Zusammenfassung
Die Energie wurde und wird im Physikunterricht zumeist als abgeleitete Größe eingeführt (Kraft Arbeit Energie). Innovative physikdidaktische Ansätze gehen dagegen von der Energie als grundlegender physikalischer Größe aus und stellen sie von Beginn an in das Zentrum des Unterrichts. Im Kapitel werden vier Konzeptionen vorgestellt, die sich von der traditionellen Vorgehensweise unterscheiden. Das Spektrum erstreckt sich von fachorientierten Ansätzen, die nach sachstruktureller Stringenz streben, bis zu schülerorientierten Ansätzen, die an ausbaufähige Energie-Vorstellungen bei Lernenden anknüpfen oder auf Lebensweltbezüge achten. Fachliche Klärungen nehmen in diesem Kapitel einen größeren Raum ein als in anderen Kapiteln des Buches.
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Notes
- 1.
Eine erweiterte und vertiefte fachliche Einordnung der Konzeptionen zu Energie und Wärme ist in den Materialien zum Buch verfügbar (https://aeccp.univie.ac.at/lehrer-innen/unterrichtskonzeptionen).
- 2.
„Mengenartig“ ist dabei aber nicht mit Materie oder Substanz gleichzusetzen.
- 3.
Müller (2014, S. 135 f.).
- 4.
Streng genommen ist Gl. 6.2 eine Bilanzierungsvorschrift unter der Annahme der Konstanz der Gesamtenergie.
- 5.
Ein Perpetuum mobile 2. Art würde den 2. Hauptsatz verletzen.
- 6.
zur Qualität der Energie s. Müller (2014, S. 242 ff.).
- 7.
Strunk (2015) bezieht das Konzept „Wärme“ daher nicht allein auf den thermischen Energiefluss, sondern assoziiert damit gleichzeitig einen Entropiefluss.
- 8.
Müller (2014, S. 274).
- 9.
Strunk (2015, S. 57; Hervorhebung im Original).
- 10.
Ein weiterer Ansatz zur Konzeptualisierung der Energie mit einer deutlich fachlichen Perspektive wird im Zusammenhang mit Unterrichtskonzeptionen zu Feldern in Abschn. 10.5 vorgestellt (Feldenergiekonzept).
- 11.
- 12.
KMK (2005).
- 13.
- 14.
- 15.
Schecker und Wilhelm (2018).
- 16.
Crossley und Starauschek (2010).
- 17.
- 18.
KMK (2004).
- 19.
- 20.
KMK (2020, S. 20).
- 21.
z. B. im Lehrwerk Impulse Physik. Oberstufe (Bredthauer et al. 2010, S. 357).
- 22.
- 23.
Herrmann-Abell und DeBoer (2017).
- 24.
- 25.
Herrmann-Abell und DeBoer (2017, S. 18 f.).
- 26.
Backhaus und Schlichting (1981a).
- 27.
Backhaus (1982, S. 2).
- 28.
Schlichting und Backhaus (1984); Schlichting und Backhaus (1987); Schlichting und Backhaus (1980); Schlichting (1983). Die darin vorgeschlagene Konzeptualisierung der Energieentwertung hat Eingang in Schulbücher und Lehrpläne der Sekundarstufe I gefunden, z. B. Fokus Physik (Schweitzer et al. 2015, 30 ff.) und Impulse Physik (Bredthauer et al. 2011, 84 f.).
- 29.
Schlichting (1983).
- 30.
Schlichting und Backhaus (1987, S. 15).
- 31.
- 32.
Schlichting und Backhaus (1987, S. 17).
- 33.
Schlichting (1983, S. 59).
- 34.
- 35.
Herrmann et al. (2014).
- 36.
Falk (1968).
- 37.
Herrmann et al. (2014).
- 38.
Falk und Herrmann (1981).
- 39.
Man kann hier auch von einem Sprachspiel sprechen. Wie z. B. bei einem Schachspiel die Figuren bestimmte Züge ausführen können und damit Regeln folgen, wird das Wort „Energie“, in der Sprache ebenfalls nach bestimmten Regeln in bestimmten Kontexten verwendet.
- 40.
In der Konzeption von Backhaus und Schlichting wird das gleiche Beispiel für die Verbindung von Energieentwertung und Energieerhaltung verwendet (Abschn. 6.3).
- 41.
Heutzutage müsste natürlich auch diskutiert werden, dass nur die Mehrwegflaschen wieder in einer Abfüllanlage befüllt werden, auch wenn es für die meisten Einwegflaschen Pfand gibt.
- 42.
Fischler und Schecker (2018).
- 43.
Wilhelm und Schecker (2018, Kap. 3.3).
- 44.
Job (1972).
- 45.
Starauschek (2001, S. 190).
- 46.
Starauschek (2001, S. 198 f.).
- 47.
Starauschek (2001, S. 199).
- 48.
- 49.
Kesidou und Duit (1991) kommen zu einer ähnlichen Einschätzung.
- 50.
Die Grundidee der Konzeption wurde bereits in der Frankfurter Arbeitsgruppe um Jung und Wiesner entwickelt (z. B. Jung, Weber und Wiesner 1977).
- 51.
Bader (2001, S. 7).
- 52.
ISB (o. J.) in der Fassung von 2009.
- 53.
Bader (2001, S. 17).
- 54.
- 55.
„Unter der inneren Energie versteht man diejenige Energie, die übrig bleibt, wenn man von der Gesamtenergie des Systems die äußere, rein mechanische Energie (kinetische oder potentielle) Energie abzieht.“ (Bader 2001, S. 73).
- 56.
Bader (2001, S. 42).
- 57.
Bader (2001, S. 7).
- 58.
Wiesner und Waltner (2009).
- 59.
Wiesner und Waltner (2009).
- 60.
- 61.
Muckenfuß (1995, S. 276, Hervorhebung im Original).
- 62.
An dieser Stelle zeigt sich eine Verwandtschaft zum Karlsruher Physikkurs (Abschn. 6.4). Abgeleitete Größen bei Muckenfuß sind – bis auf das Vorzeichen und die Potenzialdifferenz im elektrischen Stromkreis – die intensiven Größen (Gl. 6.7) des KPK, d. h. die partiellen Ableitungen der Funktion der Energie in Abhängigkeit der extensiven Größen.
- 63.
Eine Formulierung für die Schüler lautet z. B.: „Die Spannung von 1 V bedeutet, dass bei einem Ladungsstrom von 1 A ein Energiestrom von 1 W fließt“.
- 64.
Die Details finden sich in Abschn. 8.4.2.
- 65.
Andere Länderausgaben und nachfolgende Ausgaben geben die Konzeption nicht mehr in geeigneter Weise wieder.
- 66.
KMK (2005); für die gymnasiale Oberstufe wird der Energieerhaltungssatz unter dem Basiskonzept „Erhaltung und Gleichgewicht“ angeführt (KMK 2020).
Literatur
Backhaus, U. (1982). Die Entropie als Größe zur Beschreibung der Unumkehrbarkeit von Vorgängen. Diss., Universität Osnabrück.
Backhaus, U., & Schlichting, H. J. (1981a). Die Unumkehrbarkeit natürlicher Vorgänge. Phänomenologie und Messung als Vorbereitung des Entropiebegriffs. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 34(3), 153–160. http://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/unumkehrbarkeitvorgaenge.pdf.
Backhaus, U., & Schlichting, H. J. (1981b). Die Einführung der Entropie als Irreversibilitätsmaß – Begriffsbildung und Anwendung auf einfache Beispiele. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 34(5), 282–291.
Bader, M. (2001). Vergleichende Untersuchung eines neuen Lehrganges „Einführung in die mechanische Energie und Wärmelehre“. Diss., Ludwig-Maximilians-Universität, Fakultät für Physik, München. https://aeccp.univie.ac.at/lehrer-innen/unterrichtskonzeptionen.
Berger, R., & Wiesner, H. (1997). Zum Verständnis grundlegender Begriffe und Phänomene der Thermodynamik bei Studierenden. In: Fachausschuss Didaktik der Physik, Vorträge auf der Frühjahrstagung 1997. Berlin: Technische Universität, Institut für Fachdidaktik Physik und Lehrerbildung.
Bredthauer, W., Bruns, K. G., Burmeister, O., Grote, M., Köhncke, H., & Schlobinski-Voigt, U. (2016). Impulse Physik 7/8. Niedersachsen. Stuttgart: Klett.
Bredthauer, W., et al. (2010). Impulse Physik Oberstufe. Stuttgart: Klett.
Bredthauer, W., et al. (2011). Impulse Physik Mittelstufe für Gymnasien. Stuttgart: Klett.
Crossley, A. (2012). Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher physikalischer Konzepte auf den Wissenserwerb in der Thermodynamik der Sekundarstufe I. Diss. Berlin: Logos.
Crossley, A., & Starauschek, E. (2010). Schülerassoziationen zur Energie. Ergebnisse auf Kategorienebene. PhyDid B – Didaktik der Physik – Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung.
Duit, R. (1981). Understanding Energy as a Conserved Quantity – Remarks on the Article by R. U. Sexl. European Journal of Science Education, 3(3), 291–301. https://doi.org/10.1080/0140528810030306.
Duit, R. (2007). Energie. Ein zentraler Begriff der Naturwissenschaften und des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik, 101, 4–7.
Falk, G. (1968). Theoretische Physik (Bd. II). Berlin: Springer.
Falk, G., & Herrmann, F. (1981). Neue Physik. Das Energiebuch. Hannover: Schroedel.
Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2016). Feynman-Vorlesungen über Physik (6. Aufl.). Berlin: de Gruyter.
Fischler, H., & Schecker, H. (2018). Schülervorstellungen zu Teilchen und Wärme. In H. Schecker, T. Wilhelm, M. Hopf, & R. Duit (Hrsg.), Schülervorstellungen und Physikunterricht (S. 115–138). Berlin: Springer.
Heepmann, B., Muckenfuß, H., Pollmann, M., Schröter, W., & Gottberg, A. (2006). Natur und Technik. Physik Klasse 9/10. Realschule Nordrhein-Westfalen. Handreichungen für den Unterricht, mit Kopiervorlagen (1. Aufl.). Berlin: Cornelsen.
Herrmann, F., Haas, K., Laukenmann, M., Mingirulli, L., Morawietz, P., & Schmälze, P. (2014). Der Karlsruher Physikkurs. http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/kpk_material.html.
Herrmann-Abell, C. F., & DeBoer, G. E. (2017). Investigating a learning progression for energy ideas from upper elementary through high school. Journal of Research in Science Teaching, 55(1), 68–93. https://doi.org/10.1002/tea.21411.
ISB. (o. J.). Die Energie als Erhaltungsgröße – ein Unterrichtskonzept (Materialien zum Lehrplan an Bayerischen Gymnasium, 8. Jahrgangsstufe). München: Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung, Referat Naturwissenschaften. http://www.gym8-lehrplan.bayern.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/id_26437.html.
Job, G. (1972). Neudarstellung der Wärmelehre. Frankfurt a. M.: Akademische Verlagsanstalt.
Jung, W., Weber, H., & Wiesner, H. (1977). Der Energiebegriff als Erhaltungsgröße. Eine Einführung in der Sekundarstufe I. physica didactica, 4(1), 1–19.
Kesidou, S., & Duit, R. (1991). Wärme, Energie, Irreversibilität – Schülervorstellungen im herkömmlichen Unterricht und im Karlsruher Ansatz. physica didactica, 18(2–3), 57–75.
Kesidou, S., & Duit, R. (1993). Students’ conceptions of the second law of thermodynamics – an interpretive study. Journal of Research in Science Teaching, 30(1), 85–106. https://doi.org/10.1002/tea.3660300107.
KMK. Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.). (2004). Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Physik (EPA). Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1.12.1989 i. d. F. vom 5.2.2004. München: Luchterhand.
KMK. Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.). (2005). Bildungsstandards im Fach Physik für den Mittleren Schulabschluss. München: Luchterhand.
KMK. Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.). (2020). Bildungsstandards im Fach Physik für die Allgemeine Hochschulreife (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 18.06.2020). Berlin: Sekretariat der Kultusministerkonferenz. http://www.kmk.org/fileadmin/Dateien/veroeffentlichungen_beschluesse/2020/2020_06_18-BildungsstandardsAHR_Physik.pdf.
Kuhn, W., & Müller, R. (Hrsg.). (2009). Kuhn Physik SI Niedersachsen. Braunschweig: Bildungshaus Schulverlage.
Kurnaz, M. A., & Sağlam-Arslan, A. (2011). A thematic review of some studies investigating students’ alternative conceptions about energy. Eurasian Journal of Physics and Chemistry Education, 3(1), 51–74.
Labudde, P. (1993). „Arbeit“ im Alltag und in der Physik. In P. Labudde (Hrsg.), Erlebniswelt Physik (S. 42–49). Bonn: Dümmler.
Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen (Hrsg.). (2014). Kernlehrplan für die Sekundarstufe II Gymnasium/Gesamtschule in Nordrhein-Westfalen. Physik. Düsseldorf: Ministerin für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen.
Muckenfuß, H. (1995). Lernen im sinnstiftenden Kontext. Entwurf einer zeitgemäßen Didaktik des Physikunterrichts. Berlin: Cornelsen.
Muckenfuß, H., & Nordmeier, V. (Hrsg.). (2009). Physik Interaktiv – Natur und Technik. Ausgabe A. Gesamtband. Berlin: Cornelsen.
Müller, R. (2009). Klassische Mechanik: Vom Weitsprung zum Marsflug. Berlin: De Gruyter.
Müller, R. (2014). Thermodynamik. Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk. Berlin: de Gruyter.
Neumann, K., Viering, T., Boone, W. J., & Fischer, H. E. (2013). Towards a learning progression of energy. Journal of Research in Science Teaching, 50(2), 162–188. https://doi.org/10.1002/tea.21061.
Niedersächsisches Kultusministerium (Hrsg.). (2017). Kerncurriculum für das Gymnasium, gymnasiale Oberstufe. Physik. Hannover: Niedersächsisches Kultusministerium.
Opitz, S. T., Neumann, K., Bernholt, S., & Harms, U. (2017). How do students understand energy in biology, chemistry, and physics? Development and validation of an assessment instrument. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 13(7), 3019–3042. https://doi.org/10.12973/eurasia.2017.00703a.
Robinsohn, S. B. (1972). Bildungsreform als Revision des Curriculum und ein Strukturkonzept für Curriculumentwicklung. Neuwied: Luchterhand.
Schecker, H., & Wilhelm, T. (2018). Schülervorstellungen in der Mechanik. In H. Schecker, T. Wilhelm, M. Hopf, & R. Duit (Hrsg.), Schülervorstellungen und Physikunterricht (S. 63–88). Berlin: Springer.
Schlichting, H. J. (1983). Energie und Energieentwertung in Naturwissenschaft und Umwelt. Arbeitsbuch für Schüler der Sekundarstufen I und II. Heidelberg: Quelle & Meyer. https://aeccp.univie.ac.at/lehrer-innen/unterrichtskonzeptionen.
Schlichting, H. J. (2000a). Energieentwertung – Ein qualitativer Zugang zur Irreversibilität. Praxis der Naturwissenschaften – Physik, 49(2), 2–6.
Schlichting, H. J. (2000b). Von der Energieentwertung zur Entropie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik, 49(2), 7–11.
Schlichting, H. J. (2000c). Von der Dissipation zur dissipativen Struktur. Praxis der Naturwissenschaften – Physik, 49(2), 12–16.
Schlichting, H. J., & Backhaus, U. (1980). Vom Wert der Energie. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik/Chemie(11), 377–381.
Schlichting, H. J., & Backhaus, U. (1984). Energieverbrauch und Energieentwertung. Der Physikunterricht(3), 24–40.
Schlichting, H. J., & Backhaus, U. (1987). Energieentwertung und der Antrieb von Vorgängen. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik/Chemie, 35(24), 15–24.
Schweitzer, S., et al. (2015). Fokus Physik, Gymnasium 7–10, Niedersachsen G9. Berlin: Cornelsen.
Sexl, R. U. (1979). Bemerkungen zur Didaktik des Energiebegriffes. Physik und Didaktik, 7(3), 179–181.
Starauschek, E. (2001). Physikunterricht nach dem Karlsruher Physikkurs. Ergebnisse einer Evaluationsstudie. Berlin: Logos.
Starauschek, E. (2010). Mit Aufgaben Schülervorstellungen zur Wärmelehre erkunden. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik, 21(115), 8–11.
Strunk, C. (2015). Moderne Thermodynamik – Von einfachen Systemen zu Nanostrukturen. Berlin: de Gruyter.
Wiesner, H., & Waltner, C. (2009). Temperatur und innere Energie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 58(3), 22–26.
Wilhelm, T., & Schecker, H. (2018). Strategien für den Umgang mit Schülervorstellungen. In H. Schecker, T. Wilhelm, M. Hopf, & R. Duit (Hrsg.), Schülervorstellungen und Physikunterricht (S. 39–61). Berlin: Springer.
Wilke, H.-J. (1994). Zur didaktisch-methodischen Einführung der physikalischen Größe Energie im Physikunterricht. Physik in der Schule, 32(3), 84–91.
Wolfram, P. (1994). Über den Zugang zu den Begriffen „Arbeit – Energie“. Physik in der Schule, 32(3), 92–95.
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