Konzeption und Evaluation eines Unterrichtskonzepts zu einfachen Stromkreisen auf Basis des Elektronengasmodells

Die Vorstellung vieler Schülerinnen und Schüler von elektrischen Stromkreisen ist maßgeblich vom Stromkonzept geprägt, während die Spannung oft lediglich als Eigenschaft des elektrischen Stroms wahrgenommen wird. In der Folge verfügen viele Lernende nach der Sekundarstufe I oftmals über kein angemessenes konzeptionelles Verständnis von einfachen Stromkreisen. Gegenstand der vorliegenden Design-Based-Research-Arbeit ist deshalb die theoriegeleitete Entwicklung und empirische Evaluation eines Unterrichtskonzepts zu einfachen Stromkreisen auf Grundlage eines didaktisch elementarisierten Elektronengasmodells für die Sekundarstufe I. Ein wesentliches Ziel besteht darin, den Lernenden ein qualitatives, konzeptionelles Verständnis der Grundbegriffe Spannung, Stromstärke und Widerstand sowie ihrer wechselseitigen Beziehung in einfachen Stromkreisen zu vermitteln. Hierzu wird das elektrische Potenzial mit dem Luftdruck bzw. dem sog. "elektrischen Druck" in einem Leiter verglichen und die elektrische Spannung dementsprechend als "elektrischer Druckunterschied" noch vor dem elektrischen Strom eingeführt. Im Rahmen der empirischen Evaluation mit 790 Schülerinnen und Schülern zeigte sich, dass das neue Unterrichtskonzept verglichen mit dem traditionellen Physikunterricht zu einem deutlich besseren konzeptionellen Verständnis elektrischer Stromkreise führt, was sich u.a. in einem signifikant höheren Lernzuwachs widerspiegelt. Darüber hinaus geben die unterrichtenden Lehrkräfte an, das Konzept als wesentliche Verbesserung ihres Unterrichts wahrgenommen zu haben.