Advertisement

Die Bildstruktur physikalischer Gefüge — untersucht an ausgewählten Beispielen zum Physikunterricht

  • Raimund Rascher
Chapter
  • 23 Downloads

Zusammenfassung

Im Physikunterricht geht es immer um bereits erforschte physikalische Ge­genstände, die in Lehrbüchern eine längst anerkannte Darstellung gewonnen haben. Das verführt allgemein zu der Ansicht, in den Vordergrund des Unter­richts das „korrekte Übernehmen“ dieses gesicherten und verfügbaren Wissens stellen zu können (was etwa auch in den Katalogen der Lehrpläne seinen Aus­druck findet). Die Kritik dieser mehr oder weniger ausdrücklichen Orientie­rung am logisch-systematischen Aufbau der Physik ist ein Hauptthema dieser Arbeit. Hinsichtlich der Notwendigkeit, physikalische Einsichten und Zu­sammenhänge in den beschriebenen Prozessen zu entwickeln, besteht den bis­herigen Ausführungen nach gerade kein Unterschied zwischen Forschung und Unterricht. Die Gewinnung physikalischer Erkenntnisse ist grundsätzlich mit dieser Entwicklungserfordernis verbunden. Die Sicherheit und Verfügbarkeit physikalischen Wissens wird — in Bezug auf Erlebensprozesse — nur insofern er­reicht, als auch die Unsicherheiten in der Erforschung, im „Erwerb“ physika­lischer Erkenntnisse erfahren wird und die im allgemeinen Erlebenszusammen­hang ursprüngliche Nicht-Verfügbarkeit physikalischer Sichtweise erlebt wird. Diese Paradoxie scheint unumgänglich.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Anmerkungen

  1. 1.
    „... die physikalischen Begriffe präzisieren wir in Begriffssystemen, die durch Grundgleichungen dargestellt werden. Aber sie sind damit nicht erschöpfend beschrieben. Die Beziehung zum Beobachtbaren muß noch ausgesprochen werden, und das geschieht in gewöhnlicher Sprache.“ (HUND, 1979, 11)Google Scholar
  2. 2.
    Schon MACH hat diesen Denkstil in der Physik durch systematische Untersuchungen zu Induktion und Deduktion kritisiert und von sich gewiesen: „psychologische Operationen, durch welche neue Einsichten gewonnen werden, ... mit unpassendem Namen ‘Induktion’ ...“ (MACH, 1980, 317f)Google Scholar
  3. 3.
    Im SS 1985 in Köln, zusammen mit Dr. K. Scheler durchgeführt.Google Scholar
  4. 4.
    Natürlich bedeutet die Tatsache, in der Schule ohne theoretische Physik und Mathematik auskommen zu müssen, eine Einschränkung. Aber man muß gewissermaßen zwischen „Skylla und Charybdis“ durch.Google Scholar
  5. 5.
    Die Umkehrung scheint uns beim Unterricht von FALK und HERRMANN zuzutreffen (FALK und HERRMANN, 1981): Eine Organisation der Physik aus „rein physikalischer Sicht“ stellt sich als psychologisch geschickt heraus.Google Scholar
  6. 6.
    In Anlehnung an die Symbolisierung bei HEISTERKAMP (1974), mit einer wesentlichen Abweichung.Google Scholar
  7. 7.
    Wir beziehen uns auf FEYNMANs Formulierung: „A physical understanding is...“ vgl. auch (MANN, 1984 ).Google Scholar
  8. 8.
    vgl. auch Rascher, 1983.Google Scholar
  9. 9.
    Dasselbe Problem besteht auch etwa zwischen den Bewegungsgesetzen der Mechanik und ihren Erhaltungssätzen.Google Scholar
  10. 10.
    Diese Formulierung des Extremal-Prinzips für Licht („FERMAT-Prinzips“) geht auf HERO von ALEXANDRIEN zurück (vgl. z.B. FEYNMAN u.a., 1967, Bd. I). - Im Hinblick auf den Unterricht an Schulen stehen sprachliche Formulierungen des FERMAT-Prinzips im Vordergrund. Eine seiner mathematischen Formulierung als Extremal-Prinzip entsprechendere wäre sicher „exremaler Weg“; dies schließt „längste Wege“ mit ein. Aber „extremal“ ist ein vollkommen leeres Wort für Schüler. Deshalb beginnt man zweckmäßig mit „kürzester Weg“ (und entwickelt nach und nach das Extremalprinzip bis zu FERMATs Formulierung). Später kann man es als „Extremwertaufgabe“ nutzen, um Reflexions-und Brechungsgesetz abzuleiten. - Eine sehr präzise sprachliche Formulierung des FERMAT-Prinzips gibt FEYNMAN: „A ray going in a particular path has the property that if we make a small change (say a one percent shift) in the ray in any manner whatever, say in the location it comes to the mirror, or the shape of the curve, or anything, there will be no first-order change in the time; there will be only a second-order change in the time. In other words, the principle is that light takes a path such that there are many other paths nearby which take almost exactly the same time“ (1967, Bd. I, 26–7).Google Scholar
  11. 11.
    genauer: die Phasengeschwindigkeiten des Lichtes. In optisch dichteren Medien ist diese Geschwindigkeit kleiner als die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c.Google Scholar
  12. 12.
    SCHRÖDINGER weist darauf hin, daß mit dem SNELLIUS-Gesetz nicht in jedem Fall die Brechung zutreffend erklärt wird. Wenn der Brechungsindex in horizontaler Richtung homogen ist, aber in vertikaler variiert, sagt das Snelliussche Gesetz für einen exakt horizontal einfallenden Lichtstrahl keine Brechung voraus (SCHRÖDINGER, 1966, 5, Fußnote ). Im FERMAT-Prinzip aber wird wegen der Variation über benachbarte Lichtwege eine Brechung vorausgesagt, wie auch nach der Wellentheorie.Google Scholar
  13. 13.
    Das gilt allgemein für alle Wirkungsprinzipien (vgl. BORN, 1969).Google Scholar
  14. 14.
    Ansonsten wurden Geradlinigkeit und Umkehrbarkeit an der Reflexion unmittelbar diskutiert: Der Weg von A nach B würde länger, wenn man ihn etwa im Zickzack oder gekrümmt verlaufen ließe (Geradlinigkeit). Hier zeigten die Schüler ein hervorragendes Augenmaß. - Der Weg von A nach B ist genauso kurz wie der von B nach A (Umkehrbarkeit).Google Scholar
  15. 15.
    vgl. die Formulierung FEYNMANs in [10])Google Scholar
  16. 16.
    Ein erfahrener Lehrer sagte mir dazu sinngemäß: „Wenn die Schüler so auf dem reflektierten Strahl bestehen, dann haben Sie was falsch gemacht; das ist bei mir noch nie passiert!“Google Scholar
  17. 17.
    Ich habe dabei das Spaltexperiment vor Augen: Wenn man die Elektronen hinter dem Spalt nicht beobachtet, nicht stört, erhält man die Wahrscheinlichkeitsverteilung als Quadrat der addierten Wellenfunktionen: P = Ilwl〉+ Iw2〉I2. Stört man die Elektronen z.B. durch Licht, um sie zu beobachten, muß man die Quadrate der Wellenfunktionen addieren: P = Ilwl〉I2 +11W2〉12. Im ersten Fall erhält man Interferenzmuster, im zweiten keine. - Physikalisch-systematisch bzw. logisch gesehen ist dieser Bezug Fehl am Platz. Aber bildlich paßt er, von seiner Gestaltlogik her! - (vgl. Stufe 3: Weit Ausholen - Kombinieren - Zentrieren).Google Scholar
  18. 18.
    Typisch für die Physik ist es auch, nachzulesen oder den Kollegen zu fragen! Außerdem: Mit dem Verweis auf das Fensterglas haben wir das Experiment implizit schon gemacht.Google Scholar
  19. 19.
    Im Folgenden werden einige Passagen aus unserer Veröffentlichung (RASCHER und HOPPENAU, 1984) zitiert, ohne dies jeweils ausdrücklich zu kennzeichnen. Die Abbildungen finden sich teilweise auch: HOPPENAU und RASCHER, 1983 und RASCHER und HOPPENAU, 1983.Google Scholar
  20. 20.
    Z.B. EVANS, 1955; MARMIER und SHELDON, 1970; FEYNMAN, 1982; MESSIAH, 1970; LANDAU und LIFSCHITZ, 1975.Google Scholar
  21. 21.
    Die Energie einer Strahlung gibt die Energie pro Objekt, also etwa pro a-Teilchen an.Google Scholar
  22. 22.
    AE ist der mittlere Energieverlust pro Objekt.Google Scholar

Copyright information

© Springer Fachmedien Wiesbaden 1989

Authors and Affiliations

  • Raimund Rascher

There are no affiliations available

Personalised recommendations