Multi-repräsentationale Lernaufgaben zur Vektoranalysis in der Studieneingangsphase

Abstract

Um Vektorfeldkonzepte wie Divergenz oder Rotation in physikalischen Kontexten anzuwenden, ist ein solides Verständnis ihrer Grundlagen erforderlich. Bisherige empirische Forschungsergebnisse bei Studierenden zeigten hierbei Schwierigkeiten auf, die sich z. B. auf die visuelle Interpretation von Vektorfelddiagrammen zurückführen lassen und in physikalische Anwendungsgebiete, z. B. die Elektrodynamik, transferieren. Im Einklang mit lerntheoretischen Erkenntnissen wird daher der Einsatz multipler Repräsentationen bei der Vermittlung dieser Konzepte empfohlen. Auf Basis empirischer Vorarbeiten wurden Lernaufgaben entwickelt, die einen visuellen Zugang zur Vektoranalysis anhand von multiplen Repräsentationen (MR) ermöglichen und Zeichenaktivitäten sowie ein interaktives Vektorfeld-Visualisierungswerkzeug integrieren. Die MR-Lernaufgaben wurden in die begleitenden Übungen einer Elektromagnetismus-Vorlesung an der Universität Göttingen implementiert (N = 81). Die Wirksamkeitsanalyse ergab höhere Lerneffekte der MR-Lernaufgaben im Vergleich zu traditionellen, rechenbasierten Aufgaben. Eine Implementation der Lernaufgaben in die begleitenden Übungen einer Vorlesung zu mathematischen Methoden der Physik an der RWTH Aachen zielt neben einer Replikation der Ergebnisse auf die Lernwirksamkeit der MR-Lernaufgaben bezüglich der Anwendung vektoranalytischer Konzepte in physikalischen Kontexten ab. Dieser Beitrag präsentiert die Konzeption entsprechender Aufgaben eines Performanztests zur Anwendung der Vektoranalysis in der Fluidmechanik, Elektro- sowie Magnetostatik.