Das Didaktische Potential von Modellbildungssystemen

Physikalische Abläufe zu sehen, ist eines, sie in ihren Abhängigkeiten zu strukturieren und damit Abläufe zu begründen, evtl. auch neue Abläufe vorherzusagen, ein anderes. Hier kann das Arbeiten mit Modellen das Erkennen von Strukturzusammenhängen auf mehrfache Weise entscheidend unterstützen :

• durch die Visualisierung des zugrunde liegenden Wirkungsgefüges als ein Netzwerk von Beziehungen zwischen einzelnen physikalischen Abhängigkeiten
• durch die automatische Berechnung und Darstellung des Ablaufs, die auf der Basis des als grafischen Netzwerk vorliegenden Wirkungsgefüges vorgenommen werden,
• durch das interaktive Arbeiten mit dem Ein - Ausgabe - System :
  vorliegendes Wirkungsgefüge - Darstellung des berechneten Ablaufs; damit können erwartete Konsequenzen für den Ablauf, die sich aus der Abänderung des Wirkungsgefüges ergeben, mit dem berechneten und gemessenen Ablauf verglichen werden und die Lernenden können die Angemessenheit der eigenen Vorstellungen hinterfragen.

Die besonderen Visualisierungsmöglichkeiten des PAKMA-VisEdit

Gegenüber anderen Modellbildungssystemen zeichnet sich PAKMA-VisEdit durch zusätzliche lernfördernde Gestaltungselemente aus :

• Parallel zum berechneten Ablauf können Animationen mit dargestellt werden, die den Ablauf veranschaulichen und parallel zu herkömmlich eingesetzten Graphen kontextnah visualisieren.
• Zusätzlich können relevante physikalische Größen in dem Kontext der Animation dynamisch ikonisch repräsentiert werden. Dadurch werden Aussagen von noch nicht so geübten Lernenden deutlich leichter erschlossen als aus Graphen
• Mit dem Einsatz von VisEdit-Wirkungsgefügen stehen auch Mess-Operationen (sowohl für Low-Cost-Geräte, z.B. die PC-Maus, wie das Cassy-S-System der Firma Leybold) zur Verfügung, so dass sowohl Messungen allein wie auch Messungen parallel zu Modellabläufen ermittelt und vergleichend dargestellt werden können.
• Schließlich können auch aufgenommene Videos in PAKMA-Programmen z.B. parallel zur Modellbildung mit dargestellt werden.

Mit diesen zusätzlichen Gestaltungselementen können im Zusammenhang mit Modellbildungen neue methodische Konzeptionen mit PAKMA-VisEdit realisiert werden, die bisher nicht umsetzbar waren :

• Wenn zu einer abgegrenzten Thematik ein Modell zu erstellen ist, kann in den verschiedenen Entwicklungsstadien die Angemessenheit der sich aus dem Modell ergebenden Abläufe mit bereits vorhandenen, vorstrukturierten Animationselementen getestet werden, die entsprechend dem erstellten Modell ablaufen, wobei auch bereits dynamisch ikonische Repräsentationen für relevante physikalische Größen eingesetzt werden.
• Schüler können zu einer Fragestellung anhand einer Simulation, die mit PAKMA- VisEdit erstellt wurde, die zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge wie mit einer herkömmlichen Simulation erarbeiten. Zur Vertiefung können sie dann anschließend die zugrunde liegenden Strukturzusammenhänge anhand des Wirkungsgefüges analysieren, mit dem das Modell berechnet wird, das Basis der Simulation ist. Hier können die Lernenden aber nicht nur hinter die Simulation schauen. Ausgehend von einer solchen Modellbildungssimulation können sie das vorliegende Modell entsprechend einer abgewandelten Fragestellung verändern und den neuen Ablauf kritisch analysieren und damit ihre physikalischen Vorstellungen prüfen
• Sollte ein Modell mit der Realität verglichen werden, so ist dies mit PAKMA-VisEdit sogar online während des Versuchablaufs möglich, da Messdatenerfassung und - Aufbereitung sowie Modellberechnung parallel erfolgen können. Zusätzlich kann am Bildschirm der Ablauf zusammen mit dynamisch ikonischen Repräsentationen mit Hilfe von vorstrukturierten Animationselementen veranschaulicht werden. Diese unterstützen, insbesondere bei der Wiederholung des Ablaufs in Zeitlupen oder im Einzelschrittmodus, das Erfassen des Ablaufs und seine Analyse.
• Ein sehr elegantes Vorgehen, bei Bewegungsabläufen Realität und Modell miteinander zu vergleichen, ist der Einsatz von Videoaufnahmen. Spielt man das Video in PAKMA ab, so kann der mit dem erstellten Modell ermittelte Bewegungsablauf direkt über die einzelnen Frames des Videos gelegt und so direkt Realität und Modell verglichen werden. Auch hier bietet es sich an, den Modellablauf durch Animationselemente zu ergänzen und dynamisch ikonische Repräsentation einzusetzen, um wichtige physikalische Größen kontextnah darzustellen.

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