Erwerb qualitativer physikalischer Konzepte durch dynamisch-ikonische Repräsentationen von Strukturzusammenhängen

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Schwierigkeiten beim Physiklernen sind seit langem bekannt und vielfältig untersucht worden. Im bisherigen Unterricht spielen qualitative Zusammenhänge im Vergleich zu quantitativen eine nur untergeordnete Rolle. Untersuchungen zeigen, dass Wirkungsgefüge von Schülerinnen und Schülern oft nicht angemessen überschaut werden. Es fehlt an qualitativen Konzepten, was für die Deutung von Vorgängen und erfolgreiches Problemlösen unabdingbare Voraussetzung ist. Mit dem Ziel, den Erwerb von qualitativen Konzepten in der Physik zu fördern, wurden interaktive Visualisierungen kinematischer und dynamischer Vorgänge in Form von dynamisch-ikonischen Repräsentationen (DIR) entwickelt. Ergebnisse einer ersten Feldstudie weisen auf eine grundsätzliche Lernwirksamkeit von DIR hin. Im hier beantragten Projekt soll vor dem Hintergrund des Stands der Forschung zum Lernen mit dynamisch-interaktiven Bildern in vier aufeinander aufbauenden Studien experimentell untersucht werden (1) inwieweit durch das Lernen mit DIR das Verstehen von Liniendiagrammen gefördert wird, (2) welche Struktur das Wissen aufweist, das durch das Lernen mit DIR erworben wird, (3) wie auf Erfahrungen mit DIR während des Problemlösens zurückgegriffen wird und (4) wie die Verwendung von DIR im Physikunterricht optimal gestaltet werden kann.