Sch lervorstellungen in der Elektrizit tslehre

1. Schülervorstellungen in der Elektrizitätslehre

2. Die Erwartungen bestimmen die Wahrnehmung Ein Didaktisches Experiment: Ein Draht soll mit Gleichstrom zum Glühen gebracht werden. In einer 10. Klasse werden drei Meinun-gen vertreten: Das Erglühen geht von links nach rechts bzw. umgekehrt 2. Das Erglühen setzt in der Mitte an, weil die Ströme von rechts und links in der Mitte zusammenprallen. 3. Das Erglühen geschieht gleichmäßig. Ergebnis: Nach der Durchführung hatte jede Gruppe das gesehen, was sie zu sehen erwartete.

3. Aufgabe die Schülervorstellungen sichtbar werden lässt

5. Generelle Schemata in derelementaren Elektrizitätslehre

6. Generelle Schemata in derelementaren Elektrizitätslehre

7. Untersuchung von Vorstellungen zur Elektrizität

8. Vorstellungen von der Elektrizität • Strom wird verbraucht – Entwertung des Stromes – Verminderung des Stromes durch Widerstände • „ruhende“ Ströme • Keine Unterscheidung von Spannung und Strom – Spannung ist eine Eigenschaft des Stromes • Sequentielle Argumentation Änderungen „vorne“ im Stromkreis wirken sich auf Elemente „hinten“ aus Änderungen „hinten“ im Stromkreis wirken sich nicht auf Elemente „vorne“ aus

9. Vorstellungen vom Strom alsBrennstoff und Stromverbrauch Strom ist in der Batterie gespeichert, fließt zur Lampe und wird dort verbraucht („Für was zahlen wir sonst unsere Stromrechnung?“). Bei Reihenschaltungen: Vor jeder Lampe ist die Stromstärke größer als nach der Lampe. Im Unterricht garantiert die Demonstration der gleichen Stromstärke vor und nach der Lampe keine dauerhafte Veränderung. „Strom“ meint in unserer Alltagssprache das, was in der Physik mit „Energie“ bezeichnet wird. Die Notwendigkeit des geschlossenen Stromkreises ist nicht bewusst (wird nur als Lehrsatz genannt, aber nicht angewandt; Alltag: nur ein Kabel zu Steckdose).

10. Vorstellungen von der Stromquelle als Konstantstromquelle Eine Quelle liefert immer eine konstante Strom-stärke, unabhängig von der Anzahl angeschlossener Glühbirnen. Die Vorstellung hängt mit der Vorstellung „Strom als Brennstoff“ zusammen. Diese Vorstellung wird durch den Begriff „Strom-quelle“ gefördert. Deshalb besser: Zunächst „Elektrizitätsquelle“, später „Spannungsquelle“

11. Lokales Denken statt systemisches Denken Schüler richten ihre Aufmerksamkeit auf einen Punkt des Stromkreises, der Stromkreis als System wird ignoriert. Beispiele: – Konstantstromquelle: Strom der Quelle unabhängig vom Rest – Strom in Verzweigungen: Strom sieht nur die lokale Verzweigung, Zusammenhang mit Rest des Kreises wird nicht gesehen. Ein Gebilde wie eine Parallelschaltung innerhalb einer Reihenschaltung wird losgelöst vom Rest (lokal) betrachtet.

12. Sequentielles Denken bestimmt die Vorstellungen Der Stromkreis wird mit Begriffen wie „vor“ und „nach“ dem Widerstand analysiert. Eine Änderung „vorne“ im Stromkreis wirkt sich auf „hinten“ aus. Eine Änderung „hinten“ wirkt sich aber nicht auf „vorne“ aus. Beispiele: – Es macht in der Abbildung einen Unterschied, welches R geändert wird.R1 wirkt sich auf die Helligkeitder Lampe aus, R2 nicht. – Konstantstromquelle: Quelle weiß nicht,was hinten kommt. – Strom in Verzweigungen: Strom weiß inVerzweigung nicht, was hinten kommt.

13. Vorstellungen zum Strom- undSpannungsbegriff „Spannung“ wird nicht von „Strom“ getrennt (mangelnde Differenzierung). Die Begriffe werden nicht verwechselt, sondern es fehlt ein Konzept für „Spannung“ und für „Strom“. Spannung ist eine Eigenschaft des elektrischen Stromes. Ca. 40% geben an, dass zwischen Allen Eckpunkten eine Spannung von 6 V herrscht.

14. Schülervorstellungen zuelektrischen Schaltungen Mangelnde Unterscheidung zwischen Reihen- und Parallelschaltung – Entscheidend ist die Anzahl der Bauteile, nicht die Schaltung. Umsetzung Schaltbild in realen Stromkreis oder umgekehrt – Leichte Verformungen oder Drehungen von Schaltskizzen werden als anderer Stromkreis aufgefasst. Schaltung von Messgeräten – Messgeräte sind kein Teil des Stromkreises – Sie beeinflussen unabhängig von der Schaltung nicht den Stromfluss.

15. Nochmal:Schülervorstellungen zur Elektrizität In der Batterie ist Strom gespeichert Strom wird verbraucht Der Strom macht sich auf den Weg von der Quelle zu den Verbrauchern und entscheidet unterwegs, wie er sich aufteilt Die Batterie gibt (Strom) - die Lampe nimmt Die Batterie entscheidet, wie viel „Strom“ sie liefert. Jede Lampe entscheidet, wie viel Strom sie nimmt Spannung ist eine Eigenschaft von „Strom“ („Stromspannung“) Ohne Strom keine Spannung

16. Wie hängen die Begriffe Batterie, Spannungund Stromstärke zusammen? Anja: „In der Batterie ist elektrischer Strom. Unter der elektrischen Spannung kann ich mir eigentlich kaum etwas vorstellen.“ Doris: „In der Batterie ist beides drin, elektrischer Strom und elektrische Spannung.“ Clemens: „In der Batterie ist nur elektrischer Strom. Eine elektrische Spannung gibt es nur, wenn ein Verbraucher angeschlossen wird.“ Bernd: „In der Batterie gibt es keinen elektrischen Strom, aber an den Polen der Batterie gibt es immer eine elektrische Spannung.“ Evi: „In der Batterie gibt es weder einen elektrischen Strom noch eine elektrische Spannung. Solange kein Verbraucher angeschlossen ist, fließt kein elektrischer Strom und es gibt auch keine elektrische Spannung.“ Weißt Du noch, wie Du Dir vor dem Unterricht den elektrischen Strom und die elektrische Spannung bei einer neuen Batterie vorgestellt hattest? Du kannst auch angeben, dass Du dieselben Vorstellungen wie eine/r der obrigen Schüler/innen hattest.

17. Die Stromstärken in einer Schaltung mitparallel geschalteten Widerständen?

18. Die Stromstärken in einer Schaltung mitparallel geschalteten Widerständen? Anja: „Die Gesamtstromstärke Ig bleibt gleich. Die Teilströme I1 und I2 werden geringer.“ Begründung: „Ein Teil des Stromes fließt jetzt auch durch den Widerstand R3 und somit verringert sich die Stromstärke durch R1 und R2.“ Bernd: „Die Gesamtstromstärke Ig und die Teilsströme I1 und I2 werden geringer.“ Begründung: „Der Strom wird jetzt durch einen weiteren Widerstand R3 gebremst.“ Clemens: „Die Gesamtstromstärke Ig und der Teilstrom I1 bleiben gleich. Der Teilstrom I2 wird geringer.“ Begründung: „Der ankommende Strom teilt sich auch R2 und R3 auf.“ Doris: „Die Gesamtstromstärke Ig wird größer. Die Teilströme I1 und I2 bleiben gleich.“ Begründung: „Mit dem neuen Zweig steigt die Gesamtstromstärke, d.h. der Gesamtwiderstand wird kleiner. An R1 und R2 liegt immer noch die gleich Spannung, so dass die Teilströme I1 und I2 unverändert bleiben.

19. The End