim Sehvorgang ein, wenn die Katze den Weihnachtsbaum
betrachtet.
78
14. Du stehst zwei Meter vor einem Spiegel und schaust dein Spiegelbild an. Nun gehst
du einen Meter auf den Spiegel zu, sodass der Abstand zwischen dir und dem
Spiegel einen Meter beträgt. Wie siehst du dein Spiegelbild jetzt? Kreuze die
richtige Antwort an!
Es erscheint dir...
...ein Viertel so groß wie zuvor.
...unverändert.
…auf dem Kopf.
...doppelt so groß wie zuvor.
15. Wieso erscheint das Bild im Regentropfen auf dem Kopf? Kreuze die richtige
Antwort an.
Das Licht wird im Regentropfen wie in einer Streulinse gebrochen.
Die Kamera steht auf dem Kopf.
Das Licht wird im Regentropfen wie in einer Sammellinse gebrochen.
Weil der Regentropfen auf dem Kopf steht.
79
16. Warum sieht man den Text durch die Wassertropfen vergrößert? Kreuze die
richtige Antwort an.
Das Licht wird im Wassertropfen wie in einer Streulinse gebrochen.
Das Licht wird im Wassertropfen wie in einer Lupe gebrochen.
Die Wassertropfen erzeugen wie eine Lochkamera ein reelles Bild, welches
vergrößert ist.
17. Was passiert, wenn das Loch bei der Lochkamera nicht rund, sondern viereckig ist?
Kreuze die richtige Antwort an.
Nichts. (Die Abbildung sieht genauso aus wie bei einem runden Loch.)
Die Abbildung wird verzerrt. (Alle runden Gegenstände werden nun viereckig
abgebildet, alle eckigen bleiben eckig.)
Die Abbildung ist nicht mehr auf dem Kopf, sondern ist aufrecht.
Die Abbildung erhält einen viereckigen Rahmen.
80
18. Stell dir vor, du hast keine Fehlsichtigkeit und ziehst trotzdem eine Brille für
Weitsichtige auf. Zeichne die von einem Punkt des Hauses ausgehenden Strahlen
in die Abbildung unten ein, die in das Auge treffen!
19. Was passiert, wenn man statt einer Sammellinse eine Streulinse in die Lochkamera
einbaut? Kreuze die richtige Antwort an.
Das Bild wäre wieder richtig herum.
Das Bild wäre genauso.
Das Bild wäre immer scharf.
Es entsteht keine Abbildung.
20. In optischen Geräten, z.B. der Fotokamera, werden starre Linsen verwendet, die
Scharfstellung kann also nicht wie beim menschlichen Auge über die Änderung der
Linsenkrümmung erfolgen. Überlege dir, wie man den Gegenstand trotzdem scharf
auf dem Schirm abbilden kann.
Abstand zwischen Linse und Schirm ändern.
Den Gegenstand stärker beleuchten.
Die Linse (Objektiv) austauschen.
Bei gleichem Abstand den Winkel zum Gegenstand ändern.
81
Follow-up
Was weißt du noch?
Den ersten Buchstaben des Vornamens deiner Mutter:
_________
Die ersten beiden Ziffern deines Geburtstages: (z.B.: 04.Dezember)
_________
Deine Hausnummer:
_________
1. Kreuze die zwei richtigen Aussagen an. Wenn ich bei der Lochkamera das Loch
verkleinere, wird die Abbildung…
…dunkler.
…schärfer.
…heller.
…unschärfer.
2. Nenne zu jedem der folgenden Begriffe den Teil der Lochkamera, der dort die
gleiche Funktion wie im Auge übernimmt:
Linse: _________________
Pupille: ________________
Netzhaut: _________________
3. Vervollständige die Definition einer optischen Abbildung.
Bei einer optischen Abbildung fällt Licht auf jeden _________________ von genau
einem _________________.
82
4. Ergänze den Lückentext.
Lupen sind nichts anderes als _______________ (Sammellinsen/Streulinsen). Dabei
wird der zu betrachtende Gegenstand zwischen _______________ (Linse/Auge) und
_______________ (Brennpunkt/Bild) gebracht.
5. Kreuze den richtigen Strahlengang an der Sammellinse an!
6. Ergänze den Lückentext.
Weitsichtigkeit kann durch eine ____________________(Sammellinse, Streulinse)
korrigiert
werden.
Kurzsichtigkeit
kann
mit
Hilfe
einer
____________________(Sammellinse, Streulinse) korrigiert werden.
7. Wo muss sich der Gegenstand befinden, sodass man bei der Lupe die stärkste
Vergrößerung erhält? Kreuze die richtige Antwort an.
Nahe am Auge
Nahe am Brennpunkt
Nahe an der Linse
83
8. Kreuze die 2 richtigen Antworten an:
Im Auge und in der Lochkamera wird das einfallende Licht jeweils durch eine
Sammellinse gebrochen.
Die Pupille sorgt dafür, dass wir das Bild nicht auf dem Kopf sehen.
Das Scharfstellen beim Auge und bei der Lochkamera mit Linse funktioniert
gleich.
Der Ziliarmuskel ist dafür verantwortlich, dass wir das Bild scharf sehen.
9. Zeichne in die untere Abbildung…
-
…den reflektierten Strahl.
…den Winkel zwischen einfallendem Strahl und Lot.
…den Winkel zwischen reflektiertem Strahl und Lot.
84
10. Welche der vier Darstellungen ist richtig? Kreuze an!
11. Kreuze die richtigen 2 Antworten an.
Bei virtuellen Bildern...
...fallen Lichtstrahlen vom Bild in das Auge.
...ist das Bild immer genauso groß wie der Gegenstand.
...geht das Gehirn davon aus, dass die Lichtstrahlen geradlinig in das Auge
treffen.
...fallen Lichtstrahlen vom Gegenstand in das Auge.
85
12. Zeichne den Lichtweg beim Sehvorgang ein, wenn das Kind die Blumen betrachtet.
13. Wieso erscheint das Bild in den Regentropfen auf dem Kopf? Kreuze die richtige
Antwort an.
Das Licht wird in den Regentropfen wie in einer Streulinse gebrochen.
Die Kamera steht auf dem Kopf.
Das Licht wird in den Regentropfen wie in einer Sammellinse gebrochen.
Die Regentropfen stehen auf dem Kopf.
86
14. Was passiert, wenn das Loch bei der Lochkamera nicht rund, sondern dreieckig ist?
Kreuze die richtige Antwort an.
Nichts. Die Abbildung sieht genauso aus wie bei einem runden Loch.
Die Abbildung wird verzerrt. Alle runden Gegenstände werden nun dreieckig
abgebildet, alle eckigen bleiben eckig.
Die Abbildung erhält einen dreieckigen Rahmen.
Die Abbildung ist nicht mehr auf dem Kopf, sondern ist aufrecht.
15. Du stehst einen Meter vor einem Spiegel und schaust dein Spiegelbild an. Nun
gehst du drei Meter zurück, sodass der Abstand zwischen dir und dem Spiegel 3
Meter beträgt. Wie siehst du dein Spiegelbild jetzt? Kreuze die richtige Antwort
an!
Es erscheint dir...
...unverändert.
...dreimal so groß wie zuvor.
…auf dem Kopf.
...ein Drittel so groß wie zuvor.
16. In optischen Geräten, z.B. der Videokamera, werden starre Linsen verwendet, die
Scharfstellung kann also nicht wie beim menschlichen Auge über die Änderung der
Linsenkrümmung erfolgen. Überlege dir, wie man den Gegenstand trotzdem scharf
auf dem Schirm abbilden kann. Kreuze die beiden richtigen Antworten an.
Den Lichteinfall verringern.
Den Abstand zwischen Schirm und Linse ändern.
Die Linse (Objektiv) austauschen.
Bei gleichem Abstand den Winkel zum Gegenstand ändern.
17. Was passiert, wenn man statt einer Sammellinse eine Streulinse in die Lochkamera
einbaut? Kreuze die richtige Antwort an.
Das Bild wäre genauso.
Es entsteht keine Abbildung.
Das Bild wäre wieder richtig herum.
Das Bild wäre immer scharf.
87
18. Warum kann man virtuelle Bilder nicht auf einem Schirm abbilden? Kreuze die
richtige Antwort an:
Am virtuellen Bild trifft sich kein vom Gegenstand ausgehendes Licht, daher kann
man diese auch nicht sichtbar machen.
Virtuelle Bilder können mit einem Schirm sichtbar gemacht werden, allerdings
geht das nur mit einem bestimmten Stoff, der sehr teuer ist.
Am virtuellen Bild trifft sich nur sehr wenig vom Gegenstand ausgehendes Licht,
sodass es nicht möglich ist diese gut darzustellen.
19. Warum sieht man den Text durch die Wassertropfen vergrößert? Kreuze die
richtige Antwort an.
Das Licht wird im Wassertropfen wie in einer Streulinse gebrochen.
Das Licht wird im Wassertropfen wie in einer Lupe gebrochen.
Die Wassertropfen erzeugen wie eine Lochkamera ein reelles Bild, welches
vergrößert ist.
88
20. Stell dir vor, du hast keine Fehlsichtigkeit und ziehst trotzdem eine Brille für
Kurzsichtige auf. Zeichne die von einem Punkt des Hauses ausgehenden Strahlen in
die Abbildung unten ein, die in das Auge treffen!
89
9.2 Arbeitsblätter der Stunde
Arbeitsblätter Versuchsgruppe
Das menschliche Auge
In der heutigen Stunde geht es um das menschliche Auge. Die Stunde ist in drei Blöcke unterteilt:
1) Im ersten Block geht es um die Gemeinsamkeiten von Lochkamera mit Linse und dem
menschlichen Auge.
2) Der zweite Block handelt davon, warum wir alle Gegenstände scharf sehen können, obwohl sie
sich in unterschiedlichen Entfernungen befinden.
3) Im dritten Block beschäftigen wir uns mit den Ursachen für Kurz-und Weitsichtigkeit und wie diese
korrigiert werden können.
Aufgabe 1: Hier lernst Du die Gemeinsamkeiten von Auge und Lochkamera mit Linse kennen.
a) Vergleiche die Strahlengänge beim Auge und bei der Lochkamera mit Linse! Welche
Gemeinsamkeiten gibt es in Aufbau und Funktion?
Eigene Ideen:
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
Merksatz:__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
90
b) Ergänze die Tabelle, indem Du die Teile benennst, die bei Lochkamera und Auge dieselbe Funktion
haben und beschreibe die Funktion.
Lochkamera mit Linse
Auge
Netzhaut
Funktion
Linse
Loch
Übrigens: Wie in der Abbildung auf der ersten Seite zu sehen ist, wird der Gegenstand sowohl auf
dem Schirm der Lochkamera mit Linse als auch auf der Netzhaut des Auges auf dem Kopf stehend
abgebildet. Unser Gehirn verarbeitet diesen Eindruck jedoch so, dass uns der Gegenstand richtig
herum erscheint.
Der folgende Abschnitt behandelt die Scharfstellung des menschlichen Auges. Es wird dabei
thematisiert, warum wir Gegenstände in allen Abständen scharf sehen können.
Aufgabe 2: Hier erfährst Du, wie das Auge automatisch scharfstellt, was Du siehst (Akkommodation)
Fülle den Lückentext aus!
Die Akkommodation beschreibt, wie das Auge auf sowohl ferne als auch nahe Gegenstände
scharfstellt. Durch den Ziliarmuskel kann die ____________________ der Linse variiert werden. Ist
der Muskel angespannt, so ist die Krümmung der Linse____________________; ist der Muskel
entspannt, so ist die Linse ____________________ gekrümmt. Je ____________________ der
betrachtete Gegenstand dem Auge ist, desto stärker muss die Linse gekrümmt werden.
Mit dem Alter nimmt die Elastizität der Linse ab, sodass sie sich nicht mehr so stark krümmen kann.
Darum können nur noch ferne Gegenstände scharf abgebildet werden; nahgelegene Gegenstände
erscheinen unscharf. Dies bezeichnet man als Alterssichtigkeit oder Altersweitsichtigkeit.
Neben der Altersweitsichtigkeit gibt es auch noch andere Gründe für Fehlsichtigkeit. Im folgenden
Abschnitt geht es darum, wie solche Fehlsichtigkeiten entstehen und wie sie korrigiert werden
können.
91
Aufgabe 3: Hier kannst Du lernen, wie Kurz- und Weitsichtigkeit zustande kommt und wie man diese
korrigieren kann.
Zeichne die zur Korrektur notwendige Linse und den korrigierten Strahlengang ein. Ergänze
anschließend den Merksatz.
(Setze die Linse an der Hilfslinie ein. Die gestrichelte Linie zeigt den Strahlengang ohne zusätzliche
Linse.)
Kurzsichtigkeit
Zur Korrektur wird eine ____________________eingesetzt
__________________________________________________________________________________
Weitsichtigkeit
Zur Korrektur wird eine ____________________ eingesetzt
Jetzt solltest Du folgendes können:
- Du kannst das Auge mit einer Lochkamera vergleichen.
- Du kannst erklären, warum wir Gegenstände in allen Entfernungen scharf sehen.
- Du weißt, wie Fehlsichtigkeit zustande kommt und was man dagegen tun kann.
92
Arbeitsblätter Kontrollgruppe
Das menschliche Auge
Aufgabe 1: Strahlengang am Auge und an der Lochkamera mit Linse
a) Vergleiche die Strahlengänge beim Auge und bei der Lochkamera mit Linse! Welche
Gemeinsamkeiten gibt es in Aufbau und Funktion?
Eigene Ideen:
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
Merksatz:__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
93
b) Ergänze die Tabelle, indem Du die Teile benennst, die bei Lochkamera und Auge dieselbe Funktion
haben und beschreibe die Funktion.
Lochkamera mit Linse
Auge
Netzhaut
Funktion
Linse
Loch
Übrigens: Wie in der Abbildung auf dem ersten Blatt zu sehen ist, wird der Gegenstand sowohl auf
dem Schirm der Lochkamera mit Linse als auch auf der Netzhaut des Auges auf dem Kopf stehend
abgebildet. Unser Gehirn verarbeitet diesen Eindruck jedoch so, dass uns der Gegenstand richtig
herum erscheint
Aufgabe 2: Automatische Scharfstellung des Auges (Akkommodation)
Fülle den Lückentext aus!
Die Akkommodation beschreibt, wie das Auge auf sowohl ferne als auch nahe Gegenstände
scharfstellt. Durch den Ziliarmuskel kann die ____________________ der Linse variiert werden. Ist
der Muskel angespannt, so ist die Krümmung der Linse____________________; ist der Muskel
entspannt, so ist die Linse ____________________ gekrümmt. Je ____________________ der
betrachtete Gegenstand dem Auge ist, desto stärker muss die Linse gekrümmt werden.
Mit dem Alter nimmt die Elastizität der Linse ab, sodass sie sich nicht mehr so stark
krümmen kann. Darum können nur noch ferne Gegenstände scharf abgebildet werden;
nahgelegene Gegenstände erscheinen unscharf. Dies bezeichnet man als Alterssichtigkeit
oder Altersweitsichtigkeit.
94
Aufgabe 3: Kurz- und Weitsichtigkeit und Korrekturmöglichkeiten
Zeichne die zur Korrektur notwendige Linse und den korrigierten Strahlengang ein. Ergänze
anschließend den Merksatz.
(Setze die Linse an der Hilfslinie ein. Die gestrichelte Linie zeigt den Strahlengang ohne zusätzliche
Linse.)
Kurzsichtigkeit
Zur Korrektur wird eine ____________________ eingesetzt
___________________________________________________________________________
Weitsichtigkeit
Zur Korrektur wird eine ____________________ eingesetzt
95
9.3 Overheadfolien für die Stunde
Merksatz:__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
96
Lochkamera mit Linse
Auge
Netzhaut
Funktion
Linse
Loch
Entfernter Gegenstand – schwache Krümmung
Nahegelegener Gegenstand – starke Krümmung
97
98
9.4 Hilfsblatt für die optischen Linsen
99
9.5 Versuchsaufbau
Während der Unterrichtsstunde wurde der Versuchsaufbau einige Male verändert. Die
einzelnen Schritte werden im Folgenden chronologisch aufgeführt und sind im Abschnitt
„Versuchsaufbau“ durch die jeweiligen Zahlen in Klammern zugeordnet.
Da für den Versuchsaufbau neben der Laser-Ray-Box (LRB) Linsen aus verschiedenen
Linsensets verwendet wurden und die verwendeten Bilder eigens hierfür ausgemessen und
hergestellt wurden, der Versuch also nicht 1:1 nachstellbar ist, wird hier der Versuchsaufbau
und –ablauf nur qualitativ beschrieben. LRB, Linsen, Gegenstand (Haus) und Augenbilder
sind mit Magnetstreifen oder der bereits angebrachten Magnetbeschichtung an der Tafel
anzubringen.
1. Anfangs wird eine waagerechte Linie gezogen, welche die optische Achse darstellt. Die
LRB wird so angebracht und eingestellt, dass sie zwei parallele Strahlen aussendet, die
parallel zur optischen Achse sind. Direkt davor wird eine Sammellinse angebracht, die der
untere Strahl ungebrochen passieren soll, der obere wird nach unten gebrochen. Am
Schnittpunkt der Strahlen wird der Gegenstand angebracht (hier die Dachspitze des Hauses).
Ferner werden in vorher berechneter Distanz zum Gegenstand zwei senkrechte Hilfslinien A
und B eingezeichnet, an denen sich später die Hauptachsen der Augenlinsen befinden werden.
100
2. Um die Schüler nicht unnötig mit der Linse vor der LRB zur verwirren, wird eine schwarze
Box darübergestülpt, in diesem Fall eine Pappschachtel. Nun wird das erste Bild (Auge ohne
Fehlsichtigkeit) angebracht. Auf dem Blatt sind zwei Hilfslinien eingezeichnet, zum einen die
optische Achse und zum anderen die Hauptachse der Augenlinse. Das Blatt wird so
ausgerichtet, dass die optische Achse mit der an der Tafel übereinstimmt und die Hauptachse
des Auges auf Hilfslinie A liegt. Anschließend wird eine bikonvexe Linse wird auf die
eingezeichnete Augenlinse gelegt, so Abstände müssen vorher so ausgemessen werden, dass
die Strahlen sich nun auf der Netzhaut kreuzen.
3. Das Bild samt Linse wird von der LRB weggezogen, bis die Linsenhauptachse sich mit der
Hilfslinie B deckt. Die Strahlen kreuzen sich nun vor der Netzhaut.
101
4. Die Sammellinse des Auges wird nun durch eine mit niedrigerem Brechungsindex
ausgetauscht, die Strahlen bündeln sich nun wieder auf der Netzhaut (vorher entsprechend
berechnet).
5. Nun wird das Bild des Auges ohne Fehlsichtigkeit mit dem des kurzsichtigen (langer
Augapfel) ausgetauscht, die Linse wird dabei beibehalten. Die Strahlen kreuzen sich vor der
Netzhaut.
102
6. Anschließend wird auf die Hilfslinie vor dem Auge (auf das Blatt aufgedruckt) eine
Streulinse als Brille angebracht, die Strahlen bündeln sich wieder auf der Netzhaut.
7. Das kurzsichtige Auge wird nun gegen das weitsichtige (kurzer Augapfel) ausgetauscht.;
die Augenlinse wird beibehalten, die Streulinse entfernt. Die Strahlen kreuzen sich hinter der
Netzhaut.
103
8. Zum Schluss wird auf die Hilfslinie vor dem Auge eine weitere Sammellinse als Brille
aufgebracht. Die Strahlen kreuzen sich wieder auf der Netzhaut.
104
Bilder zum Versuch (Alle Bilder wurden für die Unterrichtsstunde auf A3 gedruckt)
Auge ohne Fehlsichtigkeit
Kurzsichtiges Auge (DinA3)
105
Weitsichtiges Auge (DinA3)
Gegenstand
106
Zeit
Einheit
Sagen
Machen
Anschreiben
Hintergrundinformationen
NICHT sagen
9.6 Verlaufsplan des Unterrichts
Vorstellung des
Themas
AB 1a)
3-4
Besprechung 1a
107
5
Ihr habt in der letzten Stunde die
Lochkamera kennengelernt, in der
heutigen Stunde lernt ihr das
menschliche Auge aus physikalischer
Sicht kennen. Dazu haben wir euch
zum Einstieg ein Arbeitsblatt
mitgebracht, auf dem ihr die
Strahlengänge bei der LKML und am
menschlichen Auge abgebildet seht.
Füllt den Kopf auf allen Blättern aus,
klebt die Blätter nicht ein! Wir
sammeln sie später ein, werden sie
aber nicht bewerten. Lest euch alles
gut durch und bearbeitet die erste
Seite, dafür hab ihr 3 Minuten Zeit.
Notiert eure Ideen in den Zeilen
neben den Bildern.
Simon/Johanna:
Brechen bedeutet, dass sich die
Richtung der Lichtstrahlen ändert,
wenn sie von einem Medium in ein
anderes übergehen
Überschrift: Das
menschliche Auge
Folie mit Aufgabe 1
auflegen, Tabelle
abdecken
Antworten mündl.
Sammeln
Merksatz
aufdecken und
vorlesen
Die Abbildung eines
Punktes funktioniert
beim Auge genauso
wie
bei der Lochkamera
mit Linse. Das Licht,
das an einem Punkt
des Gegenstandes
gestreut wird, fällt
auf die Sammellinse
und wird durch diese
auf dem Schirm bzw.
der Netzhaut wieder
Gliederung
der Stunde
Ziele, keinen
Ausblick
geben
Zeit
4-5
Einheit
AB 1b)
Sagen
Bearbeitet Aufgabe 1b) auf dem
zweiten Blatt. (Anschließend
Besprechung mit Folie und
gemeinsames Ausfüllen)
Tabelle 1b
aufdecken
Anschließend: Lest noch den Text
unter der Tabelle.
Währenddessen LRB
aufbauen: Falls
noch nicht
geschehen,
Vorbereitung (s.o.);
Bild 1 einsetzen ( an
vorderer
Markierung:
Markierung 1
(20cm) mit Linse 1
(Linse ohne
Nummer))
108
12
Machen
Akkommodation Dieser Aufbau ist ein Modell des
Strahlengangs in Aufgabe 1a. Wie
ihr wisst, wird das Licht, das auf
einen Gegenstand fällt in alle
Richtungen gestreut, wie z.B. hier
von der Spitze des Daches. Wir
betrachten nun allerdings nur diese
beiden Strahlen, da es
übersichtlicher ist.
Hier seht ihr, wie die Strahlen an der
Linse des Auges gebrochen und auf
der Netzhaut wieder gebündelt
werden.
Anschreiben
in einem Bildpunkt
gebündelt.
Folie ausfüllen
Hintergrundinformationen
NICHT sagen
Zeit
Einheit
Sagen
Stellt euch vor, ihr geht ein paar
Schritte zurück und seht euch noch
immer den gleichen Gegenstand an.
Was seht ihr? (Bild wird nicht mehr
scharf abgebildet)
Machen
Anschreiben
109
Hintergrundinformationen
NICHT sagen
Die Linse ist im Auge
mit Zonularfasern am
Zonularfasern;
Linse außen flach
Blatt zurück ziehen zu
Markierung 2 (39cm)
gleiche Linse!
Antworten sammeln
(mündl.)
D.h. wenn man sich ein Stück von
einem Gegenstand entfernt, sieht
man ihn nicht mehr scharf? (nein,
man sieht ihn trotzdem scharf…)
Antworten sammeln
(mündl.)
Welche Möglichkeiten gibt es, dass
ich Gegenstände in verschiedenen
Entfernungen scharf sehe? (Brille,
Kontaktlinse, Auge verformen etc.,
Linse verformen!)
Antworten sammeln
(mündl.)
Auch wenn direkt die
richtige Antwort
kommt, noch ein paar
Vorschläge sammeln
Kommt die richtige
Antwort gar nicht,
KOMMENTARLOS die
Linse1 mit Linse 2
tauschen und wieder
sammeln
Während die Linse getauscht wird:
Wir können die Plastiklinsen nicht
verformen, deshalb tauschen wir sie
aus. Im Auge ändert sich die
Linsenkrümmung.
Wenn man Gegenstände in
verschiedenen Entferngen
Folie mit zwei
unterschiedlich
Zeit
Einheit
Machen
betrachtet, stellt das Auge
automatisch scharf. Dies nennt man
auch Akkommodation des Auges.
Dazu verändert es die Krümmung
der Linse. Betrachten wir einen
nähergelegenen Gegenstand, zieht
sich der Ziliarmuskel wie ein Ring
zusammen und die Linse kann sich
durch ihre eigene Elastizität
krümmen, wodurch sie stärker
bricht. Lässt er locker, wird die Linse
wieder flach gezogen.
gekrümmten Linsen
auflegen
Bearbeitet jetzt Aufgabe 2, das ist
ein Lückentext zu dem, was wir
gerade besprochen haben, und lest
auch den Text darunter.
Besprechung mündl.
110
Sagen
AB Aufgabe 2
Besprechung A2
Fehlsichtigkeit
Wir haben hier die gleiche Linse im
gleichen Abstand zum Objekt (Linse
2)
Bild 2
(Kurzsichtigkeit/langer
Augapfel)
Markierung 2 / Linse
2 bleibt
Anschreiben
Hintergrundinformationen
NICHT sagen
Ziliarmuskel
aufgehängt. Ist dieser
entspannt, so sind
die Fasern straff
gespannt und halten
die Linse flach. Zieht
sich der Muskel
zusammen,
erschlaffen die
Zonularfasern und
die Linse kann sich
aus eigener Elastizität
heraus krümmen.
Entspannt sich der
Muskel wieder, wird
die Linse wieder flach
gezogen. Eigentlich
bleibt die Linse
außen flach und
wölbt sich nur ins
Auge hinein.
und wölbt sich
nur ins Auge
hinein.
Nur auf
Nachfrage
erklären!
Zeit
Einheit
Sagen
111
Beschreibt, was ihr seht!
(Auge hat ne andere Form, Bild wird
nicht scharf abgebildet…)
Da der Augapfel zu lang ist, wird das
Bild nicht auf der Netzhaut scharf
abgebildet, weil sich die Strahlen
schon vor der Netzhaut bündeln. In
diesem Fall spricht man von
Kurzsichtigkeit (Schülerantworten
involvieren).
Welche Möglichkeiten gibt es, diese
Kurzsichtigkeit zu korrigieren?
(Brille, Kontaktlinse, andere Linse,
Auge verformen…).
Was ist denn eine Brille? (Linse, hier
konkav/Streulinse)
Genau, eine Streulinse. Was seht ihr
hier? (Bild ist jetzt scharf, Strahlen
werden in der Brille schon (nach
außen) gebrochen, bündeln sich
dann doch auf der Netzhaut)
Wie sieht es hier aus? (Gleiche
Chose für Weitsichtigkeit und
Sammellinse)
Machen
Stummer Impuls
Antworten sammeln
mündl.
Antworten sammeln
mündl.
Streulinse 5 anheften,
Antworten sammeln
mündl.
Bild 3 (Weitsichtigkeit/
kurzer Augapfel)
Markierung 2 ( Linse 2
im Auge, später
Sammellinse 4 als
Brille)
Antworten sammeln
mündl.
Anschreiben
Hintergrundinformationen
NICHT sagen
Zeit
Einheit
Sagen
AB Aufgabe 3
Bearbeitet jetzt Aufgabe 3
Bei genug Zeit: Besprechung mit
Folie, bei zu wenig Zeit: Folie 3 zur
Bearbeitung schon auflegen
Machen
Anschreiben
Hintergrundinformationen
NICHT sagen
Zusatz-/Notfallinformationen
Hornhautverkrümmung
Die Hornhaut ist nicht kugelförmig sondern ellipsenförmig. Licht wird in senkrechter Richtung anders gebrochen als in waagerechter, (vgl. Blick durchs
Wasserglas), darum wird das Licht nicht in einem Punkt gebündelt sondern in zwei Brennebenen.
112
Linsenschliff
Warum sieht meine Brille nicht konkav aus? Es gibt ganz viele unterschiedliche Möglichkeiten, Linsen zu schleifen oder verschiedene Linsen zu kombinieren.
Außerdem kann man verschiedene Materialien verwenden, die unterschiedlich brechen. Wir betrachten nur die einfachsten.
Kontaktlinsen
Gleiches Prinzip, nur klein, sehr dünn und direkt auf dem Auge zu tragen.
9.7 Bilder und Text zur Studie von Bransford & Johnson 1972
Bild 1
Bransford & Johnson 1972, S. 717
113
Bild 2
Bransford & Johnson 1972, S. 719
114
Text zu den Bildern:
If the balloons popped, the sound wouldn’t be able to carry since everything would be too far
away from the correct floor. A closed window would also prevent the sound from carrying,
since most buildings tend to be well insulated. Since the whole operation depends on a steady
flow of electricity, a break in the middle of the wire would also cause problems. Of course,
the fellow could shout, but the human voice is not loud enough to carry that far. An additional
problem is that a string could break on the instrument. Then there could be no accompaniment
to the message. It is clear that the best situation would involve less distance. Then there would
be fewer potential problems. With face to face contact, the least number of things could go
wrong.
Bransford & Johnson 1972, S. 719
115