Pfeile als mentales Werkzeug

Abstract

Mit Pfeilen lassen sich auf angemessene Weise im Physik- und Mathematikunterricht in verschiedenen Themenbereichen vektorielle Betrachtungen umsetzen. Solche Vektorpfeile stellen ein Symbolsystem dar, mit dem sich Situationen mathematisieren und Probleme modellieren lassen. Ist das Wissen um die Handhabung der Vektorpfeile nicht an spezielle Inhalte und Kontexte gebunden, eröffnen sich für den Agierenden auch in unbekannten, neuen Situationen erweiterte Handlungsoptionen. Vektorpfeile funktionieren dann als sogenannte mentale Werkzeuge. Es war das Ziel der im Mechanikunterricht der Mittelstufe umgesetzten Studie, einen entsprechenden Transfer von Wissen sichtbar zu machen. Die Studie ist als quasiexperimentelle Feldstudie mit drei Treatmentgruppen und einer Baselinegruppe angelegt worden. Die Treatments umfassen mehrstündige Lerneinheiten, in denen das Konzept der Vektorpfeile mit ein, zwei beziehungsweise ohne physikalische Anwendungen der Pfeile gelehrt wurde. Eine erhöhte Anzahl an Anwendungen betont die Inhaltsunabhängigkeit und Flexibilität der Pfeile und vermittelt sie im Sinne eines mentalen Werkzeugs. Hypothesenkonform wird bezüglich einer Skala des Nachtests sichtbar, dass der Unterricht, der mehrere Anwendungen umfasst, zu höheren Leistungen der Probanden bei ihnen unbekannten Anwendungen führt. Außerdem zeigt eine explorative Analyse, dass schwache Probanden besonders vom anwendungsreichen Unterricht profitieren. Es wird jedoch insgesamt deutlich, dass für die Nutzung der Vektorpfeile als mentales Werkzeug weitere Einflussfaktoren eine Rolle spielen.

Arrows can be used in an adequate way to carry out vector calculations in different subject areas of physics and mathematics education. Such vector arrows can be understood as a symbol system with which situations and problems can be modelled mathematically. If the knowledge about the usage of arrows is not attached to specific contents and contexts, additional options arise in new and unknown situations. In this case vector arrows act as so called mental tools. It was the aim of the implemented study to verify such a transfer of knowledge in mechanics education of middle school. The study was designed as a quasi-experimental field study with three treatment groups and one baseline group. The treatments consists of four lessons in which the concept of vector arrows was taught with one, two or without an embodiment of the arrows by physical quantity. An increased number of embodiments emphasizes the independence of contents and the flexibility of the arrows. Thus, arrows become a mental tool. In line with the hypothesis one scale of the post-test shows that the teaching, which involves multiple embodiments of arrows, leads to higher performance related to unknown embodiments.However, it becomes clear, that other factors play a role in the usage of arrows as mental tools.