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1. 280 Abbildung 93 dUML Aktivit tsdiagramm zur systematischen Analyse des Chat Programms unyollstandi 2 seen ER iken 286 Abbildung 94 dJUML Aktivit tsdiagramm zur systematischen Analyse des Chat Programms Baao SEAN IE ee ee ee ee 286 Abbildung 95 W hrend des Unterrichtsgespr chs korrigiertes Diagramm 287 Abbildung 96 Die Oberfl che des von den Sch lern programmi erten Ampel Steuerungs Prociono era T O 288 Abbildung 97 Die Simulation bei ihrem Start Jedes K stchen symbolisiert einen Sch ler mit seinem Ersparten und seinem in DM ausgedr ckten Bedarf an einem Mobilfunkger t 293 Abbildung 98 Das Ende dieser Simulation im Zeitraum Z1 1 Mittlerweile haben sich 10 der 32 Sch ler nach einer Periode des Sparens ein Mobilfunkger t gekauft 294 Abbildung 99 Der Simulationsverlauf nach Einf hrung des Sozialneid Parameters 295 314 Pers nliche Daten Name Anschrift Telefon dienstlich Privat E Mail Geburtsort Datum Lehr Lernphasen 1981 1990 1990 1991 1991 1996 1997 1999 Seit 1999 Nebent tigkeiten 1993 2000 1993 1995 1996 1997 1999 2002 Lebenslauf Andre Bresges Dellplatz 7 526 47051 Duisburg 0203 379 3036 0177 2737437 bresges uni duisburg de Wesel am Niederrhein 15 4 1971 Gymnas um Voerde Abschluss Abitur mit den Leistungskursen Physik und Deutsch sowie den F chern Mathemat
2. Meadows D et al Die Grenzen des Wachstums Bericht des Club of Rome zur Lage der Menschheit Stuttgart 17 Auflage 2000 Mellor J Ward P Strukturierte Systemanalyse von Echtzeit Systemen M nchen Wien Hanser 1991 Mietzel G Wege in die Psychologie Stuttgart Klett Cotta 9 Auflage 1998 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule n Nordrhein Westfalen Fach Informatik Frechen Ritterbach Verlag 1999 Minister um f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule n Nordrhein Westfalen Fach Physik Frechen Ritterbach Verlag 1999 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule n Nordrhein Westfalen Fach Technik Frechen Ritterbach Verlag GmbH 1999 307 Ministerium f r Schule Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Bereinigte Amtliche Sammlung der Schulvorschriften des Landes Nordrhein Westfalen BASS Ausgabe 2001 02 Frechen Verlagsgesellschaft Ritterbach 2001 Mohamed M The effects of learning LOGO computer language upon higher cognitive processes and the analytic
3. mm Da DO T ar iT Ra r i Ion u D Ti Z Ir m T x Z gt E amp al amp a m m T T m Fa wi o 1O T ci E i ea E g all T iT J pm me T J T 5 2 CL D L gt Ti mg T em a Ti y T id o Die Bitte 2c Beschreibe den Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung ist eigentlich als eine Antwortalternative zu den vorhergehenden Fragen 2a und 2b zu verstehen S e soll denjenigen Sch lerinnen und Sch lern die mit den offenen Assoziationsfragen zur Geschwindigkeit und Beschleunigung nichts anfangen konnten die M glichkeit geben durch den Vergleich der beiden Begriffe eine pr zisierte Antwort zu geben 214 a Fe S zy ei 8 A m A O g aS am h p lt S O A g iert M dchen Jungen Wiederholung von 2a b oder keine trennbare Antwort 22 057 12 658 Mit Konstanz der Bewegung argumentierend 47142 45 569 Hier halbquant tatiwe Erkl rung 18 571 5 5607 Hier Formel Unbrauchbar U nwerst ndlich Begriffe gleichformig ungleichf rmig 15 189 Geschwindgkeitszunahmes anderung durch Beschl 7 2 L T T T m i m S Zi i 5 en 7 4 D 5 iT T m T zu 15 397 Die pr zisere Fragestellung bringt ein verringertes Spektrum m glicher Antworten mit sich Die Diagramme der verschiedenen Gruppen sehen sich entsprechend hnlich Das ist zun chst ein Argument daf r freie
4. 166 e Ein fest vorzugebende Strecke S die das Objekt zwischen zwei Aktivit ten des Timer Objektes zur cklegt als weitere unabh ngige Variable e Der resultierende Geschwindigkeit v als abh ngige Variable Die quantitative Auswertung der zwei Messreihen f hrte zu nachvollziehbaren Ergebnissen Interpretation der Ergebnisse durch die Sch ler Den Sch lern fiel auf das die Zeiten die beim Zur cklegen der gleichm igen 2 m Abst nde durch den Rollenwagen verstrichen n cht konstant blieben Im Gegensatz zu der Bewegung des Objektes auf dem Bildschirm so folgerten Sie bleibt hier die Geschwindigkeit v offenbar nicht konstant Ebenso fielen den Sch lern beim schienengebundenen Wagen Ver nderungen der Abst nde zwischen jeweils zwei Messpunkten auf obwohl die zeitlichen Intervalle zwischen dem Setzen zweier Messpunkte konstant bleiben Dies konnten die Sch ler unter Einsatz der Geschwindigkeitsgleichung mit einer nderung der Geschwindigkeit v w hrend des Abrollens erkl ren nat rlich vor allem hervorgerufen durch die nicht eliminierte Neigung der Schiene Auch hier wurde der Gegensatz zur Simulation auf dem Bildschirm deutlich Nach der quantitativen Auswertung der Experimente waren die qualitativen Unterschiede der zwei Experimente und der Modellwelt zueinander wesentlicher Gegenstand der Diskussion mit der Lerngruppe Der Weg zur mathematischen Beschreibung der drei unterschiedlichen Situationen f hrte schlie lich
5. 225 HAI DIOEDNISSe Seine IR REN RES ER REIN ER IR En HER one er Es er napEre 226 3 3 4 6 Frage d Analyse eines Bewegunssprofils 22 32 E e EE 229 KIAGO AUSWERIUNG ee ee ee er ee ee ee 231 3 9 4 0 2 TIYDOINeSCcnIOFMULENIND nee ee een 234 LOS OTUP ENES Pd Netsesseniseitsseissh ne esse se rohen see 235 2 929 ZUSOMMIENOSSUNG ss ee een 236 5 4 DRITTER TEIL EINSATZ ERPROBUNG UND EVALUATION VON KOMPONENTENORIENTIERTER LERNSOFTWARE IM TECHNIKUNTERRICHT DER GYMNASIALEN OBERSTUFE nuaessssnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 237 5 4 1 ber das Unterrichtsthema uncaaceennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnennnnnnne 237 5 4 2 Evaluation zur Verbesserung des Lernverhaltens a 2 238 43 Multimedia und Pro ckimeih de susanne 240 5 4 4 Blanuns der Unterfichtsteihe ssauehsehseibaknbeebaehabaunbeithah nt 242 SAAL Der KontextderUnterrichtstehe a nee a 242 5442 Die Lemernippe nutze een le u I BR usa a 243 5 4 4 3 Der Schwerpunkt der Arbeit unter fachlichen Aspekten sssssssssssseseeeeeeeeneeeeennnn 244 SARA Syslemanalyse uses aut need ie nen ee A 244 JAAS Besiinsbesimmunsen tr ee ee ee ges 245 5 4 4 6 Das Verhalten von Gliedern eines Regelkreises open loop Betrachtung e 246 5 4 4 7 Effekte die im geschlossenen Regelkreis auftreten k nnen closed loop Betrachtung 249 5 4 4 8 Strukturierung der Unterrichtsreihe und des Lernmodul
6. berfl ssig ist Begr nde jeweils Deine Entscheidung Welchen Regler Welche Reglerkombination w rdest Du w hlen Aufgabe 4 Programmierung von Reglern Bei der Programmierung des PD Reglers wurde ein Programm entwickelt und erprobt steht dir w hrend der Klausur zur Verf gung Es hat jedoch einen Nachteil es wird nur ermittelt ob seit der letzten Messung einer nderung der Regelgr e x z stattgefunden hat Eine Regelabweichung kann aber auch entstehen wenn jemand pl tzlich den Sollwert ndert Wandle das Programm so ab dass der D Anteil des PD Reglers auch auf eine solche nderung reagiert also tats chlich einer pl tzlichen Anderung der Regelabweichung entgegenwirkt Erstelle mit Hilfe der aus dem Lernmodul entnommenen Informationen das Programm f r einen Integral Regler I Regler Erstelle zun chst den Programmablaufplan dann das eigentliche Programm Ein Vergleich mit Aufgabenteil a ist sicher hilfreich 281 Numerische Integration mit der Rechteckregel Der Computer wei auch nicht wie man die Stammfunktion einer Funktion f t ermittelt Aber eigentlich ist das bestimmte Integral einer Funktion f t ja nur die Fl che zwischen der Funktion und der x Achse Und an die kann man auch einfacher herankommen Betrachte die Grafik rechts Man kann die Fl che unter der Kurve einfach in viele Rechtecke zerlegen Alle Rechtecke haben schon mal die gleiche Breite dt auf der t Achse Die H he wechselt all
7. e durch Variation der Parameter t und S ihres Programms Antworten auf die oben beschrie benen Fragen zu erhalten Aus den von den Kleingruppen gelieferten und im Plenum diskutierten Antworten ergab sich folgendes an der Tafel fixierte Ergebnis Zu 1 Wenn das zeitliche Intervall t verk rzt wird bewegt s ch das Moorhuhn schneller Denn Das Moorhuhn braucht weniger Zeit t um die gleiche Strecke S zur ck zu legen Wenn das zeitliche Intervall t verl ngert wird bewegt s ch das Moorhuhn langsamer da das Moorhuhn mehr Zeit t braucht um die gleiche Strecke S zur ckzulegen Zu 2 Wenn die Strecke S vergr ert wird bewegt sich das Moorhuhn in der gleichen Zeit t um eine gr ere Strecke S und wird dadurch schneller Wird die Strecke S verk rzt und das Intervall t bleibt gleich wird das Moorhuhn langsamer 5 3 2 4 Abgleich des Software Modells zur gleichf rmig geradlinigen Bewegung mit der Realit t durch physikalische Experimente Durch die Auseinandersetzung mit dem Software Objekt Moorhuhn s nd folgende Begriffe bei der Lerngruppe eingef hrt worden 1 Zur ckgelegte Strecke s 2 Verstrichene Zeit t 3 Geschwindigkeit v Es soll nun berpr ft werden inwieweit die in der Modellwelt der Software S mulat on gefundenen einfachen Zusammenh nge der Real t t entsprechen und w e dieses Verhalten realer Objekte sich durch die Messmethoden der Physik berpr fen und quant fiz eren l sst
8. Experimen te machen die Sache erst interessant In einer etwas zusammenh ngenderen Rede stellte ein Sch ler dar das sie die Simulation zwar gerne programmiert h tten aber doch nur durch die Experimente beweisen konnten dass die Simulationen auch echt waren Ein anderer Sch ler verwies auf den Parameter und auch auf die entsprechende Variable die bei der Behandlung der gleichf rmigen Bewegung genutzt wurde Man m sste sich daf r ja sonst Zahlen ausdenken Der Abgleich mit der physikalischen Realit t verhindert also m Auge der Sch ler dass die Simulation willk rlich erscheint 235 5 3 5 Zusammenfassung Die begleitende Untersuchung zum Einsatz Objektorientierter Modellbildung m Physikunterricht sollte vor allem belegen dass die Objektorientierte Modellbildung als Unter richtsmethode einem konventionellen Schema von Physikunterricht mindestens gleichwertig ist und die besondere konzeptuelle berlegenheit in den Bereichen M dchenf rderung und Probleml sendes Denken und Handeln zeigen Es sollte abgesch tzt werden inwieweit der Zeitaufwand f r die Einf hrung des Computers als Werkzeug zur Modellbildung die Aufmerksamkeit der Sch ler auf den physikalischen Hintergrund raubt Gleichzeitig sollte sorgf ltig gepr ft werden ob der mass ve Einsatz von Computern und die Programmierung von Software Modellen physikalischer Vorg nge zu einer Benachteilung von M dchen m Physikunterricht f
9. Semantische Stufe Kommunikationsmodell Um die Vorstellungen ber den Gegenstand mit anderen Personen austauschen zu k nnen wird eine Ausdrucksform desselben in einer intersubjektiv verst ndlichen Sprache gebildet Dies wird als Kommunikationsmodell bezeichnet Semantische Stufe Zeichenmodell Die Lautform wird auf eine Zeichenform abgebildet Semantische Stufe Fachsprachliche Darstellung F r das Zeichenmodell wird eine Fachsprache gebildet Symbole und Begriffe werden verbindlich definiert Semantische Stufe Rechnermodell Darstellung des Modells n einer formalen Sprache um eine Abbildung des Gegenstandes im Rechner zu generieren Bemerkenswert ist dass in dieser inkrementellen Darstellung das Rechnermodell vor allem auch eine Erweiterung des Kommunikationsmodells darstellt Damit muss das Rechnermodell von vorne herein auch als M glichkeit zum Transport d h zur Kommunikation einer Modellvorstellung verstanden werden 18 M ller 1992 Seite 80 ff 17 2 6 Definition von Modellgr en Parameter oder Konstanten sind Gr en die ber die Beobachtungszeit konstant bleiben Oft sind es Naturkonstanten wie z B die Solarkonstante von 1 4 kW m Exogene Gr en sind Ver nderliche d e auf das System einen Einfluss haben auf die das System selbst aber keinen Einfluss nehmen kann Zustandsgr en werden oft auch als Bestands oder Speichergr en bezeichnet Ihr jeweiliger Zustand kennzeichnet auch gl
10. beschreibt aber dabei keine Formel bem ht Die quantitativen und die halbquan titativen Antworten bilden zusammen die Gruppe der w nschenswerten Antworten auf die Frage 2a Insbesondere die Sch ler der Vergleichsgruppe antworteten auf die Frage nach dem Begriff Geschwindigkeit mit der offenbar auswendig gelernten Definition der konstanten Geschwin digkeit In der Vergleichsgruppe s nd es immerhin 42 der M dchen allerdings nur 18 der Jungen Dies k nnte auf eine Taktik der M dchen im konventionellen Unterricht Hinweisen sich durch das Auswendiglernen von Begriffen durch den Unterricht und ber d e Klausur zu retten Bei den Teilnehmern des Unterrichtsversuchs trat dieses Verhalten kaum auf bei den vorgekommenen Antworten dieser Art 6 n der Laborgruppe 11 m Feldversuch ist keine nennenswerte Asymmetrie zwischen Jungen und M dchen erkennbar M glicherweise bietet die Struktur der Unterrichtsreihe die st rker auf die Auspr gung von Vorstel lungsmodellen als auf das Bilden von Begriffen orientiert ist auch weniger Ansatzpunkte f r diese Taktik Bei allen Gruppen ungef hr gleich h ufig kam die Nennung von Einheiten der Geschwin digkeit km h bzw m s vor Im Feldversuch wurde hier kein geschlechtsspezifischer Un terschied deutlich wobei Labor und Vergleichsgruppen noch deutlich Asymmetrie mit un terschiedlichem Vorzeichen zeigten Die brigen Klassen von m glichen Antworten sind marginal besetzt Die Angabe
11. bis Fahrzeit gt 0 und Fahrzeit lt 10 bis Weiter n Abbildung 21 Struktogramm Darstellung eines Programmes zur Arbeitszeitberechnung Abbildung 22 Programmablaufplan eines Programmes zur Berechnung von linearem Wachstum Doberenz W Kowalski T Visual Basic 6 M nchen Wien Hanser 1999 Seite 307 59 Das Struktogramm erzwingt die Beschr nkung des Programmentwurfes auf die 5 Dijkstra Diagramme oder D Diagramme l die Ausf hrung einer einfachen Aktion Aktion a 2 IFc THEN Aktion a END 3 IFc THEN Aktion a ELSE Aktion B END 4 WHILE c DO Aktion _a END 5 die serielle Hintereinanderausf hrung einer oder aller der oben aufgef hrten Diagramme Die Beschr nkung auf D Diagramme wird auch als GOTO lose Programmierung bezeichnet B hm und Jacobini haben 1966 gezeigt dass es f r jedes Ablaufschema eines Algorithmus ein quivalentes Ablaufschema gibt das nur D Diagramme verwendet und damit der Defi nition nach selbst ein D Diagramm ist Es ist wichtig zu verstehen dass Kontrollflussdiagramme keine Modellierungen eines realen Systems darstellen Sie beschreiben lediglich den Ablauf eines Algorithmus Verfahren der Modellierung waren damals in der Informatik noch wenig gebr uchlich die grafisch unter st tzte Analyse eines Systems fand nicht selten bei einem Arbeitsessen auf der ber hmten Papierserviette statt In den 1960er und 1970er Jahren war es im
12. e Die Ausbildung von Studenten f r das Lehramt n den F chern Phys k und Technologie e Die Produktion von Lehr und Informationsmedien die technische Systeme und naturwissenschaftliche Prozesse zum Inhalt haben und e Der Unterricht in Physik und Technik an allgemeinbildenden Schulen Die Arbeit ist erfolgreich wenn erwiesen ist dass Handlungen die im Einklang mit den gebildeten Modellvorstellungen stehen zu einem sinnvollen Ergebnis f hren Die Art des Ergebnisses variiert nat rlich stark mit dem Kontext In den meisten F llen handelt es sich bei den Ergebnissen aber um nachweisbare Medienprodukte z B mit Studenten erstellte Lehrfilme oder mit Sch lern entwickelte Computersimulationen Diese Medienprodukte sind nicht nur mit Hilfe der Modellvorstellungen entstanden sondern dienen gleichzeitig als Transportbeh lter des Modells auf einer bestimmten Reduktionsstufe Zur Erreichung dieses Z eles folge ich dem hier dargestellten Ablauf Zun chst soll im ersten Kapitel der Begriff des Modells gekl rt und f r die vorliegende Arbeit definiert werden Hierzu nutze ich eine Bandbreite von naturwissenschaftlicher technischer und wissenschaftstheoretischer Literatur Im anschlie enden zweiten Kapitel soll m glichst umfassend dargestellt werden wie der Vorgang der Modellbildung in drei verschiedenen Bezugswissenschaften gehandhabt wird n der Physik in der Technologie und in der Informatik Diese Auswahl an Bezugs wissen
13. spezielle Gebiete des Informationsumsatzes kommt ein Versuch zur Drehzahl Frequenz und Spannungsregelung eines Motor Generator Satzes e Aus dem Teilgebiet Stoffumsatz in technischen Systemen stammt ein Versuch der Werkstoffkunde Hier wird die Zugfestigkeit von St hlen mit Hilfe aufgebrachter Dehnungs Messstreifen erfasst e Aus dem Teilgebiet Energieumsatz in technischen Systemen stammt ein Versuch zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wasserkraft mit Hilfe einer Pelton Turbine Dieser wurde mit Hilfe von COLEEN Komponenten f r eine ferngesteuerte Ver suchsdurchf hrung ber TCP IP Netzwerk vorbereitet Ein bereits erprobter Anwen dungsbereich ist die Durchf hrung von Fernsteuerungsexperimenten zusammen mit Schulen Durch die Entwicklung von Messtechnik Komponenten entlang der exemplarischen Leit experimente wird gew hrleistet dass die Aufgaben der Komponenten innerhalb des kom plexen Messaufbaus deutlich w rd Die Komponenten m Bereich Messtechnik ergeben in der Regel wenig Sinn wenn sie isoliert betrachtet werden 5 2 3 2 Der Themenbereich Messtechnik Wie bereits geschildert wurden die Komponenten des Themenbereiches Messtechnik entlang dreier exemplarischer Leitexeperimente aus den Bereichen Umsatz von Stoff S Energie E und Information I entwickelt Die Concept Maps der COLEEN Datenbank geben entsprechend direkt die Struktur der Leitexperimente wieder gleichzeitig spiegeln sie die Funktion der das
14. Die Aufgabe der Regeleinrichtung sind in jedem Fall das Erfassen der Regelgr e Formelzeichen x der Vergleich mit der F h rungsgr e Formelzeichen w und das Bilden einer Stellgr e Formelzeichen y Die F h rungsgr e w st n der Definition des Begriffs der Regelung definiert worden siehe Beginn dieses Abschnittes x und y sind die die Regeleinrichtung und die Regelstrecke verbindenden Gr en Hier ist bei der Vermittlung u erste Umsicht geboten x ist die Eingangsgr e der Regeleinrichtung aber die Ausgangsgr e der Regelstrecke Umgekehrt ist y die Ausgangs gr e der Regelstrecke aber die Eingangsgr e der Regeleinrichtung Dadurch wird die eben beschriebene Gegenkopplung gew hrleistet Vielfach werden die Begriffe Regeleinrichtung und Regler nicht klar voneinander abgegrenzt Als Regler darf der signifikante Teil einer kompletten Regeleinrichtung bezeich net werden der den Vergleicher f r den Vergleich von Istwert und F hrungsgr e enth lt Er muss nach DIN dann aber noch mindestens ein weiteres wesentliches Bauglied zum Bei spiel einen Verst rker oder Zeitglieder enthalten weil man ihn ansonsten einfach als Ver gleicher bezeichnen k nnte Der Begriff der Regelgr e ben tigt n unterrichtsmethodischer Hinsicht eine genauere Be trachtung Nach DIN ist die Regelgr e die Gr e in der Regelstrecke die zum Zwecke des Regelns erfasst und der Regeleinrichtung zug
15. Die VDI Richtlinie 2222 n der Fassung von 1977 f hrt selbst den Versuch einer Darstellung der Funktionsgliederung und der verkn pften Funktionsstruktur des Chargenprozesses W sche waschen vor der nach der Auffassung von Arp gescheitert ist Bei der gro en Vielzahl technischer Systeme die auch aufgrund ihrer wachsenden Vielseitigkeit mehrere T tigkeiten im zeitlichen Nacheinander durchf hren k nnen und dabei noch auf die Koordination und dynamische Interaktion mit anderen Systemen angewiesen sind erreicht eine statische Darstellung der Flussgr en die prinzipielle Grenze ihrer Leistungsf higkeit Zur L sung dieses Problems bietet sich eine vereinfachte Form des Sequenzdiagramms an wie es in der Unified Modeling Language definiert wird Verein deutscher Ingenieure VDD VDI Richtlinie 2222 Blatt 1 Konstruktionsmethodik Konstruieren technischer Produkte Berlin K ln Beuth Verlag 1977 Bild 3 03 3 04 104 Arp H Vorlesung zur allgemeinen Technologie Didaktik der Technik IV Gerhard Mercator Universit t Duisburg 87 Aufruf Objekt 2 FE R ckgabe eines Wertes Abbildung 34 Sequenzdiagramm gem UML Notation Das Sequenzdiagramm besitzt 2 Koordinaten mit eigenst ndiger Bedeutung Auf der waage rechten Achse werden nebeneinander die an der Aktivit t beteiligten Klassen als Rechtecke gezeichnet mit dem Klassenbezeichner innerhalb des Rechteckes Eine erweiterte Darstellung mit de
16. False End Select For i nTo3 Text1 i Text T 1000 Next i End Sub AED MH EEE Te YEA RAS n7 Abbildung 71 Die Arbeitsumgebung der Sch ler bei der Anpassung der Simulation an die real gemessenen Werte Parameter Etage Strecke Realfilm Parameter Parameter Parameter 6 0 6 5 6 85 7 0 Tabelle 1 Quantitative Auswertung Vergleich zwischen den Zeiten f r Realfilm und Softwaremodell Eine Einstellung des Parameters auf den Wert 6 85 liefert eine gute Ann herung an die Realit t Auch bei optimaler Anpassung aller Zwischenzeiten liegt der letzte Wert in der Si mulat on 1 60s noch etwas niedriger als n der Realit t 1 64s Dies kann mit dem Einsetzen des Luftwiderstandes erkl rt werden der im letzten Abschnitt des Falles nat rlich st rker wirkt als vorher und in der Simulation nicht enthalten ist Dieser Umstand wurde in der Grup pe diskutiert und f hrte zu der Entscheidung die Simulation mit dem Parameter 6 85 als die 184 Simulation mit der gr ten Real t tsn he zu betrachten da sie ber den gr eren Teil des Prozesses die real t tsnahesten Werte ergibt Dies ist gleichbedeutend mit der Entscheidung den Einfluss des Luftwiderstandes so weit wie m glich vernachl ssigen zu wollen Bei der Auswertung musste nun lediglich die Einheit des Parameters in das Ma system ber f hrt werden das in der Realit t Verwendung findet Die Programmierumgebung von Visual Bas c arbeitet mit einer abs
17. Platoon am meisten Sorgfalt auf die Beantwortung der Leitfragen verwendet In der 271 Tabelle 3 ist ersichtlich dass die Gruppe die Fragen anschlie end jeweils ein zweites Mal beantwortet hat bei den Fragen zum Motor Generatorprinzip 1 Satz zum Ausprobieren bei den Fragen zum Regelkreis und zu den Reglertypen 2 und 3 Satz aber eindeutig um eine h here Punktzahl zu erreichen Dies obwohl ich deutlich gemacht habe dass die Beantwortung der Leitfragen n keinem Bezug zur Note stehen kann Nachdem die Grundlagen mit den Leitfragen erarbeitet wurden benutzten die Sch ler etwa ber eine Viertelstunde 1000 Sekunden die Karte Nummer 14 Pfeil 3 in der Funktion und Beschaltung des Leistungstransistors erkl rt wird In diesem Zeitraum bearbeiteten sie meiner Beobachtung nach den Versuch 1 Realisierung einer Schaltung zur manuellen Steuerung dessen wesentlicher Bestandteil die korrekte Verwendung eben dieses Leistungs transistors ist Zum Abschluss des Versuchs 1 sollen die Sch ler entscheiden ob es sich be dem Gleich strommotor um eine Regelstrecke mit P oder mit I Verhalten handelt Wie man sieht haben sich die Sch ler eingehend mit den Karten 5 und 6 PT Strecke I Strecke ausein andergesetzt auch vergleichend zwischen beiden Karten gewechselt Pfeil 4 um zur einer Entscheidung zu kommen Wie die Protokollsoftware vermerkt hat war die Antwort auf Anhieb richtig es wurde also wahrscheinlich nicht ger
18. auf Ereignis warten zur ckf hrt Die Sch ler haben richtig erkannt dass das Programm beim Abbau der ersten Verbindung nicht den Programmlauf einstellt statt dessen kehrt das Programm in den Wartezustand zur ck von wo es auf eine Benutzer anforderung hin wieder eine Verbindung aufbauen kann Allerdings muss bei einer bedingten Verzweigung zwingend eine Angabe gemacht werden in welchem Fall welcher bergang erfolgt Generell macht es an dieser Stelle mehr Sinn den direkten bergang zum Programmabschluss zu verwerfen und statt dessen nur noch den direkten bergang vom Abbau der Verbindung in den Wartezustand zu zeichnen Das Diagramm wurde n der Gruppe diskutiert generell wurde zun chst bem ngelt dass durch die Fehlerbehandlung eine Vielzahl neuer berg nge von jeder anderen Aktivit t zur Fehlerpr fung und von da ggf zur Fehlerbehandlung zum Diagramm kommen w rde Da durch wirke das Diagramm nun sehr un bersichtlich Durch ein fragend entwickelndes Unterrichtsgespr ch wurde nun die Qualit t der Aktivit t Fehler tritt auf in Frage gestellt die ja das Ziel der zahlreichen berg nge darstellt Nach einer kurzen Pr fung der Bedeutung der verschiedenen Symbole des Aktivit tsdiagramms wurde klar dass Fehler tritt auf keine Aktivit t ist sondern ein Ereignis das Symbol wur de also n falschem Zusammenhang gebraucht Das Symbol und alle darauf verweisenden berg nge wurden nun aus dem Tafelbild
19. ber eine Vielzahl vergleichbarer Methoden verf gen jedoch kaum ein Austausch zwischen den Z nften untereinander und dem Handwerk und den K nstlern erfolgte 1978 ver ffentlichte Horst Wolffgramm e n aus der allgemeinen Systemtheorie abgeleitetes Konzept zur Beschreibung technischer Systeme 1979 ver ffentlichte G nther Ropohl in seiner Habilitationsschrift einen vergleichbaren Entwurf der sich sehr gut mit dem Entwurf Wolffgramms erg nzt und zusammen mit diesem Bader R Sanfleber H Schulze Fr hlich D Einf hrung in die allgemeine Technologie Bochum Kamp Verlag 1981 Beckmann J Entwurf der allgemeinen Technologie Nachdruck Erstver ffentlichung G ttingen 1806 43 den Allgemeintechnologischen Ansatz AtA der Technikdidaktik begr ndet Parallel wurde 1977 die VDI Richtlinie 2222 zur systematischen Konzeption technischer Produkte ver ffentlicht die eine vereinheitlichte Darstellung von Funktionsstrukturen technischer Systeme enth lt In der Modifikation nach Arp von 1991 ergibt sich damit insbesondere ein Satz von Symbolen zur verdeutlichenden Beschreibung von Stoff Energie und Informationsfl ssen durch technische Systeme Diese Darstellungsform hat sich seitdem zur Analyse technischer Systeme e bei der Ausbildung von Techniklehrern e beider Vorbereitung von Unterrichtsreihen und e im Technikunterricht der gymnasialen Oberstufe vielfach bew hrt Die Richtlinien der gymnasialen Oberstufe in der Fas
20. e Pilot Unterrichtsreihe in der Laborgruppe e Regelunterricht in den Vergleichsgruppen e explorative vergleichende Untersuchung Winter 2001 e Auswertung der vergleichenden Untersuchung e Identifikation typischer Merkmale des Unterrichtes mit Objektorientierter e Modellbildung e Versuch der Deutung mit Hilfe von Interviews in der Laborgruppe Fr hjahr 2001 e Planung des Feldversuches auf der Grundlage der gefundenen Ergebnisse Beginn der Sommerferien e Kick off Meeting mit den am Feldversuch teilnehmenden Lehrern e Austeilen der Versuchsunterlagen und der Lehrermedien Herbst Winter 2001 e _Feldversuch mit Hospitationen durch Versuchsbetreuer Fr hjahr 2002 e Auswertung des Feldversuches Sommer 2002 e _Projektabschlussmeeting mit den beteiligten Lehrern Pr sentation der Ergebnisse 5 3 1 3 Bedingungsanalyse Labor Lerngruppe Bei der im Pilot Projekt Lerngruppe handelt es sich um 24 Sch lerinnen und Sch ler der Jahrgangsstufe 10 Sie bilden zusammen einen Erweiterungskurs Physik das hei t die Sch ler haben sich in der Jahrgangsstufe 8 durch mindestens befriedigende Leistungen in 154 Physik f r die Teilnahme an diesem Kurs qualifiziert und den Kurs dazu als ihren Erweiterungskurs im Gegensatz zum Grundkurs gew hlt 14 Zusammen mit ihren Kursleistungen in den n cht naturwissenschaftlichen Fachgebieten gibt die Teilnahme am Physik E Kurs den Sch lern die M glichkeit s ch f r den Zugang zur gymnasia
21. f r das Fachgebiet Fertigungstechnik der Universit t Duisburg e Der Informationsfilm Sicherheitssysteme f r die Fahrer von Gabelstaplern f r das Ingenieurb ro Weiner amp Schr ter Im Kap tel 5 wurde der Einsatz des Konzeptes die Projektstruktur und das Projektergebnis im UVM Projektes Komponentenorientierte Lernsoftwareentwicklung exemplarisch dargestellt Die Eignung des Konzeptes der Objektorientierten Modellbildung f r den Einsatz m Physikunterricht wurde ebenfalls im Kapitel 5 mit Hilfe einer umfangreichen empirischen Studie nachgewiesen Dabe wurde die klassische Abfolge m Physikunterricht Beobachtung von Experimenten und Ableitung einer erkl renden Theorie mit Hilfe des Konzeptes erfolgreich ersetzt durch die Abfolge Ph nomenologische Beobachtung Objektorientierte Modellbildung am PC und quant tative Pr zisierung durch Experimente Da die Theoriebildung in Form der Modellbildung somit vor dem Experiment erfolgen konnte kann man von einem theoriegeleiteten und computerunterst tzten Vorgehen der Sch ler m Rahmen eines projektorientierten probleml senden Unterrichtes sprechen Lernen wird hier wieder zu einem geistigen Abenteuer bei dem das Gelernte als ein Produkt eigenen Schaffens verstanden wird Mit dem durchgehenden Paradigma des finalen Handelns wurde auch eine st rkere N he zum Technikunterricht hergestellt zumal die Objektorientierte Modellbildung durchg ngig in eine vollst
22. gewordenen Ger tes durch einen Bekannten bei den Mitsch lern einen erheblich h heren Anpassungsdruck erzeugt Vorteil etwas einfacher anzupassen da sowohl der Bedarf der Sch ler an einem bestimmten Ger t innerhalb eines abgrenzbaren Zeitraums als auch die Anzahl der K ufe in diesem Zeitraum durch L ngsschnittanalyse zu erheben ist Nachteil es sind nach wie vor mehrere Variablen zu betrachten bei denen nicht klar ist ob sie entkoppelt werden k nnen 4 Die Steigerung des Kaufbedarfes der bei den Mitsch lern durch einen Kaufvorgang ausgel st wird ist nicht von der Zeit unabh ngig So k nnte der Neideffekt einige Zeit nach dem Kauf verblassen w hrend der effektive Bedarf eines Sch lers aus unver nderlicheren Randbedingungen Notwendigkeit der Erreichbarkeit Wunsch nach mehr Mobilit t gespeist wird Vorteil eine weitere realistische Annahme zur Erh hung der Abbildungsgenauigkeit des Modells Nachteil Bei dem real beobachtbaren Vorgang handelt es sich m glicherweise lediglich um eine Abwandlung des unter 3 diskutieren Effektes der zeit und modeab h ngigen Wahrnehmung M glicherweise haben alle bisher im Bekanntenkreis get tigten K ufe eines Ger tes eine geringere Bedeutung wenn das Ger t beginnt all m hlich selbstverst ndlich zu werden bzw aus der Mode zu kommen Es m sste daher untersucht werden ob eine Funktion der Dimension gesamte Steigerung des Bedarfes f gesamt get tigte K ufe Zeit insges
23. satz des T mer Controls schnell modellieren von dieser Bewegung ausgehend kann die Bewegung der Software Objekte schnell auf 2 Raumachsen erweitert werden Bei einem Abschuss f llt das Huhn sofort senkrecht nach unten Eine den Regeln der Physik v llig w edersprechende Darstellung obwohl das Huhn in der Darstellung von der Seite getroffen wird so dass durch die Waffenwirkung kein Impuls entgegengesetzt zur Flugrichtung zu erwarten ist stellt das Huhn in der Darstellung durch die Spielesoftware sofort die Vorw rtsbewegung ein und f llt sich r ckw rts berschlagend senkrecht herunter Dieser Punkt ist diskutiert worden und wur de von den Sch lern kontrovers betrachtet einige Sch ler wollten die Darstellung mit der verwandten Darstellung von Comicfiguren leg timieren die in Trickfilmen auch h ufiger ber den Abgrund hinwegrennen dann erst nach einer Weile den Abgrund unter hren F ssen bemerken und dann senkrecht herunterfallen Im weiteren Verlauf der Unterrichtsreihe bietet es sich an dieses Ph nomen mit realen Objekten aus der Physiksammlung z B der Maschine f r den schr gen Wurf pr zise zu untersuchen Dies sollte zu einer Kritik der durch den Programmierer von Moorhuhn gew hlten Darstellung f hren die in einer alternativen n her an die physikalische Realit t angepassten Darstellung m ndet Bei der normalen Landung gleitet es auf einer Schr ge nach unten Wird das Moorhuhn im Flug nicht beschossen s
24. sseesseeeeeennennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 91 Abbildung 36 Verbundstr me beim Objekt Kraftfahrzeugmotor im System der allgemeinen Tec Moloi Cennin en ee ee nieenieee 93 Abbildung 37 Beispiel eines Kollaborationsdiagrammes f r das technische System Ampelanlage 95 Abbildung 38 Vortr ge der Dom nenexpertch ueustanea ae 97 Abbildung 39 Staubpartikel sind konkrete Objekte mit individuell ausgepr gten Eigenschaften die zu einer Klasse Staub generalisiert werden k nnen uueeeeseseeeeseeeeenennnnnnneennnnnn 98 Abbildung 40 Die Analyse des Stoff Energie und Informationsflusses oben und die Erstellung eines Modells zusammen mit den Experten rechts liefert wertvolle H nweise ber den Aufbau des Systems und seine Abgrenzung zur Umwelt ssssssssssssssssssssssnsnsnnnnnnnnnnnn 99 Abbildung 41 Wichtige Eigenschaften werden herausgearbeitet ggf auch mit ihren typischen Werlenereichenae sense een re 100 Abbildung 42 Zahlreiche technische Systeme auch die sehr fortgeschrittenen machen optisch wenig her oder geben durch Betrachtung kaum Aufschluss ber ihre Funktionsweise 104 Abbildung 43 Die mit CGI visualisierte Bewegung der Walze im Modell wird nahtlos in die mit Realf lm aufgenommene Bewegung der Walze im realen technischen System berblendet 105 Abbildung 44 Spikes Funktionsmodelle der visuellen Darstell
25. 1978 um an dieser Stelle nicht den subjektiven Begriff der falschen Modellvorstellung zu gebrauchen M ller 1992 Seite 78 Harreis 2000 Seite 107 14 e die Modellgrenzen mit angegeben werden und e die Modellgrenzen beim Einsatz beachtet werden m ssen Beispielsweise l sst sich die Trans tvar able Stromfluss modellhaft sehr gut anhand der physikalisch analogen Variable des Volumenstroms z B des Wassers darstellen Diese Analogie muss aber an der Stelle scheitern wo das Ph nomen des Magnetismus erkl rt werden soll Hier w re eindeutig eine Modellgrenze des ansonsten innerhalb seiner Grenze zur Erkl rung vieler Vorg nge brauchbaren Modells erreicht 2 3 Anwendungsmerkmal Nach Harreis haben Modelle zwei prim re Funktionen a Die Vorhersagefunktion Vorstellungsmodelle Computermodelle und Simulations modelle erm glichen dem Menschen eine Vorwegnahme von Handlungen zur Absch tzung der m glichen w nschenswerten und weniger w nschenswerten Folgen Die Ausbildung von Modellen ist eine sehr alte menschliche F higkeit die zum Beispiel in Form von Modellvorstellung der Astronomie zur Voraussage von Erntezeitr umen aus sehr alten Zeitr umen berliefert sind Mit Rechenwerken und Computern lie sich die Leistungsf higkeit von Modellen bei der Vorhersagefunktion so weit steigern dass sie heute eine wesentliche S ule der Naturwissenschaften z B Theoretische Physik Computational
26. 2000 Br ssler P Siedersleben J Hrsg Softwaretechnik Praxiswissen f r Software Ingenieure M nchen Wien Hanser 2000 Cathcart W Effects of LOGO instruction on cognitive style In Journal of Educational Computing Research 6 1990 Cheney P Cognitive style und student programming ability An investigation In AEDS Journal 13 1980 Clements D Gullo D Effects of computer programming on young children s cognition In Journal of Educational Psychology 76 Culverhouse P F Ball L Burton C J DESMATE A tool for tracking engineering design in action In Design Studies Vol 13 No 1 January 1992 Butterworth Heinemann Ltd 1992 DeMarco T Structured Analys s and System Specification New York Yourdon Press 1978 Deutsche Industrie Norm DIN 19226 Regelungstechnik und Steuerungstechnik Begriffe und Benennungen Berlin K ln Beuth 1968 Dewey J The Analys s of a complete Act of Thought In How we th nk New York Heath 1910 Doberenz W Kowalski T Visual Basic 6 M nchen Wien Hanser 1999 Dorn F Physik Hannover Schroedel 1983 Drosdowski G et al Hrsg Duden Grammatik der deutschen Gegenwartssprache Mannheim Dudenverlag 5 Auflage 1995 Ellinger Th Beuermann G Leisten R Operations Research Eine Einf hrung Heidelberg Springer 4 berarb Auflage 1998 Field S et al Drehbuchschreiben f r Fernsehen und Film In La Roche W von Rei
27. Die Versuche sollten durch die Mitglieder der Lerngruppe geplant konzipiert und durch sef hrt werden Die Ergebnisse sollen von hnen ausgewertet und mit den n der Modellwelt der Software gefundenen Ergebnissen verglichen werden 163 Bei der Planung der Experimente sollten die Sch ler existierende Fachliteratur zur Grundlage nehmen Eine Betrachtung der Aussagen des Schulbuches f hrte darauf dass der in der Modellwelt gefundene Sachverhalt sich in der Fachliteratur w ederfindet und mit folgenden Aussagen quantitativ beschrieben werden kann Geschwindigkeit v gt Nun sollten Experimentierm glichkeiten mit Realobjekten gefunden werden die diese quan titative Aussage best tigen k nnen Einige Hinweise ber etablierte Messverfahren lieferten wiederum die Physikb cher ein gemeinsamer Rundgang durch die Physiksammlung ergab weitere Ideen Nach Sichtung der zur Verf gung stehenden M glichkeiten siehe Abbildung w hlten die Sch ler zwei Experimente aus 1 Reibungsarmer Rollenwagen Stoppuhrmessung Hauptbestandteil des Versuches ist ein kleiner Wagen in massiver Bauweise der auf 3 Metallscheiben mit 13 cm Durchmesser und 2 mm Dicke rollt Die R der sind mit Kugel lagern ABEC 5 ausgestattet Auf glatten Untergrund k nnen Rei bungsverluste dadurch sehr gering gehalten werden Die Sch ler schlugen vor mit einem Ma band eine l ngere Strecke S abzumessen und mit einer Stoppuhr die Zeit zum Durchfahren der Strec
28. Reflexion und Brechung des Lichtes gt Gr en und Gesetze des elektrischen Stromkreises Inhalte der Abteilung 9 10 s nd gt Kraft Arbeit Energie Leistung gt Strom Magnetfeld Bewegung Die Inhalte die im Rahmen des Modellversuches vermittelt werden lassen sich an der Gesamtschule im Inhaltsbereich Kraft Arbeit Energie Leistung verorten 5 3 1 7 Sachanalyse Bei der Behandlung des Gegenstandes Bewegung von K rpern wurden nach Abstimmung mit den Richtlinien und dem schulinternen Curriculum unter Betrachtung der Lerngruppe und mit Blick auf die Weiterentwicklung der E Kurs Teilnehmer mit Blickrichtung auf die gymnasiale Oberstufe folgende Ziele formuliert Eigenschaften Ort und Zeit e Die Gruppe soll die Bewegung eines K rpers als eine von der Zeit abh ngige Ver nderung des Ortes x t verstehen Als ausreichendes Kennzeichen f r ein Verst ndnis gilt wenn die Teilnehmer selbstst ndig die geradlinig gleichf rmige Bewegung eines Objektes auf dem Bildschirm programmieren k nnen dazu das Signal eines Zeittakt generators nutzen k nnen und den Zusammenhang zwischen dem zeitlichen Abstand der At der Taktschritte der Distanz As der Wegschritte und der Geschwindigkeit v erkl ren k nnen e Die Gruppe soll verstehen dass sich eine beliebige Bewegung in 2 Dimensionen durch eine berlagerung der Bewegung entlang der 2 die Ebene aufspannenden Einheitsvek toren beschreiben l sst Als ausreichendes Kennzeic
29. Studien gepr ft werden Dies erfolgt im Rahmen der gemeinsamen Veranstaltung Neue Medien m naturwissenschaftlichen und technischen Unterricht der F cher Didakt k der Physik und Technologie und Didakt k der Technik 144 Neue Medien im naturwissenschaftlich technischen Unterricht Horst Harre s Norbert Treitz Andre Bresges Seminar 2 Std Do 14 16 Uhr im MG 256 Gegenstand Unterst tzung 13 4 2000 Vorbesprechung Andre Bresges Marc Andre Wolf Einf hrung PowerPoint Tobias Bauer Stefan Hoffmann Stefan Fletcher Markus P tter Christian van gen Hassend 20 4 2000 Modellbildung in der Physik Prof H Harreis Prof N Treitz 27 4 2000 Grundschaltungen der Michael Anderl Mart n Lentz gt Multimedia wo s ch Technik und Prof A Hunger Uwe Brockmann Mittwoch Didakt k begegnen Andre Bresges Uni Colleg empfohlen 4 5 2000 Einf hrung in die Andre Bresges Marc Andre Wolf Programmiersprache Visual Basic Tobias Bauer Stefan Hoffmann Stefan Fletcher Markus P tter Christian van gen Hassend Effekte beim W rmetransport in Claudia Feldh sen Stefan Fletcher Materialverb nden und Stefan Fletcher cityweb de W rmetauschern 11 5 2000 18 5 2000 F llt aus wegen Workshop Universit tsverbund Multimedia Infos http www uvm nrw de Modellbildung n der Biologie Heiko Borchardt Prof N Treitz 1 6 2000 F llt aus Christi Himmelfahrt 8 6 2000 Strukturierte Analyse und Beschreibung von Systeme
30. T id TE D Fo rn EJ 221 Be der Auswahl und Beschreibung eines geeigneten Vorschlages wurde m Rahmen der Auswertung vor allem darauf geachtet welcher Vorschlag tats chlich n her ausgearbeitet und beschrieben wurde Zahlreiche Vorschl ge betreffen den Einsatz komplexer technischer Systeme deren exakte Funktionsweise nicht ann hernd zum Gegenstand des Phys kun terr chts gemacht werden konnte beispielsweise die Radarfalle der Polizei aber auch das Tachometer des Autos Diese Ger te haben zwar eine gro e Bedeutung in der Lebenswelt der Sch ler der Messvorgang erschlie t sich den Sch lern aber beim derzeitige Stand des Wissens nicht Da d e Aufgabenstellung aber nach der Durchf hrung des Messvorganges fragt ist es ein Malus wenn der Sch ler z B mit ich w rde ein Radarger t nehmen antwor tet Da der Sch ler keine Informationen ber den Ablauf des Messvorganges bei diesem Ger t besitzt muss seine Beschreibung naturgem sehr lapidar aussehen Wir gehen davon aus dass Sch ler mit einem durch den Physikunterricht vertieften Verst ndnis dazu neigen den Messvorgang zu beschreiben den sie am besten verstanden haben im positive Fall sind das die eingehend besprochen Messungen mit abgemessenen Versuchsstrecken und Zeitmessung der Zwischenzeiten oder Versuche mit Nutzung der Videokamera Wie man hier sieht beschreiben die Sch ler der Versuchsgruppe schwerpunktm ig die Messvorg nge di
31. Vom Lehrer modifizierte Oberfl che mit Stoppuhr in der H he jedes Fensterbrettes Hinzugef gt wurden 4 einzeln angesteuerte Text Boxen die sich jeweils auf der H he der Fensterbretter befinden die als Referenzmarken genau vermessen s nd Eine entsprechende Ver nderung des Programmcodes bewirkt e Dass indem Moment wo der freie Fall des Moorhuhns gestartet w rd Sekundenz hler in allen Textboxen zu z hlen beginnen e Dass in dem Moment wenn das Moorhuhn ein Fensterbrett auf gleicher H he passiert der Z hler in der entsprechenden Textbox anh lt und die in diesem Moment aktuelle Zeit bis anzeigt bis der Programmlauf beendet wird In der oben abgebildeten Kopie des Bildschirminhaltes zeigt eine entsprechende Moment aufnahme Zu diesem Zeitpunkt sind die oberen drei der vier Z hler bereits angehalten worden die Textboxen zeigen die entsprechenden Zwischenzeiten Die oberste Textbox ist dem obersten Fensterbrett zugeordnet sie zeigt korrekt den Wert 0 00 s denn das oberste Fensterbrett ist der Startpunkt Die Zuordnung eines eigenen Z hlers zu diesem Fensterbrett erfolgte aus mediendidaktischen berlegungen um diesem Element der Abbildung f r alle 181 Betrachter sichtbar und eindeutig sowohl den zeitlichen als auch den r umlichen Nullpunkt des Fallversuches zuzuordnen Der Z hler in der untersten Textbox z hlt in diesem Moment noch er stoppt in dem Moment in dem das Moorhuhn in der H he der Textbox auf dem S
32. Weltbetrachtungsweise wie es die Objektorientierung darstellt ein funktionsf higes Denk und Handlungsschema able ten l sst das tats chlich n der Praxis zu nachweisbaren Verbesserungen f hrt Aus der Sicht des Praktikers muss s ch diese Arbeit allerdings auch einer Reihe anders gearteter Bewertungsfragen stellen Lohnt sich der Aufwand Muss ich mich auf diese neue Art zu Denken einlassen Und Komme ch damit schneller und oder besser zum Ziel als mit der Art und Weise die ich bisher immer verwandt habe Als Antwort ergibt sich aus meiner Sicht Ja f r denjenigen der mit der Ausbildung von Lehrpersonal in der 1 oder 2 Phase der staatlichen Lehrerausbildung oder m Bereich der betrieblichen Aus und Weiterbildung zu tun hat Objektorientierte Modellbildung ist eine Methode um die Welt zu sehen und seine Sicht der Welt zu vermitteln Sowohl aus der konstruktivistischen Sicht wie kann man sich gemeinsam mit anderen Lernenden in einer koordinieren Anstrengung eine Modellvorstellung schaffen als auch aus instruktionalistischer Sicht wie erkl rt man wie man erkl ren kann bietet die objektorientierte Modellbildung nun einen val d erten Modus operandi cc f r den Entwickler oder Projektleiter der mit der Produktion von Lern und Informationsmedien betraut ist Die derzeit bliche Ausbildung in den Medienberufen bereitet aufgrund des fehlenden allgemein technologischen Hinte
33. Wissenschaftlern unterschiedlicher Ausrichtungen unterst tzen k nnten Der f r diese Arbeit besonders interessante Bereich der grafischen Darstellung von Wirkungszusammenh ngen kennt eine F lle verschiedener Darstellungsvarianten von denen das Forrester Schema der Modellierungssysteme STELLA und Dynasys und die davon deutlich unterschiedliche Symbolsprache des Programmpaktes PAKMA V isEdit im Kapitel 3 exemplarisch beschrieben und verglichen wurden 2 Demgegen ber s nd n der Technikwissenschaft verbindliche Normen der technischen Kommunikation zu finden die den Austausch von Modellen und Modellvorstellungen ber die Grenzen der Ingenieurdisziplinen erm glichen sowie Missverst ndnisse und ihre gef hrlichen Folgen verhindern helfen Ebenso existieren gut dokumentierte systematische Methoden zur Sammlung und Strukturierung von Wissen und zur Bildung und grafischen Repr sentation von Modellen wie zum Beispiel a die Norm VDI 2222 Konstruktionsmethodik des Vereins Deutscher Ingenieure b das System der allgemeinen Technologie oder Techniklehre von Autoren wie Beckmann Ropohl Arp oder Wolffgramm c das vor allem auf Lehr Lernhandlungen bezogene Konzept der vollst ndigen Handlung die m Prinzip ebenfalls die konsequente Anwendung konstruktionsmethodischer Ans tze darstellt Bei n herer Betrachtung k nnen die hier aufgez hlten Methoden jedoch nicht verbergen dass ihre Urspr nge in den siebziger Jahren oder noch weiter zu
34. auf Dieser entsteht schon allein durch die Tatsache dass Computer nicht analog rechnen sondern Zahlen in W rtern mit einer L nge von typischerweise 32bit abbilden Damit existiert kein Kontinuum von Zahlen mehr sondern es muss zwischen den vom Computer 41 dargestellten Zahlen gerundet werden Dieser Rundungsfehler tr tt bei jeder einzelnen Iteration auf der Ge samtfehler ergibt s ch aus der Summe der Einzel fehler die Gesamtsumme steigt m t der Anzahl der notwendigen Iterationen Fehler des Algorithmus Gesamtfehler Abbildung 12 Summe N 3 aus systematischem und dent ae Nu Bun numerischem Fehler Fehler Wie die Abbildung zeigt ergibt sich f r eine ge gebene Kombination aus Genauigkeit des Algor thmus und Genauigkeit des ausf hrenden Rechenwerks ein Optimum der Gesamtgenauigkeit bei einer bestimmten Schrittweite Dies setzt voraus dass die beiden Fehler sich linear addieren eine Annahme die nicht allgemein g ltig ist Schrittweite Die Absch tzung dieses Optimums ist eine schwierige Aufgabe Hierzu gibt es verschiedene Ans tze l Man verwendet ein Eichsystem dessen reales Verhalten aus einem anderen Zusammenhang z B einer realen physikalischen Messung genau bekannt ist und ndert an dessen S mulationsmodell die Schrittweite bis zu einer zufriedenstellenden Genauigkeit ab 2 Man berwacht die Erhaltungsgr en des Systems Beispielsweise muss beim Kepler Problem die Gesamtenergie un
35. ber das Umstellen der Geschwindigkeitsgleichung Die Gleichung n der Form S v t beschreibt die Verh ltnisse in der simulierten Modellwelt mit zwei unabh ngigen Variablen s t und der sich daraus ergebenden Geschwindigkeit v auf dem Bildschirm Die Gleichung in der Form S a 3 beschreibt die Verh ltnisse bei der Messung des Rollenwagens mit einfachen Stoppuhren Dabei entspricht die Strecke s zwischen jeweils zwei Punkten der Messtrecke die sich aus der Aufstellung der Sch ler ergibt der Strecke s die das Objekt regelm ig in der s mulierten Modellwelt zur cklegt Aus diesem Grund wurde die Aufstellung der Sch ler auch zun chst ohne weitere Erl uterung den Sch lern so vorgeschlagen Nach der Diskussion konnten die Sch ler erkl ren dass die punktuelle Messung der Bewegung des Wagens an diskreten Orten wie sie durch die Sch ler erfolgte vergleichbar ist mit der punktuellen Darstellung der Bewegung des Objektes zu diskreten Orten w e es auf dem Bildschirm durch das S mula tionsprogramm geschieht 167 Die Gleichung n der Form s v t beschreibt die Verh ltnisse bei der Messung am schienengebundenen Wagen mit elektrisch zeitgetakteter Messvorrichtung Dabei entspricht das zeitliche Intervall t jeweils dem Intervall zwischen zwei Aktivit ten des T mer Objektes das f r die Bewegung des Objektes auf dem Bildschirm um jeweils die Strecke s sorgt Nach der Diskussion konnten die Sch ler erkl ren
36. dass die punktuelle Messung der Bewegung des Wagens zu diskreten Zeiten wie sie durch die elektrisch zeitgetaktete Messvorrichtung erfolgt vergleichbar st mit der punktuellen Darstellung der Bewegung des Objektes zu diskreten Zeiten w e es auf dem Bildschirm durch das S mulationsprogramm geschieht 5 3 2 5 Formulierung der Klassendiagramme Nachdem durch die Herbstferien und die Projektwoche der Schule nahezu 4 Wochen ver str chen waren waren die Erinnerungen der Sch ler an den Aufbau und die Funktionsweise des S mulationsprogramms nur noch verschwommen Aufbau und Funktion mussten sollten also im Plenum noch einmal diskutiert werden um wieder allgemein Klarheit zu schaffen Hierzu bietet sich der Einsatz eines JUML Diagramms an Die Erstellung des UML Klassendiagramms geschah unter der umgangssprachlich formulierten Fragestellung e Welche Objekte spielen in der Software eine wesentliche Rolle e Welche Eigenschaften sind wichtig um diese Objekte zu beschreiben e Was muss das Programm machen gt Methoden e Welche Ereignisse k nnen passieren Das erstellte dUML Klassendiagramm hatte die folgende Form Hier k nnen die Sch ler eindeutig und bersichtlich ablesen welche Methoden in einem Modell qualitativ enthalten sein muss das die Bewegung eines Moorhuhns also allgemein eines K rpers im Schwerefeld der Erde darstellen soll welche Variablen x t v t a t quantitativ zu bestimmen sind um die Bewegungen
37. einen sich zeitlich ndernden Wert Dies kann das ge w nschte Temperaturprofil einer Geb udeheizung w hrend des Tagesablaufes sein Nachtab senkung eingeschlossen oder sogar ein sinusf rmiges Eingangssignal dem die Regelstrecke zu folgen hat F hrungsgr e markiert demzufolge den Oberbegriff und sollte vorrangig verwendet werden Aufgabe einer Unterrichtsreihe muss sein die verschiedenen Komponenten eines Regel kreises im Sinne einer Systemanalyse aufzuzeigen ihr Verhalten zu charakterisieren die Be stimmungen zentraler Begriffe vorzunehmen und grundlegende Effekte zu demonstrieren die beim Zusammenwirken der einzelnen Teile auftreten 5 4 4 4 Systemanalyse Die systematische Analyse der Funktionsstruktur eines Regelkreises geschieht normalerweise durch seinen S gnalflussplan Dabei werden die einzelnen Komponenten des Regelkreises die in diesem Kontext als bertragungsglieder bezeichnet werden durch Funktionsbl cke sym bolisiert Wesentlich ist die Kennzeichnung der Eingangss gnale und Ausgangss gnale an den Funktionsbl cken Vielfach wird zus tzlich die bertragungsfunktion die den Zusammen hang zwischen Ein und Ausgangssignal bei einem bertragungsglied bezeichnet in den Funktionsblock gezeichnet Das kann n Form einer mathematischen Gleichung zum Beispiel des Frequenzgangs oder in Form einer bertragungskennlinie geschehen Die Wirkungszusammenh nge zwischen den einzelnen Systemkomponenten werden ana
38. h heren Beschleunigung des der Kurve folgenden K rpers verbunden ist Die Wurf parabel ist lediglich die einzige Kurve in der diese Beschleunigung immer entlang der gleichen Achse nach unten weist Wir gehen davon aus dass bei den Antworten das richtige gemeint war wenn auch kein Sch ler die Kurve tats chlich als Parabel erkannt hat Argumentation ber Bogenl nge Beispielantwort Das untere weil es einen kleineren Bogen fallen muss Das obere muss janoch den ganzen Weg drum rum machen Diese Antwort zeigt ein mangelndes Verst ndnis der zugrundeliegenden physi kalischen Abl ufe Nach der Klass erung wurden die H ufigkeiten der Antworten in den verschiedenen Klassen gez hlt getrennt nach Kursen und Geschlechtern Damit bildeten sich 6 Untergruppen Nun wurde die H ufigkeit f r das Auftreten einer bestimmten Antwort in der jeweiligen Unter gruppe ermittelt Die Aufteilung n 6 Untergruppen wurde hierbei nach einigen Versuchen ge w hlt weil sie besonders aufschlussreiche Ergebnisse liefert wie im Anschluss ersichtlich werden soll Da die Antwort einiger Sch ler mehr als eine Begr ndung erhielt kann die Summe der H ufigkeiten f r alle Antworten n einer Gruppe deutlich ber 100 liegen In der Versuchsgruppe begr ndeten z B alle Jungen 100 ihre Antwort mit dem Parameter einer zus tzlich auch noch mit dem Neigungswinkel der Bahn 17 wodurch sich f r beide Antworten zusammen eine H ufigkei
39. hrer Grundschulbildung f r die Kommunikation m Alltags unterwiesen wurden In unserem Kulturraum handelt es s ch dabei um sequentielle lautorientierte Sprachsysteme e Eine Fachsprache die auf einer Landessprache aufsetzt und den Fachleuten eine pr zise und kompakte Kommunikation ber Gegenst nde hres Fachgebietes erm glicht Fachsprachen setzen heute vielfach auf die englische Sprache auf um von vorne herein eine weltumspannende Kommunikation von Fachleuten zu erm glichen e Spezialisierte Sprachen zur Abstraktion von Gegenst nden und L sungsverfahren z B die algebraische Notation e Grafische Symbolsprachen Grafische Symbolsprachen sind vielfach ebenfalls spezialisierte Sprachen f r die Abstraktion bestimmter Gegenst nde Ausnahme sind die m asiatischen Raum gebr uchlichen Symbole der geschriebenen Landessprache die Bedeutungen nicht laut sondern wort orientiert ausdr cken In der Technologie ist b ldhaftes Denken bedeutsam Da Bilder gleicherma en offene Systeme sind die fast automatisch Vergleiche Gegenbilder und Analog en verlangen bietet ein bildhaftes Denken weit mehr Ansatzpunkte als ein verbales oder 20 mathematisches um etwa eine technische Idee ja m Grunde jede Arbeit so zu entwickeln dass sie mit dem Rest der Welt in Einklang steht Auch die durch zahlreiche Arbeiten im Bereich von Echtzeitsystemen f r Lockheed Missile and Space bekannt gewordenen Software Ingenieure War
40. hrt Im Ergebnis kann mit ausreichender Sicherheit festgehalten werden dass die Teilnehmer der Unterrichtsreihe zur objektorientierten Modellbildung keine Nachteile davongetragen haben Daf r spricht sowohl die subjektive Einsch tzung der Sch ler gemessen an den guten Akzeptanzwerten der Fragen 1 und 6 als auch die objektive Wertung durch die Testfragen 3 Messung und Berechnung von Geschwindigkeiten und 5 Bewertung einer beschleunigten Bewegung in zwei Ebenen Die Modellvorstellungen der Sch ler gemessen an den Assoziationstests n Frage 2 und 4 s nd auf hnlichem Niveau ausgepr gt Folgende Vorteile des Vorgehens mit Hilfe der Objektorientierten Modellbildung wurden sichtbar und lassen sich durch die Untersuchung belegen 1 Die Teilnehmer am Unterrichtsversuch sch tzen den quantitativen Umgang mit Physik h her als die Teilnehmer der Vergleichsgruppe 2 S e nutzen wesentlich eher Formeln zur Beschreibung von Zusammenh ngen und zur L sung von Problemen Fragen 2 und 3 3 Sie lehnen den Umgang mit Physikb chern nicht kategorisch ab wie die Mitglieder der Vergleichsgruppe sondern sch tzen s e als unterst tzende aber auf keinen Fall als einzige Informationsquelle Gruppengespr ch zu Frage 6b 4 Die Teilnehmer der Versuchsgruppen zeigen sich kreativ und engagiert a sie haben wesentlich mehr verschiedene Vorschl ge zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Objekten als die Vergleichsgruppe b k nnen hr
41. mulationsaufgaben 1974 baute Adele Goldberg vom XEROX PARC mit der Entwicklung von SMALLTALK auf SIMULA 67 auf Adele Goldberg erkl rt implizit einen Teil ihrer Ideen indem sie sie auf das Entwurfsprinzip Kooperation von Objekten im Gegensatz zur hierarchischen Dekomposition von Proble men zur ckf hrt damit wird m brigen klar dass Objektorientierung vor allem eine Ent wurfsmethodik ist und die blicherweise als wesentlich genannten Begriffe Klasse Verer bung und Polymorphie nur Implementierungshilfsmittel f r dieses Entwurfsprinzip sowie f r den Entwurf wiederverwendbarer Software sind Die Autorengruppe um Rebecca Wirfs Brock formuliert als Kern der Objektorientierung die Aussage Der objektorientierte Ansatz versucht die unausweichliche Komplexit t realer 5 Kilbert K Gryczan G Z llighoven H Objektorientierte Anwendungsentwicklung Braunschweig Vieweg 1993 8 Goos G Zimmermann S Programmiersprachen In Rechenberg P Pomberger G Hrsg Informatik Handbuch M nchen Hanser 2 Auflage 1999 Seite 513 66 Probleme dadurch in den Griff zu bekommen dass Wissen abstrahiert und in Objekte gekapselt wird Um diese Objekte zu finden oder zu erzeugen m ssen wir Wissen und Aktivit ten strukturieren k nnen 3 3 3 2 Die Unified Modeling Language UML Seit dem Beginn der Entwicklung hat die Objektorientierung in Analyse Modellierung und Programmierung eine enorme Verbrei
42. nge im Modell sie verf gen dazu noch ber numerische Verfahren mit dem aus dem einmal skizzierten Systemzusammenhang das Verhalten des Systems unter Angabe der Startbedingungen und der exogenen Gr en simuliert werden kann Wie die Darstellung des Duffing Oszillators im Vorhergehenden Abschnitt zeigt kommen die Modellbildungssysteme dabei zu recht guten Darstellungen des Systemverhaltens ohne dass ihnen die analytischen L sungen des Problems bekannt sind Dabei sind grafische Modellbildungsverfahren nur ein wenn auch recht moderner Ansatz zur Modellbildung in der Physik Wesentlich lter und weit ber die Fachgrenze hinaus in allen angrenzenden Disziplinen z B Ingenieurswissenschaften finden wir die Methoden der numerischen Physik oder computational Physics wieder bei denen Rechenvorschriften ein computergest tztes Modell f r einen physikalischen Vorgang ausmachen Eine Reihe von Verfahren zur numerischen Simulation des Systemverhaltens sind bekannt da alle Verfahren einen eigenen Satz von Problemen und Vorteilen haben muss man beim Einsatz eines Verfahrens n einer bestimmten S mulation sorgf ltig abw gen Kriterien f r den Einsatz eines Verfahrens bei der Realisierung eines Modells k nnen sein e Numerische Genauigkeit des Verfahrens d h die Fehlerordnung e Rechenaufwand des Verfahrens in Bezug auf die an die Simulation gestellten Anforderungen e Transparenz des Verfahrens n Bezug auf den Einsatz m Unte
43. nge zu Probleml sungen In einer Reihe von Studien S 1 10 wurde versucht ein 12 Bishop Clark C Cognitive Style Personality and Computer Programming In Computers in Human Behavior Vol 11 No 2 USA Elsevier Science Ltd 1995 Seite 241 ff 127 Bradley C The relationship between student s information processing styles and LOGO programming In Journal of Educational Computing Research 1 1985 Seiten 427 433 128 Cheney P Cognitive style und student programming ability An investigation In AEDS Journal 13 1980 Seite 285 291 12 Webb N Microcomputer learning in small groups Cognitive requirements and group process In Journal of educational Psychology 76 1984 Seite 1076 150 Zusammenhang zwischen dem kognitiven Stil und dem Grad der Probleml sungskompetenz empirisch zu ermitteln W hrend die Studien von Webb keinen signifikanten Vorteil f r einen der kognitiven Stile ausmachen konnte fand Bradley ebenso deutliche Vorteile f r den holistischen Stil w e Cheney f r den analytischen Stil Es kann also aus den empirischen Studien kein eindeutiges Urteil ber das pro und contra der kognitiven Stile gef llt werden Abh ngigkeit gegen ber Unabh ngigkeit zum betrachteten Problemfeld Programmierer mit einer gewissen Unabh ngigkeit zum Problemfeld tendieren eher dazu das entweder faktisch oder in ihrer Wahrnehmung unstrukturierte Problemfeld selbst mit einer un abh ngigen Struktur zu V
44. sp testens an dieser Stelle sollen quantitative Kriterien festgelegt sein an denen sich die G te der Erfolg oder ggf der Misserfolg der Handlung bemessen l sst Die eigentlich Durchf hrung gem der getroffenen Entscheidung Die Kontrolle gem der n 1 3 festgelegten Kriterien Die Bewertung stellt fest wie erfolgreich die Handlung gewesen ist und ggf wie man s mtliche Schritte der nachfolgenden Handlungen also des folgenden Durchlaufs des Handlungskreises verbessern kann Hier findet ein Lernprozess seinen H hepunkt und seinen Abschluss Der Kreis wird an dieser Stelle geschlossen da schon die folgende Zielsetzung mit den Ergebnissen des letzten Durchganges wesentlich besser formuliert oder revidiert werden kann 46 Das folgende Diagramm zeigt die Anwendung der vollst ndigen Handlung m Lebenslauf 48 eines technischen Systems Wie zu erkennen ist bietet jede einzelne Phase des Lebenslaufes die Gelegenheit f r eine vollst ndige Lernhandlung setting A objectives AL evaluating planning Plan checking making decisions setting s setting A objectives A iiia A objectives AU evaluating planning evaluating planning Removal Development checking making checking making decisions decisions realizing ealizing setting setting objectives A MA objectives evaluating planning evaluating planning Operation Use 4 Production i makin checkin making ceceg a decisions setting realizing A objectives PN realizing e
45. zusammengestellt disconnect Aufschrift des Knopfes pr fen X Knopf gedr ckt Auf Ereignis Verbindung trennen connect Abbildung 94 dUML Aktivit tsdiagramm zur systematischen Analyse des Chat Programms unvollst ndig IP Nummer des Zielrechners aus Textbox lesen und an Winsock Objekt TCP IP Stack bermitteln Die Arbeitsweise des Programms ist damit aber noch nicht vollst ndig beschrieben Das Programm enth lt als weitere Programmbestandteile noch Funktionen zum Senden von Text nachrichten und Routinen zur Fehlerbehandlung Die Sch ler sollten nun in Gruppenarbeit den weiteren Programmtext berpr fen weitere Aktivit ten identifizieren und geeignet in das bereits vorhandene Aktivit tsdiagramm einf gen X Knopf gedr ckt disconnect Auf Ereignis Aufschrift des Knopfes pr fen Verbindung trennen N Text wird ge ndert IP Nummer des Zielrechners aus Textbox lesen und an Winsock Objekt TCP IP Stack bermitteln Fehler tritt auf Fehler Nachricht bermitteln ENDE berpr fen Abbildung 95 dUML Aktivit tsdiagramm zur systematischen Analyse des Chat Programms vervollst ndigt 286 Ein Vorschlag der Sch ler hatte die in der Abbildung w edergegebene Form Bemerkenswert ist zun chst der bergang der von den Sch lern von der Aktivit t Verbindung abbauen wieder zur Aktivit t
46. zusammengetragenen Informationen L sungswege und Kontrollkriterien vielfach im Rahmen eines dadurch vorbereiteten Gruppengespr ches Damit s nd bereits einige kon kurrierende L sungswege eliminiert die aufgrund gegebener Rahmenbedingungen als nicht verfolgbar eingesch tzt werden m ssen W hrend der Ausf hrung erfolgt eine prozess begleitende Selbstkontrolle durch den Ausf hrenden die durch eine Fremdkontrolle z B durch einen Ausbilder Leittextmethode oder durch eine Instanz der Qualit tssicherung ISO 22 9006 gefolgt wird Da die Kriterien f r den Erfolg bzw Misserfolg der Handlung bereits w hrend der Planung herausgestellt werden wird an dieser Stelle die Theorie der Problem l sung die in der Planungsphase gebildet wurde nach objektivierten Kriterien verifiziert oder fals f z ert 2 10 Abgrenzung zu anderen wissenschaftstheoretischen Begriffen Modelle und Modellbildung sind nicht die einzigen konstituierenden S ulen der Wissenschaftstheorie Zu mindestens zwei weiteren wichtigen Begriffen muss an dieser Stelle eine Abgrenzung erfolgen a b Gesetz Ein Gesetz ist die aus Beobachtung entstandene Formulierung von Kausalzusammen h ngen zum Teil mit axiomatischem Charakter Ein zugrundeliegendes Modellbild existiert nicht Ein bekanntes Gesetz der Technik ist das Moore sche Gesetz nach dem s ch d e Anzahl der Transistoren pro integriertem Schaltkreis etwa alle 18 Monate verdoppelt Obwohl das
47. 01 02 00 0 01 03 00 0 01 04 00 0 01 05 00 0 01 06 00 0 0 00 55 00 0 00 56 00 0 00 57 00 0 00 58 00 0 00 59 00 0 01 00 00 0 01 01 00 0 01 02 00 0 01 03 00 0 01 04 00 0 01 05 00 0 01 06 00 O0 Mi V video 1A mem Fu m NE a aN e S h maez UAN HA oiar m ll 1 Sekunde Jepa ep W Projekt brFilterpr fstandc ppj x berblendungen ideofiltel Audio P D C Matrox hari 3D Bewegung B Aurraten Ablage 150 Name 000000000000 Medientyp Dauer Y gt W Ausschwingen v Filterpr fstand ch 15_der_filterpruefstand wav Audio 00 00 09 5 Bewegung Antje cP 14_darueberhinaus_koennen wav Audio 00 00 04 Geier OOOO C Bilder ch 13_damit_sind_messungen wav Audio 00 00 04 Mstart A e gug cig BJ Arbeitsplatz E Adobe Premiere Kar 14 13 _J Pics auf Server Abbildung 48 Digitaler Videoschnitt Systeme f r den digitalen Videoschnitt non linear editing nle Systeme arbeiten in der Regel mit mehreren Spuren die entlang eines einheitlichen Zeitstrahls verlaufen und verschiedene Medien Video Audio Standbilder Titel Einblendungen aufnehmen Diese Medien k nnen digital geschnitten und beliebig arrangiert werden Helligkeit und Transparenz der Videodaten und der Pegel der Audiodaten k nnen an jeder Stelle ver ndert werden Zus tzlich steht eine Vielzahl von berblendungseffekten zur Verf gung Das Endprodukt ist ein linear ablaufender Film 120 Authoring
48. Abschnitt 1 bei der Objektorientierten Analyse des Systems pers nlich anwesend gewesen zu sein Auf diese Weise wird auch die industrielle Produktion gro er Lern und Informationssysteme mit v elk pfigen Teams m glich 114 Aufgabe 3 2 1 Visualisierung von Eigenschaften Methoden Ereignissen und deren Zeitverhalten Die Objektorientierte Modellbildung hat die f r die einzelnen Objekte charakteristischen Eigenschaften Methoden und Ereignisse isoliert die mediendidaktische Konzeption eine Bedeutungsreihenfolge erstellt Nun ist es Aufgabe der Medienentwickler geeignete Visualisierungen zu finden Neue Medien bieten hier einen enormen Fundus an M glichkeiten zur Visualisierung von Raum CINEMA 4D XL Filter2 c4d BEIE und Zeitverhalten auf Datei Bearbeiten Objekte Werkzeuge Selektion Struktur Funktionen Plugins Rendem Fenster Hilfe den hier allenfalls ex No rA REA KN e PTT E ur O SAL emplarisch eingegangen Objekte Struktur Browser werden kann O 4 Datei Bearbeiten Objekte Tags Textur Koordinaten Manager Aktives Werkzeug SnapEin Position Gr e inkel 1 x 755 541 m Hl266 806 TINA 79 Be aii ie 1 79B Astan messen UM a M DissSvorgehensmodelldoc dh CINEMA 4D XL Filt Abbildung 46 Computer gene rierte Animationen sind ein besonders flexibles Mittel zur Visualisierung von Objektei genschaften Methoden und Zeitverhalten Hier wird in Cinema
49. Aufgabenstellung Kl rung der Aufgabenstellung Elektrotechnische Grundlagen Verst ndnis der notwendigen Grundlagen Regelungstechnische Grundlagen Programmiiertechnik Suche nach Standards und existierenden L sungen Hardware Praktische Erprobung Wie sich zeigt hat sich die Gruppe Platoon bei ihrer Arbeit schwerpunktm ig sei es beim selbstgesteuerten Lernen mit dem Multimedia Lernmodul sei es bei der handlungs orientierten Erarbeitung mit der Hardware des ESTU Systems mit den Grundlagen der Re gelungstechnik auseinandergesetzt Obwohl die Darstellung der Informationen in der Wissensbasis es genauso erlauben w rden das Multimedia Lernmodul im Physikunterricht einzusetzen ist hier durch die Art der praktischen Aufgabenstellung der Zielsetzung und der F hrung durch die Wissensbasis gelungen dem Thema der Unterrichtsreihe Einf hrung in die Regelungstechnik am Beispiel Drehzahlregelung eines Motor Generator Satzes gerecht zu werden 213 5 4 6 2 Gruppe Elite Die Gruppe mit dem selbstgew hlten Namen Elite bestand zun chst aus 4 Jungen Ein Gruppenteilnehmer verlie aber zwischenzeitlich die Oberstufe um eine Berufsausbildung anzutreten Ayhan einer der als misserfolgsmotiviert beschriebenen Sch ler hat sich dieser Gruppe zugeordnet und wurde dort gut integriert Die Gruppe Elite fiel durch ihr besonders selbstst ndiges Arbeiten auf Zum einen wurde ich w hrend der gesamten Reihe lediglic
50. Bandbreite von Schulformen und Jahrgangs stufen berpr ft und untermauert werden In einem derart breit angelegten Feldversuch lassen sich naturgem m Vergleich zu den Labor und Vergleichsgruppen wesentlich weniger Einflussfaktoren kontrollieren Daher sollen im folgenden lediglich die grundlegenden Soz aldaten dargestellt werden 142 Ministerium f r Schule Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Bereinigte Amtliche Sammlung der Schulvorschriften des Landes Nordrhein Westfalen Ausgabe 2001 02 Frechen Verlagsgesellschaft Ritterbach 2001 Teil II Rechtsverordnunger Erlasse Kapitel 13 Ordnung der Ausbildungsg nge in der Sekundarstufe I 6 Abschnitt Besondere Bestimmungen f r die Gesamtschule 19 Unterrichtsorganisation Wahlpflichtunterricht Fachleistungsdifferenzierung VV zu 19 19 2 1 155 Es handelt sich um insgesamt 149 Sch lerinnen und Sch ler aus den Schulformen e Realschule 19 e Gesamtschule 69 e und Gymnasium 71 Dabei waren e 43 Sch ler aus der Jahrgangsstufe 11 23 Gesamtschule 20 Gymnasium e und d e br gen 106 aus der Jahrgangsstufe 10 19 Realschule 46 Gesamtschule 51 Gymnasium Das Durchschnittsalter betrug 16 02 Jahre 1 2 bei einer Standardabweichung von 0 83 Jahren Geschlechterverteilung in den Lerngruppen des Feldversuches befanden sich 70 M dchen und 79 Jungen Die Geschlechterverteilung ist damit erfreulich ausgeglichen dies ist vor allem ei
51. Cft vid Lecha ef se Dec E era avf i rel Zeit i 2 Versuchsauswertung Anhand der A L gt Ten P a Tin c ZEE TAE ag vacd cler e e K Aan PA a dvtch E a zelh r Cm m 2 UCE erL U ud N N d ikd MZE i Eu DES AMAA in P r 6 I m un mi r m W y a R j d 1 her d L LIT fa SC A Ar HE g Eec la Dir Ki i a ke x f a a a A l e j 7 a _ cAn Pha So L sst seh Fesf fell a Fa CO m en ki B EE etere ei u JEg fela s Era an os e AR 26 Abbildung 68 Planung des Realexperimentes zum Abgleich des Modells als Sch leraufgabe 176 Die Sch ler wurden ber die von ihnen pr ferierte Soz alform E inzelarbeit Partnerarbeit Gruppenarbeit befragt Ihr Wunsch den gesamten Vorgang im Unterrichtsgespr ch zu bear beiten wurde abgelehnt Dadurch w rden sich die Leistungen der einzelnen Sch ler nicht ausreichend differenziert betrachten lassen Diese Diskussion schloss mit dem Kompromiss das jeweils zwei Sch ler n Partnerarbeit zusammen arbeiten sollten aber jeweils ein eigenes mit dem Sch lernamen versehenes Arbeitsblatt abgegeben werden muss Die Zuordnung der Partnergruppen f r die anschlie ende Auswertung kann zuverl ssig aus dem S tzplan ent nommen werden Auswertung der Sch lerarbeit Beschriebenes Anzahl Mittlere Mittlere Zeugnis Mittlere m ndliche Note Vorgehen zur der Punktzahl note der Sch ler der Sch ler dieser Grup Vermessung Nen des Test dieser Gr
52. EEE E AE 201 3 9 4 2 0 FVpothesenDilduns oa AE a A a a a aR 203 IIA 2 HGFUDPENGESPI Ch use E EN TEEN E E era 203 E NE 1174421 8212 1107 EENE A EEEE E E A E E A A O E 204 EE PANA LI E A A A NA ANA NNA A EE EE 205 5 3 4 3 Frage 2 Begriffsassoziation und Problemhandeln nnenen 206 5 3 4 3 1 Auswertung Frage 2a Assoziationen mit dem Begriff Geschwindigkeit unnnn 207 3 3 4 3 2 Auswertung Frage 2b Assoziation mit dem Begriff Beschleunigung eeeeeeeeeeeenennnnnennnn 211 3 3 4 3 3 Auswertung Frage 2c Vergleich der Begriffe Geschwindigkeit und Beschleunigung 214 3 3 4 3 4 Zusammenfassung des Fragenteils 2 ueeeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeeeenenneeeeeeeennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnan 216 3 4 3 GEUDPENDESDIACh en en Me Ms re en Er 217 ILLO AAP OOI use es een Besen S 217 5 3 4 4 Frage 3 Probleml sungsdenken in Zusammenhang mit dem Geschwindigkeitsbegriff 218 IA EESE ee RNEEE EEE HEDERER REISEN HE REISEN SEEN 219 3 3 4 4 2 Auswertung Frage 3a Bestimmung der Geschwindigkeit eines Radfahrers L sungsans tze 219 3 3 4 4 3 Auswertung Frage 3b Tats chlich gew hlte L sung zur Messung einer Geschwindigkeiit 220 3 3 4 4 4 Auswertung Frage 3c Vorhersage der gefahrenen Strecke L sungsans tze 223 5 3 4 5 Frage 4 Bisher stattgefundene bertragungen des Unterrichtswissens in die Lebenswelt
53. Geflecht aus Marktdruck Innovationssch ben und Kostenentwicklungen n der Halbleiterindustrie zu komplex und zufallsbestimmt ist um ein geschlossenes Modell zu formulieren folgt die reale Entwicklung dem Moore schen Gesetz tats chlich seit 1965 In der Physik existieren Gesetze vor allem in Form axiomatischen S tzen wie den Erhaltungss tzen f r Energie Impuls oder Masse f r d e weder ein Beweis noch ein Gegenbeweis gefunden wurde und die nicht durch Entwicklung eines zugrunde liegenden Modells als vielmehr durch wiederholbare Beobachtung in den Rang eines Naturgesetzes gekommen sind Vielfach sind Gesetze Hilfskonstruktionen die dem Naturwissenschaftler eine Vorhersagefunktion auch f r noch nicht verstandene Prozesse er ffnen Ein Beispiel daf r sind die Strahlungsgesetze von Wien 1896 und von Rayleigh Jeans 1900 die aus sorgf ltiger Messung heraus formuliert wurden und f r hohe Wien bzw f r niedrige Frequenzen Rayleigh Jeans korrekte Vorhersagen erlauben obwohl die zugrundeliegenden Vorg nge damals nicht verstanden waren und sich bei Frequenzen au erhalb des G ltigkeitsumfangs deutliche Abweichungen ergaben Theorie ber die Begriffe Modell und Gesetz hinausgehend handelt es sich bei einer Theorie um ein Geb ude von Gedanken Modellen und Gesetzen die unter einem bestimmten Namen bekannt sind In Theorien kann eine oder k nnen mehrere Modellvorstellungen enthalten sein die dann aber aufeinande
54. Herbert Loos Armin Kleist Ute Bachor Klaus Kolpatzek Alexander Busse und Konrad Mingels in ihr miteinander leben arbeiten und diskutieren k nnen Zu kooperativ war die Zusammenarbeit mit den Kollegen der Willy Brandt Schule M lheim Die Schule hat als leistungsf higer Projektpartner der Universit t Duisburg ein optimales Praxisfeld f r die Erprobung der in diesen und anderen Projekten entwickelten Methoden geboten Zu aufopfernd war die Korrekturarbeit von Frau Yvonne Nagat die meine stille Hoffnung wiederlegte dass die menschliche Aufmerksamkeit f r Tippfehler nach mehreren hundert gelesenen Seiten gn dig erlahmen w rde Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG ZIEL UND AUFBAU DER ARBEIT 00000000000000000000000000000000000000000000 0000000000000 0000000000 8 2 WISSENSCHAFTSTHEORETISCHE BEDEUTUNG DER MODELLBILDUNG s0sss 00000000000 12 22 ABBIEDUNGSMERKMAT ae eisen E AA 12 2 2 VERKURZUNGSMERKMAL is E A A A NN 13 252 ANWENDUNGSMERKMAT a ee ee ee A E OOE 15 2 2 SIMUBATIONSMODELE RE Sees a 16 2 3 SEMANTISCHE STUFEN DER MODELTBIEDUNG u 2 enssesakln see N 17 2 06 DEEINITION VON MODELEGROBEN es eis eu 18 2 7 ZKTASSENBEDUNG VON MODELLEN een een A EA 18 2 8 SERACHE AES SYMBOLSYSTEM sans ae ae 20 2 9 METHODIK DESARBEINTENSMIT MODELLEN 20540 He ie euere 21 2 10 ABGRENZUNG ZU ANDEREN WISSENSCHAFTSTHEORETISCHEN BEGRIFFEN eeeessnnssssssssssseeneeennnnnnnnnnnnnnnnnn 23 3 MODELLBILDUNGSKONZEPTE
55. Meinungen von Lehrkr ften Sch lerinnen und Sch lern zum Computer und seiner Nutzung im Unterricht 1989 Heimann P Otto G Schulz W Unterricht Analyse und Planung Hannover Schroedel 10 Auflage 1979 Heuer D u a PAKMA Softwarewerkzeug mit Dokumentationen Anleitungen und ca 40 Beispielen zum Physikunterricht auf der Begleit CD zu den Handreichungen f r den Physikunterricht im Gymnasium Bd 4 Computereinsatz im Phys kunterricht Staatsinstitut f r Schulp dagog k und Bildungsforschung Hrsg M nchen 1996 Heuer D Dynamische Physik Repr sentationen Verst ndnishilfen f r Physikalische Experimente Praxis der Naturwissenschaften Physik 45 Jg Heft 4 1996 Hornung C PC basierte Multimedia Systeme In Glowalla U Engelmann E amp Rossbach G Hrsg Multimedia 94 Grundlagen und Praxis Berlin Springer 1994 Jacobson I Object Oriented Software Engineering A Case Driven Approach Reading MA Addison Wesley 1992 Klafk W Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Zeitgem e Allgemeinbildung und kritisch konstruktive Didaktik Weinheim Basel Beltz Verlag 5 Auflage 1996 Klimsa P Multimedia aus psychologischer und didaktischer Sicht In Iss ng L J Kl msa P Hrsg Information und Lernen mit Multimedia Weinheim Psychologie Verlags Union 2 Auflage 1997 306 Kluitmann E Lernsituation Konstruktion und Fertigung eines T rbeschlages Ein Beispiel
56. Oszillator entscheidet F gt man eine periodische Anregung hinzu zeigt der Duffing Oszillator chaotisches Verhalten D exogene Gr e Parameter Ir Zwischengr e Zischengr e Zustandsgr e Zustand Ar 7 namen Zustands nderung Ver nderungsrate Zuslandssnderung Abbildung 9 Zusammenfassung der grafischen Symbole des Forrester Schemas 3 1 2 Weitere grafische Modellierungswerkzeuge Im s ddeutschen Raum wird bei Lehrerfortbildungen h ufig das Programmpaket PAKMA eingesetzt PAKMA Physik AKtiv Messen Modellieren Analysieren und An mieren ist am physikalischen Institut der Universit t W rzburg entwickelt worden PAKMA dient zun chst der Erfassung und Verarbeitung von be physikalischen Experimenten gewonnenen Messwer ten Mit dem Zusatzprogramm VisEdit ist es m glich physikalische und technische Wir kungsgef ge graphisch darzustellen und daraus automatisch ein Rechenmodell generieren zu lassen PAKMA unterst tzt dazu drei Integrations und zwei Differentiations N herungs Ver fahren Insbesondere in der grafischen Repr sentation weicht PAKMA bzw VisEdit dabei 3 Heuer D u a PAKMA Softwarewerkzeug mit Dokumentationen Anleitungen und ca 40 Beispielen zum Physikunterricht auf der Begleit CD zu den Handreichungen f r den Physikunterricht im Gymnasium Bd 4 Computereinsatz im Physikunterricht Staatsinstitut f r Schulp dagogik und Bildungsforschung Hrsg M n chen 1996 Heuer D Dynami
57. Rahmen von Fremdprogrammierungen blich vom auftraggebenden Fachbereich eine weitgehend formlos strukturierte Beschreibung der Programmanforderung liefern zu lassen Diese Beschreibung gerieten in der Regel unn tig umfangreich da die Fachbereiche und EDV Abteilung nicht ber eine gemeinsame Fach sprache verf gten und auf entsprechende Umschreibungen zur ckgreifen mussten Edgar Yourdon pr gte f r diese vornehmlich textorientierten Systemspezifikationen den Begriff des Pomberger G Prozedurorientierte Programmierung In Rechenberg P Pomberger G Hrsg Informatik Handbuch M nchen Hanser 2 Auflage 1999 Seite 526 Die Verwendung von bedingten Sprungbefehlen IF THEN GOTO Anweisung in Programmen f hrt zu einer Reihe von ernsthaften Problemen beim Programmlauf da die Anzahl der m glichen Laufwege des Programms quadratisch mit der Anzahl der Programmzeilen steigen kann Damit wird es den Compilern der Programmierumgebung unm glich gemacht den Ressourcenverbrauch und die Laufzeit der einzelnen Laufwege zu optimieren die Fehlersuche im Programm wird dem Programmierer ebenfalls unn tig erschwert weil der Laufweg des Programms der zum Auftreten eines Fehlers gef hrt hat nur schwer oder nicht eindeutig nachvollzogen werden kann Heute werden Sprungbefehle im Allgemeinen nur noch zur Behandlung von Ausnahmen vom regul ren Programmlauf Exceptions mit anderen Worten von Fehlern schlecht bersetzt Ausnahmefeh
58. Schwie rigkeiten Wie sich im Diagramm ablesen l sst hat keine einzige Sch lerin der Ver gleichsgruppe eine praktikable Berechnung aufgestellt Bei den Versuchsgruppen nannten im merhin 27 5 aller Teilnehmer eine praktikable Berechnung wobei positiverweise keine Unterschiede bei getrennter Betrachtung der Geschlechter deutlich werden Auch wenn nur die Ans tze betrachtet werden ist der Unterschied zwischen der Vergleichsgruppe und den Versuchsgruppen deutlich das Engagement bei dieser Aufgabe ist bei den Versuchsgruppen insgesamt deutlich h her die Verteilung insbesondere im Feldver such symmetrischer Im Mittel w hlten nur 7 der Mitglieder der Vergleichsgruppe einen Formelansatz zur Probleml sung m Feldversuch waren es im Mittel 41 Bei den M dchen wurde n Laborgruppe und Feldversuch eine Pr ferenz deutlich den Weg der Messung mit Hilfe einer Beispielrechnung darzustellen linkes Diagramm Die analytische Beschreibung unter Zuhilfenahme von Formel geschah bei beiden Geschlechtern gleich h ufig rechtes Diagramm jmi 02 Damit ist allerdings nicht gesagt dass bei einer konkreten Aufgabenstellung nicht wesentlich mehr Mitglieder von Versuchsgruppe und Vergleichsgruppen eine entsprechende Aufgabe korrekt l sen w rden 224 Beispielrechnung 1 f u Feldversuch vorhanden D ze E O gt Ka 2 en wu Cramer s V 0 28 Cramer s V 0 09 Abbildung 76 Das linke Diagramm zeig
59. Software Simulation berf hrt A Das Verhalten der Software S mulation wird mit in der Realit t erhobenen Werten ver glichen und damit zunehmend besser an die Realit t angepasst 5 6 3 1 Analyse Exemplarisch soll hier ein nichtlineares Optimierungsmodell dargestellt werden das den Absatz von Mobilfunktelefonen eines derzeit besonders modischen Typs Nokia 6210 be schreibt Betrachtet w rd das Kaufverhalten einer geschlossenen Gruppe von Benutzern n diesem Fall einer Schulklasse Dadurch wird der Vergleich mit dem realen Kaufverhalten einer realen Personengruppe m glich also z B der Schulklasse in der die Unterrichtsreihe stattfindet BI Vgl Ellinger Th Beuermann G Leisten R Operations Research Eine Einf hrung Heidelberg Sprin ger 4 berarb Auflage 1998 Seite 185 290 5 6 3 2 Konzeption des Objektmodells Durch Variation verschiedener Parameter Produktpreis Begehrlichkeit des Produktes durchschnittliches Taschengeld der Sch ler ist es m glich das Software Modell weitgehend an das reale Kaufverhalten der Sch ler anzupassen Eine besonders interessante sozialwissenschaftliche Komponente erh lt das Modell wenn man durch das Hinzuf gen eines Sozialneid Faktors eine Kopplung zwischen den einzelnen Mitgliedern der Schulklasse herstellt Im hier betrachteten Modell wird die Begehrlichkeit eines bestimmten Handy Modells f r alle Sch ler der Klasse erh ht wenn ein Mitsch
60. VERSCHIEDENER BEZUGSWISSENSCHAFTEN 25 3 1 VORGEHENSWEISEN ZUR MODELLBILDUNG UND MODELLERSTELLUNG IN DER PHYSIK 25 3 1 1 Das Forrester Schema der System Dynamics uccseeseseeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeneennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnna 27 3 1 2 Weitere grafische Modellierungswerkzeuse a nn 2 u 2 a aan 33 3 1 3 Numerische Probleme bei der Realisierung von Modellen und Simulationen in der Physik 35 3 1931 Euler Vere tn een A ee ee 36 3 1 3 2 Improved Euler Euler Cauchy Heun s Method Halbschrittverfahren 00000 nennen 37 3 133 Runse Kulta Verfahren 4 Oridnins ans ER 39 3 1 3 4 Symplektische Algorithmen das Leapfrog Verfahren 0000000000000000seeeeeseseeeenneenennnneneeeeeeenen 40 3 1 3 5 Zur Optimierung der Schrittweite bei numerischen Verfahren 220000000000000sseeeeeeeeeeeeeeeeeeeen 41 3 2 VORGEHENSWEISEN ZUR MODELLBILDUNG UND MODELLERSTELLUNG IN DER TECHNOLOGIE ueccnneeee 43 9 2 1 Defin non des Beerijes Technik a nee ansehe nae nee een 43 9 2 2 Die Allsememe Lechnologie ans 43 32 3 Das Konzept der vollstandigen Handlung e e ee 45 3 2 4 Systematische Strukturierung von Wissen Mind mapping Petri Netze System der Allgemeinen Technol gie uu sasnsleuskeiisnlernan ie 32 3 3 VORGEHENSWEISEN ZUR MODELLBILDUNG UND MODELLERSTELLUNG IN DER INFORMATIK ncccennnnneen 55 3 3 1 Textuelle Analyse und Strukt
61. Versuchsgruppen von Jungen und M dchen etwa gleich h ufig vorgenommen w hrend es n der Vergleichsgruppe von den M dchen v llig vermieden wur de Einige wenige Sch lerinnen und Sch ler aller Gruppen gaben eine Beispielrechnung an 5 3 4 4 4 Auswertung Frage 3c Vorhersage der gefahrenen Strecke L sungsans tze H ufung Laborgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen Film mit Zeitm rke an die entsprechende Stelle spulen Zel teilen Strecke m gleichem Mass teilen 16 666 Formelansatz 16 666 Beispielrechnung die auf Dreisatz beruht Fi praktik able Berechnung 16 666 a7 Diagramm 223 H ufung Versgleichsgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen Film mit Zeitm rke an die entsprechende Stelle spulen 1 j Zel teilen Strecke m gleichem Mass teilen 5023 4 0909 Formelansatz H 9023 3 0303 Beispielrechnung die auf Dreisatz beruht D 4 0909 praktikable Berechnung T EPET a Diagramm 1 T H ufung Feldversuch auf 100 normiert M dchen Jungen Film mit Zetmarke an die entsprechende Stelle spulen Zel teilen Strecke m gleichem Mass teilen Formelansatz 37 142 45 569 Beispielrechnung die auf Dreisatz beruht 20 57 praktikable Berechnung 21 428 32 911 a bDiagramm In Frage 3c wurden die Sch ler gefragt auf welche Weise sie mit Hilfe der in Frage 3b bestimmten Geschwindigkeit bei gegebener Zeit die gefahrene Strecke des Radfahrers bestim men w rden Dabei stie en insbesondere die Sch lerinnen der Vergleichsgruppe auf
62. abzusch tzen welche Tangentensteigung d h Geschwindigkeit Reibung ungef hr zum Zeitpunkt t At zu erwarten ist ansonsten werden alle Ergebnisse aus dieser Absch tzung umgehend wieder verworfen Aus der bekannten Steigung zum Zeitpunkt t und der gesch tzten Steigung zum Zeitpunkt t At wird nun der arithmetische Mittelwert gebildet und f r den eigentlichen Rechenschritt gem der Gleichung 31 Y t Ar Y t een At genutzt Auf das Fahrradbeispiel bertragen w rde das bedeuten das wir zun chst die Durchschnittsgeschwindigkeit absch tzen mit der sich das Fahrrad im Zeitraum At bewegen wird Anstelle der Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t w rd dann diese Durchschnittsgeschwindigkeit mit At multipliziert und f r die tats chliche Bestimmung des Ortes zum Zeitpunkt t At genutzt 2 Man geht davon aus dass auf halbem Weg zwischen t und t At also bei t 0 5At die Steigung der unbekannten zugrundeliegenden Funktion ungef hr der des gesuchten Mittelwertes entspricht Das Halbschritt Verfahren kommt daher ohne Mittelwertbildung aus indem es die Steigung aus einer Absch tzung des Systemzustandes zum Zeitpunkt t 0 5At ermittelt Y t At Y t Y t 0 5Ar Ar Bei vielen Funktionen deren erste Ableitungen stets lineare Funktionen ergeben ist diese Annahme auch berechtigt bei z B Exponentialfunktionen dagegen leider berhaupt nicht In zahlreichen Systemen ver ndern s ch die Zwischengr en allerdi
63. an der Faust mutwillig ber jede annehmbare bersetzung des Bibelverses hinausgeht Es sollte stehn Im Anfang war die Kraft Faust der sich in seinem bisherigen Leben nicht gerade als Mann der Tat verstanden hat beginnt von nun an nicht mehr den Sinn sondern die Tat an den Anfang seiner Handlungen zu stellen und markiert damit den Beginn der Trag d e n deren Verlauf seine un berlegte Taten und seine unbeherrschten Kr fte ihn von einer seelischen Verwirrung in die N chste st rzen und gro es Ungl ck ber hn und seine Mitmenschen etwa das Gretchen bringen werden Modellvorstellungen die dem Menschen das geistige Probehandeln erm glichen und die S nnhaftigkeit seiner ant z p erten Handlungen absch tzen lassen sind offenbar ebenso uralt wie sie zentral f r die menschliche Entwicklung sind Dies sind sie aber auch weil diese Vorstellungen zwischen Menschen kommuniziert werden k nnen zu jedem S nn und zu jedem Begriff geh rt eben doch auch das Wort mit dem er mitgeteilt werden kann Nicht zuletzt muss irgendwann der sichtbare Nachweis erbracht werden dass die Anwendung der Modellvorstellung zu einem Ziel f hren kann Ziel und Aufgabe dieser Arbeit ist ein neues Konzept f r die Bildung strukturierter Modellvorstellungen komplexer technischer Systeme und naturwissenschaftlicher Prozesse als Ausgangspunkt zi elgerichteter Handlungen zu formulieren und in verschiedenen Kontexten zu erproben Diese Kontexte sind
64. cProzent Formi FF prozVYalue sldbremsen vwalue a mw z SERIE 13 Stift kopi E For Each aktuellesFahrzeug In colFahrzeuge i TI operen ooe ktuellesFahrzeug brems prozValuee 00 0000 m E37 En o EP j g p REGTE E 1 BER True a e er E H000000008 amp NE 1 Transparent OROREN MS Sans Serif et FontTransparent True a NE EEE RE E 34300000128 Name ZA Gibt den Namen zur ck der im Code zur Identifikation eines Objekts verwendet wird Mstart EHE HB L FahrPnysik1 Micros M screenvb doc Microsoft KE 14 57 Abbildung 50 Die Entwicklungsumgebung von Visual Basic Die gr te Flexibilit t aber auch den h chsten Einarbeitungsaufwand verlangen multimedia f hige Programmiersprachen von den Autoren Mit Programmiersprachen wie Visual Basic Delphi Java oder Visual C k nnen beliebige Oberfl chen entworfen werden die Infor mationen in jedem beliebigen Zusammenhang darstellen Dabei k nnen Videoclips ebenso wie Grafiken und Audiodateien wiedergegeben werden Nahezu jede beliebige Form der Interaktion mit dem Benutzer kann integriert werden Ebenso kann f r die Interaktion auf jede externe Hardware zur ckgegriffen werden f r die Standardschnittstellen wie RS 232 oder USB existieren oder realisierbar sind So ist es zum Beispiel m glich dass die Interaktion mit dem Benutzer ber einen technischen oder naturwissenschaftlichen Versuch geschieht der vom Benutzer durchgef hrt und vom C
65. das Verhalten des Systems grund s tzlich mit einer stetig differenzierbaren Funktion beschreiben Diese l sst sich in bew hrter Art visualisieren indem man den Zustand abh ngiger und unabh ngiger Variablen und ihre Abh ngigkeit voneinander in einem kartesischen Koordina tensystem auftr gt Bestimmte Systeme kennen aber mehrere deutlich voneinander unterscheidbare diskrete Zust nde Z 23 n Befindet sich das System im Zustand Z kann seine Reaktion auf ein 81 bestimmtes Ereignis komplett anders ausfallen als es im Zustand Z2 Das Verhalten des Ob jektes in den Zust nden Z und Z2 l sst sich dabei m glicherweise mit eigenst ndigen in sich stetig differenzierbaren Funktionen beschreiben der bergang von einem Zustand in den anderen erfolgt aber vielfach diskontinuierlich diese berg nge sind dann auch vielfach nicht geschlossen beschreibbar Systeme mit diesem Verhalten werden nach Mealy finite state Machines benannt Beispiele f r state machines sind zum Beispiel zahlreiche Messger te Ein handels bliches Digital Multimeter ist in der Lage eine Vielzahl verschiedener Aufgaben zu erf llen das Messen von Str men oder Spannungen n um Gr enordnungen verschiedenen Mess bereichen die Funktionspr fung von Leitungen Widerst nden oder Halbleiter Bauelementen Die Wahl der Funktion erfolgt dabei ber u ere Bedienelemente v elfach durch einen Drehwahlschalter Damit wird sichtbar und plausibel
66. der Meinung waren ihre Ent scheidung auf der Grundlage gesicherten Wissens getroffen zu haben Ich hielt mich aus der Diskussion v llig heraus Nachdem die Diskussion sich festgefahren hatte wurde das Lernmodul als Schiedsrichter bem ht Ein kurzer Blick auf die relevante Karte berzeugte alle dass es sich nur um eine PT Regelstrecke handeln konnte Ich bat den Sch ler Thomas jetzt noch einmal f r alle die Charakteristika des Verhaltens von PT Regelstrecken darzustellen Mit einer hervorragenden Tafelskizze und einer verst nd lichen Erkl rung stellte er am Beispiel eines Backofens nicht nur die St rsprungantwort beim Aufheizen dar sondern auch noch die korrespondierende Kurve bei der Abk hlung Dieser Sachverhalt schien anschlie end von allen gut verstanden Ich habe diese Darstellung in der 264 Klausur noch einmal abgefragt und sie wurde von fast allen Sch lern gut bis brauchbar wiedergegeben Eine weitere Diskussion ergab sich nach meiner Frage wo denn nun bei dem Gleichstrom motor Regelgr e und Stellgr e gefunden werden Die Definitionen aus dem Lernmodul standen bei den Sch lern zur Verf gung und konnten abgerufen werden echte Kl rung brach te ein Beispiel von Thomas das einen Vergleich zum Automotor in einem Auto mit Ge schwindigkeitsregler bem hte Ayhan folgerte richtig dass w r dann ja noch gar nicht gere gelt sondern nur gesteuert h tten M t diesem Missverst ndnis schien auch j
67. der unterrichtsrelevanten institutionellen Bedingungen einschlie lich m glicher oder wahrscheinlicher Schwierigkeiten methodische Strukturierung thematische Strukturierung Begr ndungs zusammenhang Darstellungsm glich keiten Lehr Lern Prozessstruktur Konzept notwendiger oder m glicher Organisationsformen des Lernens und Thematische Struktur Gegenwarts bedeutung Zukunfts bedeutung Zug nglichkeit l Darstellbarkeit Mediale Aufbereitung Teillernziele soz Lernziele Exemplarische entsprechender Bedeutung Erweisbarkeit und berpr fbarkeit Lehrhilfen Ausgedr ckt in der Evaluation Interaktionsstruktur allgemeinen und Medium sozialer Zielsetzung der Lernprozesse Unterrichtseinheit i l mAh Mi Al m My Fi k I Las il i ul I ET i As k 1 i IMI nn LEHU I Abbildung 55 der einzubeziehende Kontext eines Medieneinsatzes in Anlehnung an W Klafki Deutlich sichtbar ist hier dass der Einsatz eines Mediums erst ein sehr sp ter Schritt in einer Kette didaktischer Entscheidungen ist die ihrerseits erst auf der Grundlage einer eingehenden Analyse der Lerngruppe und ihrer Ausgangsbedingungen m glich sind Damit wird bereits deutlich dass die Erstellung des Konzeptes eines neuen Mediums wie einer Lernsoftware fern von der angepeilten Zielgruppe eigentlich ein Kompromiss ist Das Projekt COLEEN stellt den Vers
68. der wahrscheinlich noch gespult werden muss ist ein Weg den kaum ein Lehrer bei der Betreuung von Gruppenarbeit w hlen wird von der St rung der Arbeit anderer Gruppen ganz abgesehen Auch Modelle sind nicht beliebig verf gbar Zur L sung beider Probleme der eingeschr nkten Verf gbarkeit des Lehrers n seiner Funk tion als Betreuer und der eingeschr nkten Verf gbarkeit aussagekr ftiger Medien zur rechten Zeit am rechten Ort ist der Einsatz von multimediaf higen PC ein wichtiger Ansatz Die schon l nger bekannten Vorteile multimedialer Wissensvermittlung sollten dabei nat rlich ebenfalls genutzt werden Multimodale Informationscodierung ber Bilder Texte Grafiken und Filme erm glicht dem Lernenden eine Informationsaufnahme ber die ihm ad quaten Informationskan le Lernschwierigkeiten die sich aus der mangelhaften Auspr gung des vom Lehrer pr ferierten Informationskanals Text oder Sprache oder Bilder beim Lernenden entwickeln k nnen werden so vom Ansatz her umgangen Im konventionellen bzw Frontalunterricht wird es eher zur Verwirrung f hren wenn der Lehrer sich bem ht ein und den gleichen Sachverhalt auf viele verschiedene Arten und Weisen darzustellen um die gleiche Multicodierung zu erzielen Bei dem Multimedia Lernmodul zur Drehzahlregelung eines Motor Generator Satzes werden zusammengeh rige Wissensgebiete mit hren ver schiedenen medialen Darstellungen auf einzelnen Hypercards zusammengefasst Es wird sich
69. die Anzahl der Vorschl ge pro Kopf Diese wurden nach Ge schlechtern getrennt erfasst um hier geschlechtsspezifischen Unterschieden auf die Spur zu kommen Weiterhin war vom Interesse wie viele voneinander unabh ngige Vorschl ge gemacht wurden In manchen F llen versuchten Sch ler den gleichen Messvorgang in verschiedenen Abwandlungen zu beschreiben Das k nnte ein Hinweis darauf sein dass die Sch ler sich selbst mangelnder Ideen bewusst sind und dies vertuschen wollen 5 3 4 4 2 Auswertung Frage 3a Bestimmung der Geschwindigkeit eines Radfahrers L sungsans tze Sammeln von Vorschl gen Anzahl Pro Davon Davon Davon Davon Vorschl Kopf qualifiziert unab qualifiziert Eigenst ndige h ngige Laborgruppe 16 Befragte Vergleichsgruppe 28 Befragte Feldversuch m Gesamt m M dchen o Jungen Laborgruppe Feldversuch V gruppe Abbildung 74 Anzahl genannter L sungen zum Messen von Geschwindigkeit 219 Das hervorragende Verhalten beim L sen des gestellten Problems ist die hervorstechendste Eigenschaft der Versuchsgruppen sowohl im Laborversuch als auch unter den 149 Sch lern des Feldversuches Jeder der Sch lerinnen und Sch ler konnte 3 4 verschiedene praktikable Vorschl ge einbringen Befriedigend ist auch dass der Anteil der qualifizierten Vorschl ge sehr hoch ist das hei t es wurden kaum unpraktikable Vorschl ge gemacht Auch der Anteil der unabh ngigen Vorschl g
70. die Designskizze eines Designb ros zur Verf gung Leider ist diese Skizze nicht normgerecht und f r den praktischen Einsatz m ssen eine Reihe von Detail l sungen von der Lerngruppe ent wickelt werden Abbildung 15 Montage eines Schutzgitters als typischer Lern auftrag Kluitmann E Nolting J Der Weg zu einem arbeitsprozess und lernfeldorientiertem Unterricht In lernen amp lehren 16 Jg Heft 64 2001 Seite 162ff Kultusministerium Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne handwerkliche Metallberufe Metallbauer Metallbauerin Fachrichtung Konstruktionstechnik Frechen Ritterbach Verlag 1991 l Kluitmann E Lernsituation Konstruktion und Fertigung eines T rbeschlages Ein Beispiel f r die Umsetzung des Lernfeldkonzeptes In lernen amp lehren 15 Jg Heft 58 2000 Seite 28 48 ANUN 7 DRIN i A TE ENNE SSN SSS E ZZ Abbildung 16 Zusammenbauzeichnung des Gel nderfu es Unter anderem wird problematisiert dass der Gel nderfu nicht h henverstellbar st Damit ist eine exakt waagerechte Montage auf der Br stung nicht zu gew hrleisten Aus der Arbeit an dem Problem heraus und nicht durch die Ma gabe des Lehrers erw chst f r die Sch ler in dieser Phase die Notwendigkeit zur umfassenden Besch ftigung mit Fachliteratur um nach bestehenden L sungen zu suchen etablierte Konzepte zu erfassen und genaue Angaben be
71. die Energie der Quanten mehr entnehmen l sst Sowohl im Proportionalbereich als auch im Ausl sebereich ist das Z hlrohr nach einem Z hlereignis durch die zahlreichen bereits vorhandenen freien Ladungstr ger f r einen ger tespezifischen Zeitraum nicht mehr sensitiv f r weitere Ionisierung durch eintretende Strahlung Im Zustandsdiagramm wird dies durch den Zustand der Totzeit angedeutet Ist die gas recovery abgeschlossen kehrt das Ger t wieder in den Vorzustand zur ck Bei einer weiteren Erh hung der Z hlrohrspannung k nnen vor allem durch den Spitze neffekt in der N he des zentralen Drahtes im Z hlrohr so hohe Feldst rken auftreten das die Gasatome auch ohne Strahlungseinwirkung onisiert werden Dieser Spannungs bereich wird im Akti vit tsdiagramm als der Zustand Gasentladungsbereich bezeichnet Durch die permanente lon sierung kann keine gas recovery mehr geschehen das Ger t wechselt beim Eintreten in den Gasentladungsbereich automatisch in den Zustand Totzeit und verbleibt dort was im dUML Zustandsdiagramm durch den zyklischen bergangspfeil angedeutet wird 83 Ladungs sammlung lonisations U gt 200V proportionalbereich kammerbereich M Z hl ereignis gas recovery U gt 500V Totzeit x Z hl ereignis U gt 1000V Gasentladungs Ausl sebereich bereich U gt 1000V Abbildung 32 Das dUML Aktivit tsdiagramm dargestellt f r das Objekt Geiger M ller Z hl
72. diskutiert durch Variation von Kp und Vergleich mit der Sta tion die direkt an den AD DA Wandler angeschlossen war konnte ph nomenologisch gezeigt werden dass dieses Verhalten von Kp und von der durch das Netz bestimmten Verz gerung abh ngig ist Die Gruppe Platoon kam schnell zur Idee die Gleichung AY K Xy Um eine konstante Startspannung U zu erg nzen AY K X U Dieser Weg der unter gewissen Randbedingungen durchaus eine Optimierung darstellt ist nat rlich problematisch und wird deshalb in der Regelungstechnik meines Wissens nach ver mieden Er f hrt nur zu einer Verringerung der bleibenden Regelabweichung wenn der Soll wert von vorneherein feststeht dann kann man solange durch Variation der Startspannung optimieren bis die Regelabweichung verschwindet Bei einer nderung des Sollwertes d h einer variablen F hrungsgr e taucht aber sofort wieder eine Regelabweichung auf Dies wurde den Sch lern aber bei der weiteren Erprobung ihres Reglers ohne mein Zutun klar In der Diskussion konnten wir festhalten das diese Optimierung nur im Bereich um einen bestimmten Sollwert herum brauchbar st und dass f r jeden neuen Sollwert eine erneu te Optimierung notwendig ist was insgesamt wenig befriedigend ist Daraus konnte direkt ab geleitet werden dass ein P Regler alleine nicht f r alle Zwecke ausreicht Die weitere Planung war nun dass die Sch ler die bekannten Reglertypen zu PI PD
73. entsprechend gestaltete Pfeile vorsieht S we E me I Doppellinie starke Linie d nne Linie Winkeispitze fetter Pfeil Konturpfeil Wei Rot Gelb Neu bei Arp ist insbesondere das Konzept der Verbundenden Str me Bei der Zufuhr von Brennstoff bzw eines z ndf higen Kraftstoff Luft Gemisches zu einem Triebwerk handelt es sich um einen solchen Verbundstrom das technische Ziel die Zuf hrung von Energie zum Zwecke ihrer Wandlung geschieht hier in Verbund mit einem chemischen Energietr ger W hrend man sich be der VDI 2222 nun daf r entscheiden m sste je nach dem Prim rzweck entweder die Darstellung als Stoff oder Energiepfeil zu w hlen bietet die Symbolsprache der allgemeinen Technologie nach Arp einen entsprechenden Verbundpfeil se z B Brennstoff Entsprechende Pfeile existieren n der Notation von Arp auch f r andere Verbundstr me s 1 55 I E I z B Werkzeugein z B technische satz keine R ck Signale Information stromdarstellung mit Tr ger Damit ergeben sich bei der Erstellung von Systemdiagrammen f r die allgemeine Technologie mannigfaltige M glichkeiten Eine W rmekraftmaschine kann im Diagramm nun einfach als eine Systemkomponente bezeichnet werden die die Energie von einem zugef hrten chemischen Energietr ger abtrennt und in Form mechanischer Energie einem nachgeordneten System z B einem Getriebe zuf hrt Ein Manko der Symbolsprache der allgemeinen Technologie i
74. es vor allem die M dchen die durch Angabe formel m iger Zusammenh nge positiv auffielen Computerbesitzer waren hier nicht im Vorteil 213 Abbildung 73 Anzahl genannter L sungen zum Messen von Geschwindigkeit 219 Abbildung 74 Jungen tendieren st rker zur einfachen Antwort ich w rde den Tacho ablesen linkes Diagramm M dchen neigen zur anspruchsvolleren Darstellung einer Methode die die Messung yon Zeit und Weg beinhalten ee ea 223 Abbildung 75 Das linke Diagramm zeigt die Neigung der M dchen die Bestimmung der gefahrenen Strecke anhand einer Beispielrechnung zu erkl ren Formelans tze finden s ch dagegen bei beiden Geschlechtern gleicherma en rechts uus000sseeeeeeeeeeeeeeeeeeeenennnnn 225 Abbildung 76 Die Antwort habe mich privat nicht an den Physikunterricht erinnert wird vor allem von Jungen geliefert Der private Besitz eines eigenen Computers spielt keine Rolle 228 Abbildung 77 Vor allem M dchen fallen als Assoziationen am ehesten Ereignisse des DIADENVELKEHIS en een 229 Abbildung 78 Die M dchen zeigen eine Pr ferenz aus der Form der Kurve auf die Beschleu nigung zu schlie en Der Schluss vom Weg auf die Beschleunigung ist in der H ufigkeit dagegen nicht mit einem Geschlecht korreliert 000000000sseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeeennnn 234 313 Abbildung 79 Die denkbaren Einsatzfelder von multimediaf higen Computern im
75. f r das beobachtete Antwortverhalten der Sch ler gesucht werden Im Zusammenhang mit Fragenteil 2 inte ressierte vor allem warum so viele Sch ler die Angabe des quantitativen Zusammenhangs s vt als Assoziation mit dem Begriff der Geschwindigkeit verbunden haben obwohl der Umgang mit dieser Formel nicht durch das n anderen Unterrichtsreihen bliche Fachrechnen ge bt worden ist Die Sch ler antworteten die Formel sei ja ganz am Anfang der Unterrichtsreihe benutzt worden Auf die Entgegnung des Gespr chsleiters bei anderen Kursen sei die Formel durch g ng g benutzt worden aber es h tte trotzdem nicht ein einziger Sch ler der anderen Gruppen die Formel als Antwort auf Frage 2a genannt konnten die Sch ler lediglich ihre Ver wunderung dar ber zum Ausdruck bringen 5 3 4 3 6 Interpretation Die Sch ler der Versuchsgruppe verbinden den Begriff der Geschwindigkeit in zufrie denstellendem Masse mit elaboriertem Wissen aus der Unterrichtsreihe Sie haben den Begriff der Geschwindigkeit in ausreichendem Ma e in Zusammenhang mit quantitativen und ziel orientierten Problemstellungen kennen gelernt und k nnen auch noch gute Bez ge zur Le benswelt darstellen vgl die geringe Anzahl an rein fachlich und nicht lebensweltlich orien tierten Assoziationen Auf der anderen Seite ist in der Unterrichtsreihe weniger Wert auf fachsprachlich formulierte Merks tze gelegt worden d e den Sch lern anderer Unterrichtsreihe eine wesentl
76. f r die Umsetzung des Lernfeldkonzeptes In lernen amp lehren 15 Jg Heft 58 2000 Kluitmann E Nolting J Der Weg zu einem arbeitsprozess und lernfeldorientiertem Unterricht In lernen amp lehren 16 Jg Heft 64 2001 Koch F Pyzalla G Einf hrung n die Technologie K ln M nchen Stam Verlag 8 Auflage 1989 Kommers P A M Jonassen D H Mayes J T Cognitive Tools for learn ng Berlin Heidelberg New York Springer 1991 Kultusministerium des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien f r die gymnasiale Oberstufe in Nordrhein Westfalen Technik Frechen Ritterbach Verlag 1981 Kultusministerrum des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne handwerkliche Metallberufe Metallbauer Metallbauerin Fachrichtung Konstruktionstechnik Frechen Ritterbach Verlag 1991 Leonard W Regelungstechnik In Forschung in der Bundesrepublik Deutschland Beispiele Kritik Anregungen Im Auftrag der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG von Christoph Schneider Hrsg Weinheim Deerfield Beach Florida Basel Verlag Chemie 1983 Mascelli J V The Five C s of Cinematography Motion Picture Filming Techniques Los Angeles S lman James Press 1965 Mayer R Thinking problem solving cognition New York W H Freeman and Company 1983 McLuhan M Powers B R The Global Village Der Weg der Mediengesellschaft n das 21 Jahrhundert Paderborn Jungfermann 1995
77. ge l scht und es wurde zur Aufgabe gegeben das Auftreten eines Fehlers nun wirklich als Ereignis zu integrieren und auch entsprechend zu behandeln Sehr schnell konnte dann an der Tafel ein korrigiertes Diagramm gefertigt werden Auf Ereignis Knopf gedr ckt Aufschrift des disconnect Verbindung Knopfes pr fen trennen connect N Text wird ge ndert IP Nummer des Zielrechners aus Textbox lesen und an Winsock Objekt TCP IP Stack bermitteln Nachricht bermitteln Winsock Fehler Fehlercode Fehler pr fen Abbildung 96 W hrend des Unterrichtsgespr chs korrigiertes Diagramm Benutzer informieren 287 In der Lerngruppe war schnell Einigkeit dass diese Darstellung wesentlich bersichtlicher ist ohne an Inhalt zu verlieren Es st f r die Anwendung nicht notwendig den Zustand vor dem Eintreten eines Fehlers die pre condition zu kennen da der Ausl ser des Fehler Ereignisses bekannt ist n mlich der Winsock Windows Socket also die Softwarekomponente die die Verbindung vom Programm zum TCP IP Stack herstellt Mit der Verschlankung des Dia gramms zeigte sich der Lerngruppe anschaulich der Vorteil der ereignisgesteuerten Program mierung vor der prozeduralen Programmierung Nun konnte das Programm realisiert und berpr ft werden 172 16 200 1 Abbildung 97 Die Oberfl che des von den Sch lern programmierten Ampel Steu
78. gend Ressourcen zum Kauf eines Ger tes verf gt oder erst Taschengeld ansparen muss Das Taschengeld das den Sch lern innerhalb eines Monates zugewiesen wird wird ebenfalls beim Start der Simulation mit Hilfe eines Zufallsgenerators gleichverteilt und f r die Dauer der Simulation zugewiesen 182 In meinen Schulklassen an der Willy Brandt Schule wurde bei stichprobenhafter Befragung deutlich dass eine Vielzahl der Sch ler im erschreckend hohen Umfang Nebent tigkeiten ausf hren um trotz geringer von elterlicher Seite zur Verf gung stehender Ressourcen im Konsumverhalten mithalten zu k nnen Die Be fragung geschah vor dem Hintergrund dass Sch ler als Grund f r nicht gemachte Hausaufgaben Termin schwierigkeiten angaben die nachweislich durch ihre zahlreichen Jobs entstanden sind Einige Fachlehrer der Gesamtschule nehmen daher von Hausaufgaben Abstand weil dies ihrer Auffassung nach sozial schw chere Sch ler benachteiligt die die Gelegenheit zum Anfertigen der Hausaufgaben nicht im gleichen Ma wie die Kinder reicher Eltern finden und demzufolge im Unterricht abfallen w rden 292 Bei Vernachl ssigung des Neideffektes der Parameter Sozialneid verbleibt auf 0 werden die Sch ler die effektiv Bedarf an einem Ger t haben l sofort ein Ger t kaufen oder 2 anfangen ihr Taschengeld anzusparen und dann sobald wie m glich zum Kauf schrei ten Sch ler d e keinen effektiven Bedarf an einem Ger t sp ren
79. getroffen werden Die Sch ler analys erten in Kleingruppen zu 3 Personen das typische Bewegungsprofil Im Anschluss wurde m Plenum an der Tafel eine konsensuelle Darstellung erarbeitet und schriftlich fixiert Die Sch ler entnahmen aus der Analyse folgende Zust nde des Flugprofils 1 Das Huhn gewinnt m hsam an H he Hier wurde in der Diskussion vom Lehrer die Vorstellung der M hsamkeit provoziert Eine weitere Erkundung kann untersuchen weshalb der Aufstieg m hsam wirkt und so die Begriffe Arbeit Energie Leistung Gewicht zur Diskussion bringen 2 In einer bergangsphase beschleunigt das Huhn um geradeaus zu fliegen Den Sch lern ist ein bogenf rmiger bergang von schr g dargestellten Steigflug in den mit h herer Vorw rtsgeschwindigkeit erfolgenden Geradeausflug aufgefallen dies haben sie auch bereinstimmend skizziert Eine weitere Erkundung kann die genaue Form des bergangs bestimmen plausibel ist eine gleichm ig beschleunigte Bewegung die dem mit konstanter Steiggeschwindigkeit erfolgendem Steigflug berlagert ist Dies w rde in 158 3 4 5 6 der r umlichen 2D Darstellung eine liegende Parabel ergeben was sich sehr gut mit der Skizze der Sch ler deckt Das Huhn bewest sich geradlinig und gleichf rmig Dieser Abschnitt des Fluges st besonders einfach und wird s cherlich als erstes pro grammiertechnisch realisiert sein Hier lassen sich einfache Weg Zeit Gesetze unter Ein
80. global cognitive styles of elementary school students Doktorarbeit an der Universit t Pittsburgh In University of Ohio Hrsg Dissertation Abstracts International M ller D Modellbildung Simulation und Identifikation dynamischer Systeme Berlin Springer 1992 Moore G E cramming more components onto integrated circuits Elektronische Publikation 1965 Quelle http www intel com research silicon moorespaper pdf M ller Merbach H Operations Research Methoden und Modelle der Optimalplanung M nchen 1989 Z tiert nach Ellinger Th Beuermann G Leisten R Operations Research Eine Einf hrung 4 berarbeitete Auflage Heidelberg Springer 4 berarb Auflage 1998 Nestle E Hrsg Novum Testamentum Graece Stuttgart 1 Auflage 1898 Object Management Group The Hrsg OMG Unified Modeling Language Specification Version 1 2 Juli 1998 Oehler K OLAP Grundlagen Modellierung und betriebswirtschaftliche L sungen M nchen Hanser 1999 OR News Mitgliederzeitschrift der Gesellschaft f r Operations Research GOR e V M rz 1998 Pahl G Beitz W Engineering Design Engl sh Edition Berlin Springer 1984 Pahl G Beitz W Konstruktionslehre Methoden und Anwendung Berlin Springer 4 neubearb Auflage 1997 Pennington N Cognitive Components of expertise in computer programming A review of the literature Tech Rep No 46 University of Michigan Center for Cognitive Scienc
81. in der 2 Goldkuhle P Modellbildung und Simulation im Physikunterricht Einsatzm glichkeiten computerunter st tzter Modellbildungssysteme In Landesinstitut f r Schule und Weiterbildung Hrsg Heftenreihe Lernen mit neuen Medien im Unterricht B nen Verlag f r Schule und Weiterbildung 1997 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Physik Frechen Ritterbach Verlag 1999 S 5 6 7 13 14 18 21 23 25 26 27 40 41 62 69 77 2 Bethge T Schecker H Materialien zur Modellbildung und Simulation im Physikunterricht Universit t Bremen Fachbereich Physik Elektrotechnik Institut f r Didaktik der Physik 1992 25 Realit t zu suchen wird zumindest in der fachdidaktischen Grundlagenliteratur der Physik nicht beschrieben Die Modellbildung m Physikunterricht st n hrer Art ein besonders deutliches Beispiel f r die Modellbildung allgemein e weil die notwendigen Arbeitsschritte sich hier besonders klar voneinander abgrenzen lassen e weil mit der Mathematik ein besonders gut geeignetes Instrumentarium zur Beschreibung von Modellen und Modelleigenschaften besteht e weil der Erfolg der Physik seit jeher vor allem auf der guten Vorhersagbarkeit der physikalischen Vorg nge durch Anwendung von Modellen gr ndet Die Modellbil
82. in seinem Buch The Society of Mind eine Theorie des menschlichen Verstandes vor d e ebenfalls das Ph nomen der menschlichen Klass erungsf higkeit n cht ausklammern kann Modelle lassen s ch gem hrer kennzeichenden Eigenschaften bestimmten Klassen zuordnen Hierf r existiert mittlerweile eine gro e Zahl verschiedener Klass fizierungsmuster gt Plato Der Staat ber das Gerechte Aus dem Griechischen bersetzt von Otto Apelt 11 erneut durchgesehene Auflage Hamburg Meiner 1989 18 offen es bestehen Wechselwirkungen mit der Umgebung z B Aquar um mit Verdunstung Energiezufuhr dynamisch Systemgr en ver ndern sich m Laufe der Zeit z B Bev lkerung eines Raumes kontinuierlich Systemgr en ndern sich kontinuierlich d h in beliebig klei nen Zeitabschnitten z B Temperatur einer Tasse Kaffee determiniert unter identischen Bedingungen sind identische Folgezust nde reprodu zierbar z B Kapitalentwicklung bei identischer Anlagedauer u Verzin sung stabil bei normalen nderungen von Systemgr en kippt das System nicht Eine m gliche Art der Klassifizierung wurde von Goldkuhle Kohorst und Portscheller ver ffentlicht und nennt folgende dealtypische Eigenschaften zur Klass erung von Modellen abgeschlossen idealtypisch es bestehen so gut wie keine Wechsel wirkungen mit der Umgebung z B Aquar um als Gef mit seinem Inhalt statisch S
83. interessant gewesen Feldversuch Lebensweltliche Assoziation S O gt z i N un un lt D S w D v Assoziation u Cramer s V 0 28 Cramer s V 0 14 Abbildung 77 Die Antwort habe mich privat nicht an den Physikunterricht erinnert wird vor allem von Jungen geliefert Der private Besitz eines eigenen Computers spielt keine Rolle Der Cramer s V Test zeigt dass die H ufigkeit einer fehlenden Antwort oder der Antwort habe mich nicht an Physik erinnert deutlich mit dem Geschlecht korreliert Cramer s V 0 28 bei der gro en Stichprobe der Vergleichsgruppe Es sind vor allem die Jungen die keine lebensweltliche Anbindung der im Physikunterricht vermittelten Inhalte zu nennen wussten linkes Diagramm Mit einem weiteren Korrelationstest sollte gepr ft werden ob vielleicht nur diejenigen eine Assoziation zu nennen wussten die zu Hause Zugriff auf einen eigenen PC haben und damit die Computersimulationen zu Hause eher nachvollziehen konnten Diese Korrelation ergibt sich allerdings nicht mit Cramer s V 0 14 zeigt die Korrelation schwach in die entgegengesetzte Richtung rechtes Diagramm 228 Feldversuch Assoziation mit Strassenverkehr Assozilert O N oO N Y cs Ka O Z u Cramer s V 0 17 Abbildung 78 Vor allem M dchen fallen als Assoziationen am ehesten Ereignisse des Stra enverkehrs ein Interessant ist eine besondere Korrelation zwischen dem Geschlech
84. kann l Der Kauf eines Ger tes steigert den Bedarf aller Sch ler der Klasse um einen bestimmten Betrag Vorteil besonders einfach zu realisieren Nachteil bei einer gro en Gruppe steigt der Bedarf der einzelnen Sch ler nach einigen K ufen auf unrealistisch hohe Werte 183 Es muss kein Mobilfunkger t sein es kann sich z B auch um eine neue Spielkonsole handeln 296 2 Es wird ein unterschiedlich hoher Zusammenhalt der Sch ler untereinander unterstellt Kauft ein Sch ler der ein enger Freund ist so steigert das den Bedarf st rker als wenn ein Mitsch ler kauft zu dem kein enges Verh ltnis besteht Vorteil liefert f r eine gro e Gruppe von Sch lern wahrscheinlich realistischere Ergebnisse Nachteil es muss ein Faktor N he eingef hrt werden der sich nur sehr schwierig und nur mit bedenklichen demoskopischen Untersuchungen in der Klasse erheben lie e Weiterhin m sste f r diesen Faktor eine Funktion Bedarfssteigerung f Kauf N he entwickelt und angepasst werden Aufgrund der zahlreichen Variablen wird die Pr zision des Instrumentes f r gro e Gruppen damit wahrscheinlich nur scheinbar erh ht 3 Die ersten K ufe die von Mitsch lern get tigt werden beeinflussen das Kaufverhalten der Sch ler n anderer Form als K ufe m Mittelfeld oder am Ende der Produktionszeit So k nnte das erste Ger t seiner Art von den Mitsch lern noch als Exot betrachtet werden w hrend der Kauf des bereits modisch
85. mationswert und der hohen Informationsdichte dieses Filmtyps macht es h ufig sinnvoll diese Aufnahmen mehrfach zu wiederholen Dem kommt entgegen dass bei einem einmal vorhandenen Modell inklusive zeitlichem Ablauf der Objektbewegungen sehr leicht nderungen vorgenommen werden k nnen So kann z B der gleiche Ablauf mehrfach mit dem konsekutiven Ein oder Ausblenden verschiedener Objekte dargestellt werden oder e n mehrfacher Wechsel der virtuellen Kameraperspektive f r einen verbesserten r umlichen Ein druck sorgen Auch wenn das die Arbeit des Grafikers wirksam entlastet ist dennoch mit den langen turn around Zeiten dieses Verfahrens zu kalkulieren da das Rendern der Bilder je nach Qualit t eine sehr lange Rechenzeit beansprucht 116 Aufgabe 3 2 2 Realisierung von Methoden zur Abbildung des Objektverhaltens mit objektorientierten Programmiersprachen An dieser Stelle erreicht die Objektorientierte Modellbildung die gr te N he zu ihrer urspr nglichen Verwendung in der Informatik Wie bereits mehrfach dargestellt ist es Ziel der Objektorientierten Analyse ein Objektorientiertes Modell des Systems zu erstellen dass so pr zise ist dass es mit darauf abgestimmten Objektorientierten Programmiersprachen wie Visual Basic Smalltalk C Java und neuerdings Microsoft C direkt in ein Software Modell berf hrt werden kann Wird mit diesem Software Modell eine grafische Benutzeroberfl che GUI verbunden so ist eine lernhaltige Kom
86. mit Hilfe von Computern F r die Erprobung vor der Produktion m chte man aber m glichst schnell einen Prototypen des Teils in der Hand haben Im Fachgebiet Fertigungstechnik der Universit t Duisburg wurde dazu eine Rapid Prototyping Anlage in Betrieb genommen Diese Anlage bietet einen echten Zeitvorteil gegen ber bisherigen Modellbau Methoden Hier findet der bergang des Bauteils von der Virtuellen in die Reale Welt statt Das Innere der Anlage ist mit einem feinem Kunststoffpulver gef llt Bei n herem Hinsehen erkennen wir seltsame Spuren die wie von alleine in dem Pulver entstehen Die Zeitrafferaufnahme macht sichtbar dass hier eine Schnittfl che des Bauteils auf dem Pulver entsteht Was das blo e Auge nicht sehen kann ist das die Oberfl che des Pulvers durch einen Laser aufgeschmolzen wird hnlich wie beim zeilenweisen Aufbau eines Fernsehbildes ensteht so die Schnittfl che des Bauteils Ist eine Schnittfl che vollst ndig gesintert wird der Bauraum um 0 1 mm abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgetragen Auf diese Weise entsteht ein dreidimensionaler Kunststoffk rper Schicht f r Schicht Trifft das Laserlicht auf das vorgeheizte circa 170 Grad heisse Pulver schmilzt der Kunststoff und verfestigt sich an dieser Stelle In der Spur des Lasers sieht man f r kurze Zeit das Glitzern des geschmolzenen Kunststoffes Das gezielte Verschmelzen des Pulvers mittels Laser gibt dem Verfahren seinen Namen Selekti
87. mit Hilfe von Gruppengespr chen analysiert Der Einsatz von Computern und Multimedia im Physikunterricht wird vor dem Hintergrund der aktuellen Mediendidaktischen Diskussion zun chst als Gut an sich betrachtet das Pro jektorientierte Vorgehen und der Vollzug einer vollst ndigen Lernhandlung innerhalb der Un terrichtsreihe mit der Softwaresimulat on als Produkt das durch den physikalischen und messenden Vergleich mit der Realit t gepr ft und bewertet wird leitet sich aus den Betrachtungen der Abschnitte 1 und 2 her Welche Vorteile sich objektiv messbar f r die Sch ler der Lerngruppe ergeben soll unvoreingenommen durch die explorative Datenerhe bung mit einer Bandbreite von Testfragen bestimmt werden 146 Harreis H Riede H M Sieger H Treitz N Empirische Untersuchungen ber Erfahrungen und Meinungen von Lehrkr ften Sch lerinnen und Sch lern zum Computer und seiner Nutzung im Unterricht 1989 186 5 3 3 1 Statistische Ma e Bei der Auswertung der Datenbasis werden folgende Ma e ermittelt Univariate Statistik Mittelwertsma e Verbreitete Mittelwertsma e s nd der h ufigste Wert einer Verteilung Modus der Wert der von genauso vielen anderen Werten der Verteilung ber wie unterschritten wird Median und das arithmetische Mittel Das arithmetische Mittel ist die Summe aller Messwerte geteilt durch hre Anzahl Es setzt metrische Daten voraus In dieser Auswertung wird das arithmet
88. momentan m Zentrum der Aufmerksamkeit stehenden Objekt st prinzipiell zu vermeiden Damit r cken sehr alte Grundregeln der Filmgestaltung wieder in den Vordergrund Diese sind darauf abgestimmt der nat rlichen menschlichen Wahrnehmung von Objektverhalten n Zeit und Raum so weit w e es das Medium erlaubt entgegen zu kommen und so die Wahrnehmungsf higkeit des Rezipienten so weit wie m glich zu entlasten Dies kommt dem Ziel der m glichsten kompakten Vermittlung komplexer Information effizient entgegen Die Grundregeln der Kameraf hrung der Kontinuit t von filmischen Objekten und Abl ufen der Komposition des Bildaufbaus und des umsichtigern Filmschnittes umfassend zu beschreiben w rde den Rahmen dieser Arbeit bei weitem sprengen als einf hrende Grundlagenliteratur kann hier das reich bebilderte The five H6 Beck K Extreme Programming Explained Embrace Change Reading MA Addison Wesley 1999 111 C s of Cinematography von Joseph Mascelli empfohlen werden das seit mittlerweile ber 35 Jahren angehende Filmemacher in ihrem Grundstudium begleitet Aufgabe 2 3 4 Erstellung des kommentierenden Textes Der Text muss zeitlich sehr pr zise mit dem Auftreten der Objekte synchronisiert werden Nach unserer Erfahrung hat s ch folgende Praxis bew hrt e Die zu besprechenden Objekte werden kommentiert der Text beschreibt hre Eigen schaften und Methoden e Die Texte werden in etwa 1 2 zeilige S tze zerlegt und auf e
89. ndige Lernhandlung mit dem Objektmodell als erweisbares und berpr fbares Produkt eingebettet war Besonders hervorzuhebende Ergebnisse der empirischen Untersuchung sind e die sehr ausgewogene und erfreulich gute Beteiligung der Gruppe der M dchen am Unterrichtsgeschehen und an der experimentellen Arbeit e der sinnvolle und ungezwungene Umgang mit Formeln be der Probleml sung e der ebenso ungezwungene Umgang mit B chern die als Hilfsmittel f r die Projektarbeit verstanden wurden Ebenfalls m Kapitel 5 wurde der Nachweis erbracht dass sich mit dem Prinzip der Objektorientierten Modellbildung erstellte komponentenorientierte Lernsoftware erfolgreich 301 in eine Unterrichtsreihe des Technikunterrichtes integrieren l sst und mit den Konzepten des Technikunterrichtes harmoniert Im gleichen Kapitel wurde auch ein typisches Beispiel f r den Einsatz im Technikunterricht der Jahrgangsstufe 10 beschrieben Die Skizze einer m glichen Unterrichtsreihe im sozial oder wi rtschaftswissenschaftlichen Unterricht zeigte die prinzipielle bertragbarkeit des Konzeptes der Objektorientierten Modellbildung auch auf nicht naturwissenschaftlich technische Unterrichtsf cher Damit konnte die berpr fung der Leistungsf higkeit des Konzeptes anhand der in der Planungsphase formulierten Kriterien mit positivem Ergebnis abgeschlossen werden Ausblick Im Verlauf der Arbeit konnte gezeigt werden dass s ch aus einer sehr grunds tzlichen
90. nennen hre Bedeutung wiedergeben und an einer beliebigen Regelstrecke korrekt zuordnen k nnen Das charakteri stische Verhalten von I Strecken und PT Strecken kennen lernen Das charakteristische Verhalten und die Kenngleichung von I Reglern P und D Reglern kennen lernen 253 Unterst tzung durch das Lernmodul Das Lernmodul unterst tzt die Sch ler in dieser Phase l Durch informierende Texte und Diagramme zum Aufbau von Regelkreisen und zur Bezeichnung der relevanten Gr en Durch anschauliche bewegte Darstellungen des Verhaltens von beispielhaften PT und I Strecken Durch korrespondierendes Plotten von St rsprung und St rsprungantwort n x t und y t Diagrammen Durch interaktive Versuche mit funktionsf higen P I und D Reglern wobei die von den Sch lern eingegebenen Regelabweichungen direkt und sichtbar in die entsprech enden Kenngleichungen eingesetzt und die Reaktion des Reglers in y t Diagrammen dargestellt werden Durch Leitfragen die nach dem Wahrnehmen der Informationsdarbietung oder w hrenddessen bearbeitet werden k nnen Die Leitfragen finden sich im Men Leit fragen unter dem Titel Regelkreis Hier haben die Sch ler die Aufgabe symboli sche Darstellungen von Motor Steuerungs PC und Tachogenerator per Drag amp Drop so zu arrangieren dass die korrekte Struktur des bei den weiteren Versuchen zu rea lis erenden Regelkreises sichtbar wird Dar ber hinaus ist die Darst
91. noch nicht ber die gleichen metakognitiven Kompe tenzen wie Erwachsene mit abgeschlossener Schulbildung Effektive Lernstrategien und die F higkeiten zur Selbstbeobachtung und steuerung beim Lernprozess m ssen in ihnen erst noch angelegt werden Um diese metakognitiven Kompetenzen zu erlangen s nd d e Sch ler daher auf eine Beo bachtung und Bewertung hrer Lernstrategien angewiesen In dem Ma n dem s ch der Lehrer aus dem unmittelbaren Lernprozess herausn mmt verliert er aber die M glichkeit die Lernstrategien seiner Sch ler kritisch zu betrachten Diese Problemstellung wird bereits bei der traditionellen Einzel oder Gruppenarbeit mit Ar beitsbl ttern erreicht Die Kapazit t des einzelnen Lehrers reicht in der Regeln nicht aus um gt Zimmer G Mit Multimedia vom Fernunterricht zum offenen Fernlernen In Issing L J Klimsa P Hrsg Information und Lernen mit Multimedia Weinheim Psychologie Verlags Union 2 Auflage 1997 Seite 342 238 den Weg der Informationsaufnahme bei allen seinen Lerngruppen beobachten zu k nnen Einige einfache Versuche die ich mit Teilnehmern eines Lehrerausbildungsseminars durch f hrte machten dies bereits deutlich Aber auch mit einer verst rkten Betreuung lie e sich das Problem nicht aufheben Die blo e Anwesenheit des Lehrers f hrt in der Regel schon zu einer nderung der Lernstrategie so dass in diesem Fall das Prinzip der Selbststeuerung teilweise wieder aufge
92. oder geben durch Betrachtung kaum Auf schluss ber ihre Funktionsweise Computeranimationen sind hier ein erstklassiges Mittel sie sind sowohl da zu geeignet die prinzipielle Funktion darzustellen als auch dazu die Fas zination innovativer Technik zu ver mitteln menschlichen Auge nicht erschlie t wie bei den meisten Objekten der Elektro und Informationstechnik der Atom und Kernphysik Das gleiche Problem kann auch auf die Zeitskala bezogen sein d h die Vorg nge k nnen zu schnell oder zu langsam stattfinden um beobachtbar zu se n In den genannten F llen sind technische M glichkeiten denkbar die die Beobachtung mit Realfilm dennoch m glich machen Vergr erungen oder Verkleinerungen k nnen m g licherweise durch Einsatz einer geeigneten Optik erzielt werden eine Stauchung oder Deh nung der Zeitskala ist durch Zeitlupe oder Zeitraffer denkbar Der Einsatz von Computergrafik Computer Generated Imagery CGI bietet noch wesentlich weiter gehende M glichkeiten Neben der Darstellung von Objekten mit ihren Eigenschaften und Methoden auf allen Zeit und Gr enskalen ist es insbesondere m glich Abstraktionen zu visualisieren die an kein konkret existierendendes Objekt gebunden sind Die Visu al s erung von reinen Modellvorstellungen wie dem Bohrschen Atommodell der Aufent haltswahrscheinlichkeit von Elektronen in der Quantenmechanik oder dem p n bergang in Halbleitern ist mit CGI m glich Damit w
93. pr ziser ausgedr ckt den Zustand interner Stoff Energie oder Informationsspeicher Diese internen Zust nde sind vielfach von au en nicht ohne weiteres sichtbar haben aber einen deutlichen Einfluss auf das Systemverhalten So wird die Funktionsf higkeit eines Mobiltelefons oder eines Notebooks in deutlicher Abh ngigkeit vom internen Ladezustandes seines Akkus stehen Ist der Tank eines Autos fast leer ist damit der Gebrauchswert des Autos deutlich eingeschr nkt man sollte keine l ngeren Fahrten damit unternehmen und bei n chster Gelegenheit eine Tankstelle ansteuern Vielfach bleiben die internen Zust nde des Ger tes von einer Betriebsphase des Ger tes zur n chsten erhalten wenn e n Auto mit leerem Tank abgestellt wird wird sich daran bis zum n chsten Start des Motors nichts entscheidendes ndern In den oben genannten Beispielen k nnen die Zust nde ein Kontinuum von Werten zwischen voll und leer annehmen Es gibt aber auch vor allem bei der Betrachtung des Informationsumsatzes n technischen Systemen eindeutige Zust nde d e kein Kontinuum annehmen Eine Anlage ist entweder an oder aus die Speicherstelle eines Digitalrechners entweder voll oder leer Aber eine Waschmaschine kann in genau einer von mehreren Stufen eines Waschprogramms Vorw sche Kochen Sp len Schleudern sein Ein Autoradio kann auf eins von 20 vorprogrammierten Kan len eingestellt sein eine Ampel befindet si
94. sie es interpretieren wie sie es noch interpretieren k nnten und was sie jetzt zu tun w nschen Interaktive Bedienbarkeit bedeutet dass der Bediener bei der Bedienung der Software zum Ziel kommen soll wenn er nur diesen Intuitiven W nschen folgt Wenn es aus bestimmten technischen oder planerischen Gr nden nicht m glich ist die Aktion von dort aus auszu f hren wo es intuitiv zu erwarten w re sollte wenigstens an dieser Stelle ein Vermerk zu 118 finden sein Dass die Kontrolle der intuitiven Verst ndlichkeit und Bedienbarkeit durch den Software entwickler oder Videoproduzenten nicht durchgef hrt werden kann ist ein trivialer Sach verhalt Aus diesem Grund ist das detaillierte Protokollieren der intuitiven u erungen der Versuchspersonen hrer Vorstellungen und Missverst ndnisse dringend notwendig Diese 8 Vergleich Beim Entwurf von Programmen f r das Betriebssystem Windows kann man einer Schaltfl che verschiedene Zust nde zuweisen neben sichtbar nicht sichtbar und aktiviert auch den Zustand Inaktiv Die Schaltfl che wird dann kontrastarm dargestellt die Aufschrift wird grau und wenig auff llig Dies zeigt einem Benutzer an dass die Schaltfl che sehr wohl dort liegt wo er sie intuitiv vermutet hat dass aber aus be stimmten Gr nden eine Ausf hrung zur Zeit nicht m glich ist 118 Protokolle m ssen m Anschluss mit den Entwicklern zusammen ausgewertet werden und n entsprechende nderun
95. sowohl von M dchen als auch von Jungen hier ist keine Asymmetrie zwischen den Geschlechtern erkennbar Diese 20 OO naive Assoziation ist aber ein Zeichen daf r dass das fachliche Wissen des Physikunterrichtes noch nicht sehr tief in die Wahrnehmung der betreffenden Sch ler eingedrungen ist Diese und eine Reihe anderer naiver Antworten kennzeichnet die Gr e der Gruppe von Sch lern innerhalb der Versuchs und Vergleichsgruppen bei denen die Wahrnehmungen vor allem noch vom Alltagsverst ndnis und den Gegenst nden des Alltages gepr gt ist Auch unter den Sch lern die an der Unterrichtsreihe zur Objektorientierten Modellbildung m Physikunterricht teilgenommen haben finden sich naive Antworten Diese u ern sich weniger h ufig durch die Assoziation mit schnellen Gegenst nden daf r ziehen sich hier signifikant h ufig Sch ler regelrecht aus der Aff re indem sie auf den Begriff Geschwindig keit einfach mit einem synonymen Begriff wie dem Wort Schnelligkeit antworten Auch dies z hlt als naive Antwort mit den oben genannten Schlussfolgerungen Erfreulich viele Teilnehmer sowohl des Feldversuches 26 als auch des konventionellen Unterrichtes in der Vergleichsgruppe 21 bem hen s ch durch eine anschauliche Erkl rung das hinter dem Geschwindigkeitsbegriff verborgene Konzept darzulegen Dieser Versuch wird als anschauliche halbquant tative Erkl rung bezeichnet wenn er zwar ein je desto Verh ltnis
96. steuern k nnte Der bergang zum Themengebiet Messen Steuern und Regeln war daher einfach zu vollziehen gt Der Begriff cognitive tool wurde gepr gt von Jonassen Vgl Kommers P A M Jonassen D H Mayes J T Cognitive Tools for learning Berlin Heidelberg New York Springer 1991 Vgl Klimsa P Multimedia aus psychologischer und didaktischer Sicht In Ludwig J Issing Paul Klimsa Hrsg Information und Lernen mit Multimedia Weinheim Psychologie Verlags Union 2 Auflage 1997 Seite 16f 242 Diese Unterrichtsreihe wird den Kurs in der 12 2 abschlie en In der 13 1 wird die Gruppe das Thema Verbund technischer Systeme im Rahmen des Projektes Netzplanmodell des Stadtteils M lheim Styrum bearbeiten dass wie oben beschrieben ber die Kraftwerks modelle die auch in dieser Unterrichtsreihe verwendet werden mit einer stabilisierten Span nung versorgt werden soll wobei d e Kenntnisse und Entwicklungen dieses Kurses zur An wendung kommen sollen 5 4 4 2 Die Lerngruppe Be der Lerngruppe handelt es sich um 3 Sch lerinnen und 8 Sch ler eines Technik Leis tungskurses der Jahrgangsstufe 12 Das Leistungsverm gen innerhalb des Kurses ist sehr breit gestreut Dirk und Matthias sind durch ihre Auffassungsgabe den anderen Sch lern meist so weit voraus dass sie bei Gruppenarbeitsphasen freiwillig Tutorent tigkeiten bernehmen Dies wird von mir ausdr cklich gef rdert zumal ich mich mehrfach da
97. style and achievement in an introductory computer programming course In Journal of Research on Computing in Education 29 1988 Verein deutscher Ingenieure VDD VDI Richtlinie 2222 Blatt 1 Konstruktionsmethodik Konstruieren technischer Produkte Berlin K ln Beuth Verlag 1977 Vester F Neuland des Denkens vom technokratischen bis zum kybernetischen Zeitalter Stuttgart Deutsche Verlags Anstalt 1980 Vollmer G Was k nnen wir wissen Stuttgart H rzel Verlag 1985 Ward P T Mellor S J Strukturierte Systemanalyse von Echtzeit Systemen Englewood Cliffs NJ Prentice Hall 1991 Webb N Cognitive Requirements of learn ng computer programm ng in group and individual settings AEDS Journal 18 3 Webb N Microcomputer learning in small groups Cognitive requirements and group process In Journal of educational Psychology 76 1984 Weiner B Motivationspsychologie Weinheim Psychologische Verlags Union 1994 Wirfs Brock R Wilkerson B Wiener L Designing Object Oriented Software New York Prentice Hall 1990 Wolffgramm H Allgemeine Techniklehre Elemente Strukturen und Gesetzm igkeiten Einf hrung in die Denk und Arbeitsweise einer allgemeinen Techniklehre Hildesheim Franzbecker 1994 Yourdon E Modern Structured Analysis New York Prentice Hall 1989 Zimmer G Mit Multimedia vom Fernunterricht zum offenen Fernlernen In Issing L J Kl msa P Hrsg Information und Le
98. tendenziell etwas niedriger ist als die der M dchen der Vergleichsgruppen Diese Tendenz w re zwar Angesichts der sehr hohen Wertestreuung zu vernachl ssigen soll aber dennoch im Rahmen des Gruppenge spr chs beleuchtet werden 5 3 4 2 2 Hypothesenformulierung An der Willy Brandt Schule M lheim werden seit 5 Jahren intensiv Computer auch au erhalb des Informatikunterrichtes im Unterricht eingesetzt Das Medienkonzept der W lly Brandt Schule s eht den Einsatz des Computer vor e als Lehr Lernmedium im Fachunterricht unter Einsatz multimedialer Lern und Pr sentationssoftware in Verbindung mit V ideoprojektoren oder im Gruppenlernen vor PC e als Arbeitsmittel m Informatikunterricht wo vor allem der Einsatz von Office Software f r kaufm nnische Anwendungen erlernt wird e als System des Informationsumsatzes m Technikunterricht wo Aufbau und Vernetzung von PC Gegenstand von Kursen des Wahlpflichtbereiches s nd e als Zugang zum Internet Weiterhin kennen die Sch ler PC als Spiel und Unterhaltungsger t aus dem privaten Bereich Ich gehe davon aus dass die oben genannten Anwendungsgebiete das Bild der befragten Sch ler m Lauf ihrer 4 J hr gen Schulzeit an der W lly Brandt Schule nachhaltig gepr gt hat Allein auf die Versuchsgruppe bezogen gehe ich davon aus dass die intensive und konzen trierte Arbeit mit Computer an physikalischen Inhalten den Sch lern ein neuartiges Bild des Computers als Arbeitsmittel z
99. verschiedene Informationsquellen W re es manchmal nicht besser und bequemer gewesen wenn Ihr nur das Buch als Informationsquelle gehabt h ttet und alles was ihr wissen m sst w re zwischen den Seiten x und y zu finden gewesen Antwort l Es hat uns etwas mehr angereizt mit Computern UND Experimenten zu arbeiten weil wir in Physik das erste Fach sind was so arbeitet B cher haben wir ja in anderen F chern auch Frage 2 Der andere Kurs hat mehr mit dem Buch gearbeitet und ist genau so wie ihr dar ber befragt worden ob sie in Zukunft gerne mit Buch gerne mit Experimenten und gerne mit dem Computer arbeiten w rden W hrend Ihr angegeben habt dass Ihr mit dem Buch keine Pro bleme habt aber lieber mit Computer und Experimenten arbeiten wolltet haben die anderen Kurse das Buch rundheraus abgelehnt S e wollten es ganz einfach n cht mehr benutzen Habt Ihr daf r eine Erkl rung Antworten 2 Im Buch kann man mal etwas nachschlagen 3 F r einige Sachen braucht man das Buch 4 Zum Nachschlagen ist das Buch in Ordnung aber nicht zum was neues Lernen Aussage wurde stark betont vorgetragen 5 Das Buch ist eine Hilfe aber es ist eine eingestaubte Hilfe 6 Im Buch versteht man vieles n cht sofort Beispiel aus der Chemie wird genannt Wenn man das mit einem Experiment verbindet versteht man es viel besser und dann kann man es hinterher im Buch immer wieder nachlesen 7 Wir haben mit dem Buch gar ni
100. von Modellen und Medien zusammen mit Sch lern 4 1 Visualisierung des Objektmodells mit dUML Begleitend zur Analyse muss das Objekt modell mit einer Modellierungssprache RR geeignet visualisiert werden Dies taucht nicht als expliziter Prozess Schritt auf da es als kontinuierlicher Vorgang im Wechsel spiel der beteiligten Analysten und zwi schen den Analysten und dem Dom nen experten geschieht Abbildung 29 Die Konstruktion von UML Diagrammen Sie kann alleine oder in Gruppen mit spezieller Software oder von Hand auf Papier Tafel oder Clip Board erfolgen Wichtig ist die Verwendung des allgemein verst ndlichen normierten Symbolsatzes Hierzu k nnen auf alle Elemente der didaktischen Unified Modeling Language dUML zur ckgegriffen werden Die dUML liefert f r d e Analyse einen Satz von bersichtlichen und unmissverst ndlichen Symbolen zur Modellierung von Objekten und Objektbeziehungen von Objekteigenschaften methoden und ereignissen Dies ist insbesondere wichtig um den Dom nenexperten schnell und ohne gro en Erkl rungsbedarf in die Modell Erstellung ein beziehen zu k nnen Visualisierung der Methoden Die Aufgaben der Objekte also das was die Objekte tun k nnen sollen werden in Anlehnung an die UML als Methoden bezeichnet Didaktisches UML ist ein verantwortungsbasiertes Modellierungssystem RDD Responsibility Driven Design Das hat zur Konsequenz Besitzt ein Objekt eine Methode so hat das Ob
101. werden n cht kaufen und auch nicht daf r ansparen Die Anzahl der verkauften Ger te ist somit lediglich von dem zu Beginn der Simulation eingestellten Bedarf und dem Ger tepreis abh ngig Fr her oder sp ter ist der Markt ges ttigt d h nachdem der Bedarf dieser Sch ler gedeckt ist lie en sich nur ber eine Preissenkung neue K ufer erschlie en w Markt fur Hand es Datei Einstellungen he 49 82 Sch ler 0555 1 0 1 0 0 9 19 0 8 0 8 E 07 0 7 Freis in DM 550 wo ie Produktionsmonat 2 005 0 5 DA 0 4 0 3 0 3 Lagerbestand 3 ns 5 un 0 1 Verkaufszahlen 0 80 0 0 Abbildung 98 Die Simulation bei ihrem Start Jedes K stchen symbolisiert einen Sch ler mit seinem Ersparten linke Zahl und seinem in DM ausgedr ckten Bedarf an einem Mobilfunkger t Die Sch ler haben vom Zufallsgenerator ein Startgeld zwischen 0 DM und 186 DM zugewiesen bekommen Stark unterschiedlich ist der bei den Sch lern vorhandene Bedarf an einem Mobilfunkger t Dieser Startwert wurde ebenfalls vom Zufallsgenerator gew hlt 293 w Markt fur Hand es Datei Einstellungen Em EO 40 32 Sch ler 0524 0 340 152 0 Ga A 10 7 7 5 5 Preis in DM 580 Produktionsmonat 11 5 5 4 4 Lagerbestand 20 i l l Verkaufszahlen 10 0 0 Abbildung 99 Das Ende dieser Simulation im Zeitraum Z11 Mittlerweile haben sich 10 der 32 Sch ler nach einer Periode des Sparens ein Mobil
102. zu liefern Je vollst ndiger und eigen st ndiger die S tze formuliert sind desto flexibler kann beim endg ltigen Authoring noch auf nderungen der Reihenfolge eingegangen werden Gegebenenfalls k nnen in den S tzen re dundante Formulierungen eingebaut werden wenn dadurch die Reihenfolge ihres Auftretens flexibel gehalten werden kann Einfach aufgebaute S tze und sprachliche Redundanz sind bei gesprochenen S tzen kein Schaden f r die Verst ndlichkeit H7 Mascelli J V The Five C s of Cinematography Motion Picture Filming Techniques Los Angeles Silman James Press 1965 112 Auszug aus dem Storyboard f r Lasersintern als Beispiel f r ein Verfahren des Rapid Prototyping No o N a A A 11 12 13 14 15 16 17 Real Shot Computergrafik Darsteller Nicht CAD Maschinen Prototyp H nde Form Menschen Halle Maschinenbau Zoom aufMaschine Dietger Maschine Andreas Totale Maschine von Leiter Maschine Steuerungsrechner Totale mit Bildschirm Andreas Detail Bauraum Pulver Spuren Walze Totale Baurauml Pulver Spuren Walze Totale Bauraum 2 Laser Walze Totale Bauraum3 Laser Walze Totale Bauraum4 Walze Walze Walze Detail Walze Zeitraffer Pulver Spuren Walze Laser sthetische Bilderl sthetische Bilder sthetische Bilder3 Perlenbildung sthetische Bilder4 sthetische Bilder H nde B rste Auspacken Form Text Der Entwurf von neuen Produkten geschieht heute berall auf der Welt
103. zur g ngigen Praxis an Sch lerinnen und Sch ler immer wieder neu in die Arbeit mit grundverschiedenen spezialisierten und nur n bestimmten fachwissenschaftlichen Bereichen etablierten Modellierungssystemen einzuweisen Dem geneigten Leser w nsche ich dass er selbst Informationen und Anregungen f r seine Arbeit aus dieser Schrift entnehmen konnte 303 7 Quellenverzeichnis 7 1 Literatur Abbot R J Program Design by informal english descriptions Communications of the ACM 26 1983 882 894 Aebli H Zw lf Grundformen des Lernens Eine Allgemeine Didaktik auf psychologischer Grundlage Stuttgart Klett Cotta 10 Auflage 1998 Alspaugh C Identification of some components of computer programming aptitude In Journal of Research in Mathematics Education 3 Arp H Grundkategorien technologischer Beschreibungen In tu Technik im Unterricht 15 Jg Heft 59 1991 Arp H Vorlesungsskript zur allgemeinen Technologie Didaktik der Technik IV Gerhard Mercator Universit t Duisburg 1994 Bader R Jenewein K Didakt k der Technik zwischen Generalisierung und Spezialisierung Frankfurt G A F B Verlag 2000 Bader R Sanfleber H Schulze Fr hlich D Einf hrung in die allgemeine Technologie Bochum Kamp Verlag 1981 Beck K Extreme Programming Explained Embrace Change Reading MA Addison Wesley 1999 Beckmann J Entwurf der allgemeinen Technologie Nachdruck Erstver ffentlichung G
104. zweiten Glied abgebrochen wird Das Runge Kutta Verfahren betrachtet nun auch die Reihenglieder h herer Ordnung hnlich wie beim einfachsten Euler Verfahren ergibt s ch Y t At Y t m Ar wobei die zum Punkt Y t At f hrende Gerade nun aber nicht einfach die Steigung Y t hat sondern eine kom Steigung m 6 mo 2m 2m gt m plexe Steigung m die das gewichtete Mittel von 4 Hilfssteigungen darstellt je jedi Dabei werden zwei der Hilfssteigungen t 0 56At At t hier m und m genannt doppelt stark gewichtet Im folgenden wird dargestellt wie f r das Runge Kutta Verfahren diese 4 Hilfssteigungen ermittelt werden Ausgangspunkt bildet der Punkt A F r diesen Punkt wird durch Einsetzen des Wertes in die bekannte Differentialgleichung die Steigung mo Im Punkt A an der Stellet 0 y ermittelt m Y t 0 Y Dies ist gleichzeitig schon die erste der 4 Hilfssteigungen mo wird m endg ltigen Ausdruck einfach gewichtet Mit der Steigung my wird ausgehend von A der Ort eines ersten Hilfspunktes P1 t 0 t0 5eAt leAt t festgelegt P1 soll sich auf der H lfte der Strecke zum Ziel also an der Stelle t 0 5eAt befinden Die Steigung der Funktion mit den Werten an dieser Stelle Pl ergibt die zweite Hilfssteigung m gt m Y t t 0 5 At Y m wird doppelt gewichtet 39 Mit der Hilfssteigung m wird nun ein zweites Mal von Punkt A ausgehend ein Punkt auf der halben Strecke zum Zi
105. 4D mit abstrahierten Elementen der Klassen Staub r Gas und Filterfaser ein o a J y 2 fx Filtervorgang visualisiert lt I ii ON Die obere Abbildung links oben zeigt die Klassenelemente die mit Hilfe der Funktion Partikelsystem statistisch in ihren Eigenschaften variiert und vielfach kopiert werden Die rechte Abbildung zeigt wie mit der Gebr uchlichen Assoziation Rot Hitze eine Temperaturerh hung visualisiert wird 115 Zur Beachtung Aufgrund der v lligen gestalterischen Freiheit des Computer Graphic Artist kann Kunstfilm eine wesentlich h here Dichte an relevanter Information pro Zeiteinheit als ein Realf lm darstellen Es ist prinzipiell m glich alle relevanten Objekte eines technischen Systems in einer einzigen Szene zu visualisieren Dies w re im Realf lm auch bei geschicktem Com posing der Szene kaum m glich zum Beispiel weil einige Systemkomponenten m tech nischen Ablauf nicht zeitgleich im Bild sein k nnen oder weil sie sich gegenseitig verdecken CGI kann die Objekte des Systems rearrangieren in einer anderen zeitlichen Reihenfolge darstellen teilweise ausblenden oder Hindernisse transparent machen Es wird nicht zu einer Frage der technischen Limitationen sondern der vom Autor nach didaktisch methodischen Gesichtspunkten festzulegenden zeitlichen Reihenfolge wann welches Objekt zur Darstellung kommt Die hohen Kosten der Erstellung von CGI verbunden mit dem hohen Infor
106. 5 der Antworten im Feldversuch erkl rten richtig dass sich durch die Beschleunigung die Geschwindigkeit eines Objektes ndern w rde 5 3 4 3 4 Zusammenfassung des Fragenteils 2 Zusammenfassend wird auch bei dieser Fragestellung nicht deutlich dass die Sch ler die an der Unterrichtsreihe zur Objektorientierten Modellbildung teilgenommen haben durch den erh hten Anteil von Arbeit am Computer ein Defizit im physikalischen Verst ndnis davon ge tragen h tten Statt dessen sind die Antworten der M dchen hier sogar tendenziell von h herer Qualit t betrachtet man z B den h heren Anteil an quantitativen Formulierungen als Ant wort auf Frage 2b und die Nennung der Einheiten f r v n Frage 2a Viele Sch ler haben die M glichkeit genutzt den Begriff zun chst naiv umgangssprachlich zu beschreiben und dann mit den im Physikunterricht gelernten Begriffen n her auszuf hren insgesamt ein lobenswertes Vorgehen Ein rein naives Beschreiben w re ein Zeichen daf r dass d e Sch ler auch nach Ablauf des Kurses zur Mechanik nicht gewillt oder n der Lage sind den Begriff Geschwindigkeit mit physikalischem Fachwissen zu verbinden Auf der anderen Seite ist auch eine rein fachsprachliche Besetzung des Begriffes bei den Sch lern nicht problemfrei Der Physikunterricht in der Sekundarstufe I vermittelt wichtige grundlegende Kenntnisse und Qualifikationen indem er Einsichten in Naturvorg nge er ffnet und f r ein besseres Ve
107. 5 3 4 2 Frage 6 Akzeptanz der verwendeten Medien Frage 6 Demn chst werdet Ihr in der Physik mit einem neuen Thema beginnen Auf welche Weise w rdest Du Dich gerne mit diesem Thema besch ftigen Kreuze mehr rechts an wenn Du der Aussage zustimmst kreuze mehr links an wenn Du der Aussage nicht zustimmst Frage 6a Ich w rde gerne mit dem Computer arbeiten Frage 6b Ich w rde gerne mit dem Physikbuch arbeiten Frage 6c Ich w rde gerne mit Experimenten arbeiten Der Frageteil 6 st thematisch stark verwandt mit dem Frageteil 1 hier sollen d e Sch ler nochmals mit Hilfe einer Ordinalskala differenziert zu den m einzelnen verwendeten Medien der Unterrichtsreihe Stellung nehmen Obwohl Frageteil 6 prinzipiell eine Differenzierung des Frageteil 1 darstellt wurde dieser Teil auf dem Fragebogen nicht in r umlicher N he zum Teil 1 angeordnet Dies hat zwei Gr nde e W hrend der Frageteil 1 den Fragebogen er ffnet indem er eine auf die Vergangenheit des Kurses gerichtete Frage stellt ist der Frageteil 6 auf die Zukunft einer nun anstehenden Unterrichtsreihe gerichtet e Vorliegende Erfahrungen f hren zur Vermutung dass die befragten Personen bei einer zu gro en Anh ufung von Ordinalskalen mit nachlassender Konzentration rea gieren Dabei sinkt nach unserer Beobachtung die Bearbeitungszeit pro Frage deutlich die Antworten der untereinander liegenden Skalen tendieren dazu geometrische Muster anzunehmen Bei Sch le
108. 7 4 Dritte Phase Auswerlunesszaeesiseeines nein SAL Vierte Phase Nachbere une unless een seele 5 3 ZWEITER TEIL SCHULVERSUCH OBJEKTORIENTIERTER MODELLBILDUNG IM PHYSIKUNTERRICHT 53 1 Planung des Sch ulversuches a ersehen ie Basler ee 5 3 1 1 Theoretische Grundlagen Untersuchungsmodell 222200000000000000ssseseneneeneeeeeeeeeen 53 12 Geplante Versuchsdurchtuhrune ee ae ru U LEER IR I 3 3 13 Bedineinssanalyse Labor Lernsmippe z a n sungen an 3 3 1 4 Bedingungsan lyse Yersleichseruppe een RARA T RETLA ERA NRR 5 3 1 5 Bedingungsanalyse Feldversuchsgruppen 22222sssssssssssssssssnsnsnsnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 5 3 1 6 Einordnung in den Rahmenlehrplan der Laborversuchsschule eeen 3 32127 Sachanal yssen a T Eu Enten 5 3 2 Durchf hrung der Pilot Unterrichtsreihe in der Laborgruppe ccecce 158 53 2 1 Analyseeines existierenden Modells ame ar E A E 158 5 3 2 2 Einf hrung in die Objektorientierte Programmierung nnnnnnnnnnnnennnnnenennenn 161 5 3 2 3 Geradlinig gleichf rmige Bewegung Parametervariation mit dem Software Modell 162 5 3 2 4 Abgleich des Software Modells zur gleichf rmig geradlinigen Bewegung mit der Realit t durch Phys kal sche Fxpermenles e nein ee 163 S329 Formulerunsder Klassendi3stamme nen ee Me Be is 168 5 3 2 6 Die beschleunigte Bewegun
109. Assoziationsfragen mit offenen Fragestellungen wie in den Fragen 2a und 2b zu verwenden wenn man nach Indizien f r die Modelle sucht die von den Sch lern nach Abschluss der Unterrichtsreihe intern verwendet und pr feriert werden Stellt man pr zisere Fragen mit quantitativem Hintergrund fokussiert man damit die Antworten der Sch ler st rker auf den Kontext des Physikunterrichtes da dort und f r viele Sch ler nur dort eine qualitative und quantitative Diskussion der Begriffe stattfindet Sinn einer Wirk samkeitsstudie im Bereich allgemeinbildender Schulen kann es aber nicht allein sein eine auf den Kontext des Physikunterrichtes beschr nkte Wirkung des Unterrichtes zu erheben es muss hinterfragt werden n welcher Weise sich die allt glichen physikalischen Modell vorstellungen und ihre Anwendungen im Alltag nach einer Unterrichtsreihe im Physik unterricht ge ndert haben Die soeben sk zz erten Theorie der Kontext nderung durch Fragestellung erkl rt warum nun in allen Gruppen der berw ltigende Teil der Antworten sich auf eine verbale physikalische Definition st tzt n mlich der Definition der konstanten Bewegung 56 der Antworten aus der Laborgruppe 46 der Antworten aus der Vergleichsgruppe und ebenfalls 46 der Antworten aus den Klassen des Feldversuches st tzten sich in irgendeiner Form auf diese Definition und argumentierten dass bei Geschwindigkeit diese Definition e erf llt st e prinzipiell erf llt sei
110. Aussagen formulierten zu denen s e pers nlich stehen kon nten und die sie auch im folgenden Gruppengespr ch bekr ftigen bzw erl utern konnten Altersstufenspezifisch w re damit zu rechnen dass d e Sch ler einer Jahrgangsstufe 10 m Schutz der Anonymit t missbr uchliche bzw unsinnige Angaben t t gen w rden Die Ano nymisierung durch eine zwischengeschaltete Vertrauensperson hilft hier Missbrauch verhin dern und gleichzeitig die Anonymit t der Befragten sch tzen zu k nnen Die zweite Erhebungsstufe fand in Form eines gelenkten Gespr ches mit der Gesamtgruppe statt Bei der Auswertung der Frageb gen wurden eine Reihe von Auff lligkeiten deutlich 189 mit der sich die Versuchsgruppe von den Vergleichsgruppen abhob Zu deren Erkl rung wur den im Verlauf der Auswertung der Frageb gen eine Reihe von Hypothesen formuliert Diese Hypothesen sollten durch das eine Woche sp ter stattfindende Gruppengespr ches verifiziert oder fals f z ert werden Das Gespr ch wurde auf Band aufgezeichnet und im Anschluss aus gewertet Der Feldversuch mit 149 beteiligten Sch lern diente vor allem dazu die gefundenen Effekte empirisch zu untermauern Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Gruppen und unter R ck sichtnahme auf die gegebenen Randbedingungen also vor allem dem engen Zeitplan des be suchten Unterrichtes wurde das Gruppengespr ch hierbei nicht wiederholt Da die Tagesordnungspunkte des Gruppengespr ches sich direkt
111. B in der von Arp vorgeschlagenen Erweiterung der VDI 2222 eine berlagernde Betrachtung der Flussgr en S E I und deren Kennzeichnung durch entsprechende Symbole Dies hat deutliche Vorteile bei der Zufuhr von an Kraftstoff und Sauerstoff gebundene Energie zu einem Fahrzeugmotor handelt es sich um einen Verbundstrom als eine m gliche Beschreibung der Funktion eines Motors k nnte die Trennung der Energie aus dem Stoff strom sein Diese Sichtweise l sst sich in einem System streng nach Flussgr en getrennter Modelle so nicht darstellen 1 Wolffgramm H Allgemeine Techniklehre Elemente Strukturen und Gesetzm igkeiten Einf hrung in die Denk und Arbeitsweise einer allgemeinen Techniklehre Hildesheim Franzbecker 1994 Seite 70ff 107 Arp 1991 Seiten 5 8 92 Energie wandeln mech Leistung Kraftstoff Luftgemisch Abbildung 37 Verbundstr me beim Objekt Kraftfahrzeugmotor im System der allgemeinen Technologie Auf der anderen Seite macht auch das System der Allgemeinen Technologie von der M glichkeit Gebrauch f r das Verst ndnis n cht relevante Fl sse einfach auszublenden So ist der Signalfluss in einem Computer nicht von seinem Energiefluss trennbar da zur ber mittlung der Signale zum Umladen der Kondensatoren und zum Wechseln der Spannungs pegel immer noch geringe Str me flie en m ssen sofern allerdings die logischen Funktionen und nicht das thermische Gleichgewicht des Computers Geg
112. Bild eines sehr ruhigen und konzen tr erten Arbeitens mit den Medien Die Animationen wurden von den Sch lern mehrfach ein gehend betrachtet wobei sie bei den folgenden Durchl ufen zunehmend versuchten die Kom mentare neben den An mationen mit den dargestellten Elementen n Beziehung zu setzen Dies geschah durch Zeigen und durch leise Kommentare jetzt kommt die Ablenkung Der Beobachtung nach widmeten sich alle Gruppen vor allem den Animationen mit ihren begleitenden Kommentaren Die Begleittexte d e den Interessierten erg nzende und vertie fende Informationen zum Beispiel zur vektoriellen Berechnung der Lorentzkraft anboten wurden zwar wahrgenommen aber auch nach Aussage der Sch ler nicht zu Ende gelesen Dies betrifft aber ausschlie lich die l ngeren Texte die ber einen Rollbalken zum Weiter bl ttern verf gen Dieses Ph nomen ist von Informationsangeboten im WWW bekannt und gut abgesichert nur n 10 aller F lle etwa werden Rollbalken auf Internetseiten zum Weiterbl ttern benutzt Dies l sst sich vor dem Hintergrund verstehen dass das Lesen von Texten von Computerbildschirmen deutlich schwerer st als von Pap er H er w re es alter nativ sinnvoll gewesen erg nzende Informationen in Papierform zur Verf gung zu stellen In der Gruppe Platoon zeigte sich Sabine unter dem Schock des ersten Eindruckes als sie Verk ndete dass sie das nicht alles Verstehen werde Ihr Hauptproblem ist dab
113. Buildern direkt zu erstellen als eine Skizze von Hand zu machen Man kann nun auch bereits einen Schritt weiter gehen und rud ment re Methoden implementieren die der Oberfl che bereits einen Eindruck der zuk nftigen Funktionalit t hinzuf gen Diese Funktionsmodelle eignen s ch als deale Diskussionsgrundlage f r e n Planungsgespr ch mit Auftraggebern Beta Testern oder zuk nftigen Nutzern des Systems Diese Art des Projektmanagements das zu einem hohen Anteil auf den Austausch das verwerfen oder schrittweise verbessern von Funktionsmodellen beruht w rd als Xtreme Pro gramming bezeichnet Xtreme Programming ist eine relativ neue Art des Projekt managements und der Programmentwicklung der mit dem derzeitigen Trend zur kom ponentenorientierten Software Entwicklung erst m glich wurde Zur Beachtung Moderne Methoden des Filmschnittes versuchen den Beobachter zu aktivieren und zu irritieren indem sie mit seinen Sehgewohnheiten spielen und seine Wahrnehmungsf higkeit herausfordern Dies kann von Fall zu Fall auch bei Lern und Informationsvideo Sinn machen wenn es darum geht Interesse zu wecken oder die ver nderte Wahrnehmung eines evtl altbekannten Objektes durch den Rezipienten hervor zu rufen In Phasen der Vermittlung komplexer Informationen ist dagegen besonders vorsichtig mit der beschr nkten Aufnahmef higkeit des Rezipienten umzugehen Jede Ablenkung vom roten Faden der Informationsvermittlung von dem
114. Elektronen am modellhaften Beispiel einer Lei terschlaufe zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten diskutieren k nnen Damit sowohl die Funktionsweise eines Generators als auch die Funktionsweise eines Elektromotors n Worten w edergeben und an einer 3D Computeranimation beschrei ben k nnen Die Wirkung des Kommutators benennen und seine Funktionsweise mit Hilfe der 3D Computeran mation beschreiben k nnen Unterst tzung durch das Lernmodul Das Lernmodul unterst tzt die Sch ler in dieser Phase l Durch Texte und 3D Computeranimationen auf den Hyperkarten Lorentzkraft Motor und Generator im Teilgebiet Elektrotechnik des Navigationsbaums Durch Leitfragen die nach dem Wahrnehmen der Informationsdarbietung oder w h renddessen bearbeitet werden k nnen Die Leitfragen finden sich im Men Leit fragen unter dem Titel Motor Generator Sie haben hier die Form eines L cken textes 5 4 4 8 4 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Regelungstechnik Lernziele Die Sch ler sollen sich systematisch das hei t mit Mitteln der allgemeinen Technologie an Probleme der Rege lungstechnik ann hern diese Probleme zielgerichtet bearbeiten und gefundene L sungen opti mieren k nnen Dazu sollen ste Den prinzipiellen Aufbau eines Regelkreises beschreiben k nnen Die Begriffe Regelkreis Regelstrecke Regler Messgeber Messgr e Regelgr e F hrungsgr e Stellgr e Regelabweichung Kenngr e
115. Experiment konstituierenden Subsysteme und die Rolle der Komponenten die einzelne Subsysteme modellhaft repr sentieren Der Referent kann dadurch die Funktionsweise einzelner messtechnischer Subsysteme aus dem Zusammenhang herausgreifen und beleuchten Der Student kann sich zu Vorbereitung des Experimentes mit einzelnen Messtechnischen Subsystemen vertraut machen indem er die entsprechende Komponente herunterl dt und betrachtet 132 Aus dem Bereich Stoffumsatz Werkstofftechnik stammt ein bekanntes Experiment zur Ermittlung des Spannungs Dehnungs Diagramms belasteter Metallproben F r das COLEEN Projekt wurden die nichtelektrischen Messgr en elektronisch erfassbar gemacht parallel dazu wurden Repr sentationen der messtechnischen Systeme durch die entsprechenden Komponenten erstellt Abbildung 52 COLEEN Komponenten mit denen sich ein Laborversuch zu Dehnungs Mess Streifen repr sentieren l sst und ihre Relationen strains Metal Probe Strain dependent Resistor DMS aa is strained by Electric resistivity is measured with arable Force ser setforce Operational Amphtier gives D 5W Output to nalog Digtal Converter 5 Bit ial Dat it serial Data MORDLBES SaftWerE interact Excel Macre Messwer Aufnahme Software Folgende Seite In gleicher Weise wurde aus dem Bereich Energieumsatz der S mulationsstand eines Was serkraftwerkes f r die computergest tzte Vermessung vorbereitet Eine Be
116. Fach Informatik behandelt wurden zum gro en Teil entweder von den Natur wissenschaften oder von den Betriebswirtschaftswissenschaften aufgestellt wurden verwun dert es nicht dass auch die L sungsans tze vor allem auf diese Problembereiche abgestellt sind Eine umfassende Darstellung aller Modellierungstechniken der Informat k kann an dieser Stelle nicht geleistet werden Statt dessen soll in Form eines geschichtlichen Abrisses eine Reihe von Modellierungstechniken vorgestellt werden die typisch und kennzeichnend f r die Vorgehensweisen der Informatik f r eine bestimmte Dekade gewesen sind Die heute aktuellen Ans tze der Softwareentwicklung befinden sich derzeit n einer Kon solidierungsphase Die zahlreichen existierenden Ans tzen und Modellierungsverfahren werden derzeit von der Object Management Group an der die wichtigsten international auftretenden Unternehmen der Software Industrie beteiligt sind n der Unified Modeling Language UML zusammengefasst 3 3 1 Textuelle Analyse und Strukturierte Programmierung 60er und 70er Jahre Eine der wichtigsten Wurzeln der Informatik und der Entwicklung von Programm ersprachen und Programmierkonzepten war urspr nglich die Nachfrage nach rechnergest tzter Bear beitung mathematischer und hier neben finanzmathematischer zun chst vor allem physi kalischer Informationen Beispiele hierf r waren die Kurs und Schubvektorberechnungen zur Durchf hrung von Mondfl gen di
117. N Ss 2 Case 6480 To 8279 Re Case 8280 To 10000 n 4 Vo Timerl Enabled False End Select For 1 n To 3 Text1 i Text T 1000 Next i End Sub 182 Damit soll so gut wie m glich die Funktion einer gedachten Objektklasse Messposten bei diesem Versuch modelliert werden Die Objekte dieser Klasse haben als Attribute eine laufen de Stoppuhr verfolgen die Position des Zielobjektes und vergleichen diese mit ihrer eigenen Position Ist das Zielobjekt auf der gleichen H he h lt jedes Objekt die eigene Stoppuhr an Mit dieser Konstruktion wurde die Arbeitsweise die schon bei der Messung der gleichf rmig geradlinigen Bewegung angewandt worden ist auf eine f r die Sch ler einsichtige Weise modelliert und in das Software Modell des Fallversuches integriert Die Sch ler konnten nun in dem weiter oben abgebildeten Premiere Videoschnitt Arbeitspl tzen aus dem SMPTE Zeitcode die Zeiten entnehmen an denen die realen Tennisb lle die Fensterbretter des Schulgeb udes pass erten Anschlie end oder parallel dazu konnten die Sch ler in dem in der folgenden Abbildung gezeigten Visual Basic Arbeitsplatz den Parameter im Unterprogramm Schritt variieren bis die Z hler in der Softwaresimulation sich optimal an die Zeiten aus dem SMPTE Zeitcode ann hern 144 Solche Ma nahmen mit dem Ziel die Bewegung eines realen Objektes zu erfassen um die Bewegung eines computergenerierten Objektes daran anzun hern wer
118. Nordrhein Westfalen berpr ft Obwohl es schwierig ist im Bildungs bereich eindeutig und objektiv mit Begriffen wie besser und schlechter zu arbeiten sprechen die bisherigen Ergebnisse daf r dass die Objektorientierte Modellbildung beim Vermitteln physikalischer Kenntnisse den bisherigen Methoden des Physikunterrichtes 122 Born G Physik und Technik elektronischen Geldes Wanderausstellung mit Multimedia Komponenten und Hands on Experimenten Commerzbank AG Frankfurt 1996 http COLEEN uni duisburg de 126 mindestens gleichwertig und in vielen Aspekten sogar deutlich berlegen ist Insbesondere konnte nachgewiesen werden dass der intensive Computereinsatz beim Vorgang der Objektorientierten Modellbildung M dchen im Physikunterricht nicht nur nicht benachteiligt sondern unter Beachtung bestimmter Grunds tze sogar eine f rdernde und aktivierende Wirkung auf M dchen hat Planung Verlauf und Ergebnisse der Untersuchung werden m zweiten Teil dieses Kapitels beschrieben Eine der ersten mit Hilfe des Konzeptes erstellen Lern und Informationsressourcen f r den Unterricht wurde n einem Leistungskurs des Faches Technik an der gymnasialen Oberstufe m Verlauf einer Unterrichtsreihe zum Thema Informationsumsatz in technischen Systemen erprobt Dabei wurde ein nach dem Objektorientierten Ansatz modelliertes und nach den Prinzipien der Komponentenorientierten Lernsoftwareentwicklung aufgebautes Lernmodul zum Tei
119. Objektorientierte Modellbildung in der naturwissenschaftlichen und technischen Bildung Entwurf und Erprobung eines Modellbildungskonzeptes f r den Physik und Technikunterricht und f r die Produktion von Lern und Informationsmedien Von der Fakult t f r Naturwissenschaften der Gerhard Mercator Universit t Duisburg zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der P dagogik genehmigte Dissertation von Andr Bresges aus Wesel am Niederrhein Referent Professor Dr rer nat Horst Harreis T Korreferent Professor Dr rer nat Wolfgang Haupt Tag der m ndlichen Pr fung Dienstag 22 Oktober 2002 Danksagung Eine wichtige S ule protestantischer Arbeits Ethik ist die Aussage Christus man k nne Menschen an den Fr chten ihrer Arbeit erkennen Wie vereinbart sich dieses mit der Theorie jeder Mensch sei ein Produkt seiner Umwelt Nun sollte dieser Baum faule Fr chte tragen so liegt dies ganz sicher nicht an meiner Umwelt denn Zu wertvoll war die Betreuung durch meinen gesch tzten Doktorvater Herrn Prof Dr rer nat Horst Harreis Seine pers nliche Integrit t zusammen mit seiner F higkeit und Bereitschaft sich auch in verquere Gedanken hineinzudenken und Konsequenzen und Inkonsequenzen dann aus der Logik seines Gegen ber heraus zu begr nden ist bewundernswert und wird f r mich immer vorbildhaft bleiben Zu liebevoll ist die Treue meiner lieben Eltern Marianne und Helmut Bresges die mich nun s
120. Ode Knoplen blem Rrtildam and dar ld F sdinncherfla dae si uaenschalten En Kris Ob ck ku mit dir dus Min im DLR kann An oder utia auf dem Bldadirm Shen ONEA Maral hak far dim Knot TENA UA paa mt Aut dur Kopt dav Yrus umin T mach dks machen kagt i reigrasse Un Copt uud garudA Ume Sekunda ut re Abbildung 61 Einf hrung in die objektorientierte Programmierung Auszug aus einem Sch lerheft 5 3 2 3 Geradlinig gleichf rmige Bewegung Parametervariation mit dem Software Modell F r die Einf hrung in die Objektorientierte Programmierung hatte eine Gruppe von Sch lern die hierzu Vorkenntnisse aus dem Wahlpflicht Kurs Informationsumsetzende Maschinen einsetzen konnten die Erstellung eines Programms zur geradlinig gleichf rmigen Bewegung des Moorhuhns ber den Bildschirm demonstriert Die Funktionsweise des Programms wurde an der Tafel mit dem Satz beschrieben Der T imer Baustein von Visual Basic versetzt n zeitlichen Intervall Abst nden t das Moorhuhn immer um eine bestimmte Strecke S 162 Darauf aufbauend wurden folgende Fragen formuliert 1 Was passiert wenn man die Intervall Abst nde verk rzt 2 Was pass ert wenn man die Strecke S vergr ert Die Sch ler erhielten nun die Aufgabe in Kleingruppen von 3 4 Personen e das Programm der WP Sch ler nachzuprogrammieren hierbei wurden sie von diesen Sch lern unterst tzt die jeweils als Tutoren den Kleingruppen zugeordnet waren
121. Pausen zwischen den Programmstarts nicht mitgez hlt die Gruppe eine bestimmte Karte betrachtet hat Durch Vergleich mit Tabelle 2 wird deutlich mit welchen Inhalten sich die Gruppen zu einem bestimmten Zeitpunkt auseinandergesetzt haben Ich m chte am Beispiel der Gruppe mit dem selbstgew hlten Namen Platoon vermitteln wie die Diagramme zu lesen sind und wie sie sich interpretieren lassen Anschlie end sollen vergleichend die Zugriffstatistiken der anderen Gruppen betrachtet werden Hier zeigen sich zum Teil deutliche Unterschiede Lfd Nr Inhalt OlAufgabenstellung 1 Lorentzkraft 2 Generatorprinzip 3 Motorprinzip 4 Regelkreis 5Il Strecke 6IPT Strecke 7IP Regler il Regler 9ID Regler 10 Objektzugriff 11 Num Differentiation 12 Num Integration 13 interface 14 Transistor Tabelle 2 Die laufenden Nummern der einzelnen Informationskarten im Lernmodul 5 4 6 1 Gruppe Platoon Die Gruppe Platoon bestand aus 2 Jungen und 2 M dchen Sabine die von mir als misser folgsmotiviert eingesch tzt wird siehe meine Darstellung der Lerngruppe hat sich in diese Gruppe eingeordnet Die Gruppe wies von allen die st rkste Lehrerzentrierung auf ich wurde von dieser Gruppe am h ufigsten um Betreuung gebeten Nach abgeschlossenen Teilaufgaben forderte die Grup pe stets umgehend eine Bewertung von mir viele Hinweise ber Fehler im Programm z B 270 falsch gesetzte Zeilenumbr che zu einfache bzw einfach
122. Physics und der Ingenieurwissenschaften geworden ist b Die Deutungs und Vermittlungsfunktion Modelle dienen der Deutung beziehungsweise der Erkl rung von Vorg ngen die damit unserem Denken meist erst zug nglich gemacht werden Dieser diese Art der Modellbildung hat seinerseits wiederum eine doppelte Implikation denn sie steht o sowohl f r die Bem hungen von Wissenschaftlern wie Planck die mit der Einf hrung von Modellvorstellungen wie dem Wi rkungsquantum Deutungs m glichkeiten f r b s dah n nicht verst ndliche Vorg nge suchen o als auch f r die Bem hung von P dagogen die vereinfachte Modellvorstellungen zur Erkl rung von durch die Wissenschaft zwar bereits verstandene aber im Unterricht durch nh rente Komplexit t nicht ohne weiteres vermittelbare Vorg nge und Strukturen suchen Harreis verweist auf den begrenzten Bereich der dem Menschen direkt sinnlich zug nglichen Erfahrungen und bezeichnet diesen Erfahrungsbereich nach Vollmer als Mesokosmos Am besten zug nglich ist nach Harreis der Bereich der Mechanik da dieser direkt haptisch 2 Vgl M ller 1992 Seite 78 B Vgl ebd Seite 104 4 Vollmer G Was k nnen wir wissen Stuttgart Hirzel Verlag 1985 15 und visuell erfassbar ist und somit dem Menschen eine umfassende eigene Erfahrungswelt zur Verf gung stellt 2 4 Simulationsmodelle Ein Simulationsmodell ist ein Abbild der Wirklichkeit Doch anders als bei einer Lan
123. Regelkreises open loop Betrachtung Das Zeitverhalten eines Gliedes gibt an in welcher Weise das Ausgangssignal einem ver nderlichen Eingangss gnal folgt Zur Synthese und Analyse eines Regelkreises ist es von zentraler Bedeutung das Zeitverhalten der den Regelkreis bildenden Glieder zu kennen Man betrachtet hierbei das open loop Verhalten der Glieder d h ohne Einbindung in einen Re gelkreis Hierbei wird das Ausgangssignal y eines Gliedes in Abh ngigkeit von der Zeit in einem y t Diagramm aufgezeichnet Zeichnet man in das gleiche Diagramm oder mit gleicher Ska l erung unmittelbar dazu das Eingangssignal x des Gliedes zu jeweils gleichen Zeitpunkten so erkennt man das bergangsverhalten des Gliedes Zur Bestimmung des bergangsverhaltens verwendet man blicherweise bestimmte Formen des Eingangss gnals Es sind dies Flanke Peak und Rampe Die zugeordneten Diagramme siehe Abbildung 81 werden als Sprungantwort auf eine positive Flanke Impulsantwort auf einen Nadelpeak und Anstiegsantwort auf eine Rampenfunktion bezeichnet 166 Ebd 167 Ebd Seite 14 246 te Bild 28 Sprungontwort Impulsantwort Anstiegsantwort Abbildung 81 Charakteristische bergangsvorg nge zur Kennzeichnung des Zeitverhaltens Welche Eingangssignale zur Identifizierung des Gliedes gew hlt werden h ngt nicht zuletzt vom erwarteten sp teren Einsatz ab Am h ufigsten findet man eine Charakterisierung durch die Sprung
124. Systemen betrachtet Weiterhin ist die UML in ihrem ganzen Umfang stark von den Anspr chen der Wirtschaftsinformat k gepr gt da zahlreiche Anwendungsf lle f r objektorientierte Informationssysteme nach wie vor einen betriebswirtschaftlichen Hinter grund haben Dennoch kann eine genaue Auseinandersetzung mit dem gut ausdifferenzierten und hoch entwickelten System der UML wertvolle Impulse f r eine We terentwicklung der Modellierungsmethoden der Physik und ganz besonders f r das System der allgemeinen Technologie liefern In der Informatik und Informatikdidakt k wird der UML bereits heute eine hohe Bedeutung zugesprochen Die Arbeitsgruppe Didaktik der Informatik der Universit t Paderborn Prof Magenheim entwickelt und evaluiert zur Zeit im Rahmen des vom Universit tsverbunds MultiMedia des Landes NRW gef rderten Projekts LIFE eine Unterrichtsreihe zur Einf hrung Objektorientierter Modellierungsmethoden im Informatikunterricht an allgemeinbildenden Schulen Hierbei nutzen die Lerngruppen ein in Symbolumfang und Komplexit t reduziertes UML um zun chst eine vorhandene softwaretechnische Probleml sung zu analysieren und mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen die L sung f r ein neues Problem zu modellieren Die ersten Ergebnisse der Evaluation zeigen dass durch 7 Wirfs Brock R Wilkerson B Wiener L Designing Object Oriented Software New York Prentice Hall 1990 67 den Einsatz der Symbolsprache tats ch
125. Unterricht Die Studenten hatten keine oder nur geringe Vorkenntnisse im Bereich der Medientechnik oder Medienentwicklung Dennoch konnten S e unter Anleitung mit Hilfe des allgemeinen Vorgehensmodells zur Objektorientierten Systemanalyse und zur Objekt und Komponentenorientierten Produktion neuer Medien erfolgreich vorgehen Die Arbeit der Seminargruppe wurde exemplarisch dokumentiert und diente als Grundlage zur Darstellung des allgemeinen Vorgehensmodells im letzten Kapitel Das Projekt COLEEN wurde 2001 erfolgreich zum Abschluss gebracht Am Projektstandort Duisburg wurden die Entwicklungsaufgaben vor allem von einer gr eren Zahl studentischer Hilfskr fte getragen zeitweise waren bis zu 16 Entwickler besch ftigt Das allgemeine Vorgehensmodell zur Objektorientierten Systemanalyse und zur Objekt und Komponentenorientierten Produktion neuer Medien entstand in diesem Projekt vor dem Hintergrund der komplexen Anforderungen an das Projektmanagement Da das Projekt COLEEN Anlass zur Entwicklung und Ort der Erprobung des allgemeinen Vorgehensmodells war soll m direkt anschlie enden ersten Teil dieses Kapitels eine Darstellung des Projektes erfolgen Ob der Prozess der Objektorientierte Analyse und Modellbildung f r sich genommen ein lernhaltiger Vorgang ist wurde in den Jahren 2000 und 2001 in einem breit angelegten Feldversuch mit insgesamt 191 beteiligten Sch lern und 8 Lehrern an 6 verschiedenen Schulen des Landes
126. Zusammenhang Jungen Jungen 0 m 0 m S Q S Q ON Q o pmd Cramer s V 0 02 Cramer s V 0 06 210 5 3 4 3 2 Auswertung Frage 2b Assoziation mit dem Begriff Beschleunigung H ufung Laborgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen schnelle Gegenst nde Autos Flugzeuge 10 33 333 a als Formelmalliger Zusammenhang Geschwindigkeit 16 666 Einheit f r a zeit bei der Zunahme won Geschwindigkeit 16 666 schneller werden B 33 333 0 100 kmh oa Freier Fall 33 333 K raftbegriff Erdbeschleunigung erw hnt Anderung der Geschwindigkeit I P in z a m T 5 3 je O m Z I Dl mi ea E nz gt CL D Fam ag H ufune Vergleichseruppe auf 100 normiert M dchen Jungen schnelle Gegenst nde Autos Flugzeuge 11 764 4 0909 Synonym 5 8823 U a ale Formelmaliger Zusammenhang 0 0 zeit bei der Zunahme von Geschwindigkeit Ai Ara 56 823 54 545 45 454 Anderung der Geschwindigkeit m A If e E E H E e aj o Tj amp m en Tmi l a ojl 5 D amp 7 IE z D T r S a amp 5 T m CL Fi 2 Ca du m i Tak 3 2 gll A Ta T ku I T cd Ha pm 0 T zu du mg CL A amp T DD p lt pd H ufung Feldversuch auf 100 normi ert M dchen Jungen Das Spektrum der Antworten auf die Frage 2b Was verbindest Du mit dem Begriff Be schleu
127. achen und Datenbankzugriffskonzepten wie zum Beispiel OLAP Online Analytical Processing erfordert S nnvoll st ein Verbundkonzept das den Kunden Fachlehrern zus tzlich zu der Erstellung der Medien auch das hosting das hei t das zentrale Bevorraten der Medien auf einem geeig neten Server abnimmt In diesem Fall kann die Auswertung einer Vielzahl von Nutzerdaten durch eine zentrale und qualifizierte Stelle erfolgen Ein Konzept dieser Art wird an der Universit t Duisburg derzeit im Projekt Mechanik und Verkehr umgesetzt das im Rahmen der Ausschreibung Hochschulen in multimedialen Netzwerken Neue Medien in Schulen und Hochschulen vom Kompetenznetzwerk Universit tsverbund MultiMedia NRW gef rdert wird 120 Weitere Informationen ber diesen Versuch im Abschnitt Einsatz Erprobung und Evaluation von Komponentenorientierter Lernsoftware im Technikunterricht der Gymnasialen Oberstufe 2I Empfehlenswerte Einf hrung Oehler K OLAP Grundlagen Modellierung und betriebswirtschaftliche L sungen M nchen Hanser 1999 124 5 Einsatz praktische Erprobung und empirische Evaluation 5 1 Zur praktischen Erprobung des Konzeptes Eine praktische Erprobung des Konzeptes der objektorientierten Modellbildung muss eine ganze Reihe komplexer Fragen beantworten l Ist die Objektorientierte Modellbildung ein praktikables Vorgehensmodell zur Erstel lung multimedialer Lehr und Informationsressourcen Ist d
128. aften Methoden Ereignissen und deren Zeitverhalten mit Realfilm Kunstfilm Bildern Animationen v 3 2 2 Realisierung von Methoden zur Abbildung des Objektverhaltens mit objektorientierten Programmiersprachen y 3 3 1 Pr fung der Visualisierung auf m glichst intuitive Verst ndlichkeit mit Versuchspersonen y 3 3 2 Pr fung des Simulationsmodells auf realit tsnahes Verhalten durch Experten oder durch Experiment y 3 4 Authoring Realisierung der zeitlichen oder logischen Abfolge mit Autorenwerkzeug oder Videoschnittsystem y 3 5 Endabnahme gt a Muss dem Betrachter die interaktive Variation von Parametern gestattet werden um den gesamten Prozess abbilden zu k nnen gt Objektorientierte Programmierwerkzeuge z B Visual Basic Macromedia Flash b Ist eine skalierbare Komplexit t erforderlich gt LOM Klassierung ber Objektschnittstellen zur Maskierung einzelner Details nutzen Der Lerner soll im Rahmen des selbstgesteuerten Lernens selbst an einer zentralen Stelle die Komplexit t bestimmen k nnen c 3 Dimensionales Raumverhalten der Objekte Vorg nge im nicht Beobachtbaren gt 3D Computergrafik z B mit Cinema 4D XL d Realvideoaufnahmen stellen den lebensweltlichen Bezug her 4 Einsatz und summative Evaluation 4 Indikatoren f r Verhaltens nderungen in der Zielgruppe und in Vergleic
129. age 1995 Seite 31 13 stellungen sichtbar z B ist uns heute klar an welchen Stellen die historischen Modellvorstellungen ber den Aufbau der Atome Verk rzungen gegen ber der derzeit g ltigen quantenmechanischen Modellvorstellung ber den Aufbau der Atome aufweist Dort wo nur mit Modellvorstellungen gearbeitet wird kann eine endg ltige Bestimmung aller Or ginalattr bute m glicherweise niemals vorgenommen werden e intendierte Verk rzung Hierbei handelt es sich im Sinne Gr ners um eine vertikale didaktische Reduktion Der G ltigkeitsumfang der Modellvorstellung wird durch be wusste Weglassung einer Reihe von Attributen verkleinert demgegen ber steht der Gewinn einer verringerten Modellkomplex1t t e nicht intendierte Erweiterung Ein Modell kann durchaus Attribute haben die nicht dem Original entsprechen Dies kann wiederum auf Modelle zutreffen die sich noch im Prozess der Entwicklung befinden Es kann sich aber auch um Artefakte handeln die mit der Darstellung des Modells zusammenh ngen Beispielsweise st bei der Darstellungen von Modellen im Computer die diskrete numerische Darstellung ein solches Artefakt das im Gegensatz zum analogen Charakter der meisten Naturprozesse steht Dies f hrt zu Attributen die dem Original nicht eigen sind beispielsweise zu einem Rundungsrauschen zu in manchen Wertebereichen unsinnigen Werten oder zu im Original nicht beob achtbaren Periodizit ten z B durch das zugrundelieg
130. ahlregelung seiner Dampf maschinen In allen Ingenieurwissenschaften der Verfahrenstechnik vermehrt auch in der Biologie und den systemtheoretisch orientierten Sozialwissenschaften stellt die Rege lungstechnik eine Grunddisziplin dar Dennoch ist sie gerade zur Zeit hochaktuell Grund daf r ist die zunehmende Miniaturisierung leistungsf higer Computer und deren Integration in immer mehr station re und mobile 6 Leonard W Regelungstechnik In Forschung in der Bundesrepublik Deutschland Beispiele Kritik Anregungen Im Auftrag der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG von Christoph Schneider Arsg Weinheim Deerfield Beach Florida Basel Verlag Chemie 1983 Seite 757 237 technische Systeme Derzeit bekanntestes Beispiel ist die neue elchsichere A Klasse der Daimler Benz AG bei der eine fahrdynamische Regelung das Elektronische Stabil t ts Programm ESP unter Nutzung einer Vielzahl von in modernen Fahrzeugen ohnehin vorhandener Sensoren ABS Lenkwinkel L ngs und Querbeschleunigung Fahrzeug geschwindigkeit Betriebszustand des Motors st ndig die Fahrzeugstabilit t berwacht und die erkannten Risikofaktoren durch kontrollierten Eingriff in das Motormanagement und die Bremsen der einzelnen R der entgegenwirkt Ein vergleichbarer Umbruch findet in der Luft und Raumfahrttechnik statt Wir finden dort vermehrt Luftfahrzeuge deren Lagestabil t t nicht mehr wie gehabt durch aerodynamische Ma nahmen g
131. alyseverfahren der allgemeinen Technologie zu nutze Bei der Objektorientierten Modellbildung wird die Betrachtung der Bilanzgr en vor allem dazu genutzt die Schnittstellen der Objekte mit hrer Au enwelt zu definieren Dar ber hinaus gibt die Analyse des Stoff Energie und Informationsflusses innerhalb eines Systems wertvolle Strukturierungshilfe f r den Aufbau der sp teren Gesamtsimulation wie er im Abschnitt 2 3 Storyboarding beschrieben wird Vielfach sind in technischen Systemen bestimmte Fl sse ausgezeichnet Energiefluss in einem thermischen Kraftwerk Luftstrom n einem Filterpr fstand und k nnen als Leitlinie f r den Aufbau einer Pr sen tation oder einer guided tour dienen Deswegen ist es sinnvoll bereits die Analyse entlang solcher ma geblicher Flusslinien zu gestalten Abbildung 41 Die Analyse des Stoff Energie und Informationsflusses oben und die Erstellung eines Modells zusam men mit den Experten rechts liefert wertvolle Hinweise ber den Aufbau des Systems und seine Abgrenzung zur Umwelt Die Ergebnisse werden mit UML auf einer gemeinsamen Arbeitsfl che Tafel Metaplan Clipboard oben visualisiert und im Protokoll festgehalten ganz rechts Das Risiko dabei nebenl ufige Fl sse zu bersehen wird wirkungsvoll durch das Prinzip der Objektorientierung minimiert Denn die Objektorientierung erzwingt die m glichst vollst ndige Beschreibung der einzelnen Objekte un
132. amt einfacher ist und genauere Ergebnisse liefert 5 Jede denkbare Kombination der zwischen 1 4 beschriebenen Variationen 184 Prof Brunner r t in seinen Vorlesungen an der Gerhard Mercator Universit t Duisburg von Beliebtheits untersuchungen die in den 70er Jahren h ufig in Form von Soziogrammen durchgef hrt wurden ab da sie nach seinen Erfahrungen f r erhebliche und nachhaltige St rungen des Klassenklimas sorgen Sie stellen damit insbesondere einen so starken Eingriff des Experimentators in den Beobachtungsgegenstand dar dass sie vom Sinn her zweifelhaft erscheinen m ssen 297 6 Zusammenfassung und Ausblick Die hier vorgestellte Methode der Objektorientierten Modellbildung soll als eim allgemeing ltiger Weg zur Wahrnehmung und Strukturierung von Vorg ngen und Zusammenh ngen und den sie konstituierenden Elementen verstanden werden Sie wurde mit besonderem Hinblick auf d e Produktion von Lern und Informationsmedien und speziell Software S mulationen f r die technische und naturwissenschaftliche Bildung entworfen soll aber genauso als Methode zur Einf hrung von Jugendlichen n die grundlegenden Zusammenh nge physikalischer und technischer Systeme und Prozesse dienen k nnen Diese Doppelfunktion begr ndet sich aus meiner berzeugung dass die Erstellung von Software Modellen dieser Vorg nge und Systeme selbst bereits ein bildungshaltiger Akt ist in dem die Jugendlichen n einer gemeinsamen und produktorien
133. andlung erfolgen Qualit tsprobleme im Ergebnis k nnen genau bestimmten Arbeitsschritten oder Arbeitsmitteln zugeordnet und alternative L sungen und Vorgehensweisen diskutiert werden Auch die Effizienz des gesamten Vorgehens von der Z elsetzungsphase angefangen kann somit gepr ft werden Zusammenfassend l sst s ch sagen dass d e vollst ndige Handlung zu recht e n erfolgreiches Konzept innerhalb der technischen Bildung darstellt Vorteilhaft ist insbesondere die gute Vorbereitung der Reflektionsphase n der das eigene Planen und die eigene Handlung nach von den Sch lern selbst gew hlten Ma st ben berpr ft und bewertet werden kann Es gilt im Rahmen dieser Arbeit zu berpr fen inwiefern sich dieses Konzept auch auf die f r die naturwissenschaftliche Bildung typischen Modellbildungsvorg nge bertragen l sst Dabei stellen sich zun chst eine Reihe von Fragen e Wie k nnen objektive Pr fkriterien f r die Qualit t des Ergebnisses der Lernhandlung durch die Gruppe formuliert werden e Welches Produkt kann am Ende einer Lernhandlung stehen e Wie kann eine Lernhandlung im naturwissenschaftlichen Unterricht hnlich stringent geplant werden e Mit welcher Symbolsprache und mit welchen Werkzeug kann in der Planungs Entwicklungs und Bewertungsphase innerhalb der Gruppe kommuniziert werden 51 e Wie kann die Realisierung eines Modells hnlich greifbar und sichtbar gemacht werden wie d e Realisierung eines t
134. ang Kredit vergeben Die Wahl des Umfangs eines elementaren Prozesses ist eine viel diskutierte Aufgabe DeMarco schl gt die funktionale Aufteilung functional partitioning als optimales Ma vor und definiert dazu Eine Aufteilung kann als funktional bezeichnet werden wenn der Umfang der Programmierschnittstellen zwischen den Prozessen minimal wird Die Benennung der Prozesse richtet sich streng nach der Art der Transformation die der Prozess auf dem Datenstrom vornimmt beispielsweise Benutzereingabe pr fen forma tieren und n Datenbank speichern Die Benennung der Prozesse geschieht daher erst wenn die Benennung der Datenfl sse abgeschlossen ist da sich nur aus den Namen der ein ausgehenden Datenfl sse ein ad quater Name f r den Prozess bilden l sst DeMarco 1978 Seite 42 64 F r die h ierarchische Strukturierung die nach der Top Down Methodik schrittweise vom groben zum verfeinerten Modell erfolgt schl gt DeMarco eine gegliederte Nummerierung der Prozesse vor Die Abbildung zeigt den Datenfluss im Teilprozess 2 Kreditrahmen pr fen aus dem vorhergehenden Diagramm Benutzerdaten 2 1 Kredit summe entnehmen 22 Benutzer name entnehmen 2 3 Kreditwunsch mit Dispositions rahmen vergleichen Kreditwunsch Entscheidung Abbildung 24 Datenfluss im Teilprozess Kreditrahmen feststellen Parallel zur strukturierten Analys
135. ang Die Variable geschwindigkeit wird gem dem ein fachen Euler Verfahren bei jeder Iteration um den errechneten Geschwindigkeitszuwachs er h ht Der gegebene Zeitraum delta t soll in Form einer Variable des Typs double beim Aufruf an die Methode bergeben werden ebenso die aktuelle Gaspedalstellung d e f r die Dauer der Iteration als gegeben betrachtet werden soll Dies wird durch die Parameter in der Klammer der Methodendefinition festgelegt Bis hierhin wird die Besonderheit der Objektorientierung im Vergleich zur strukturierten Programmierung noch nicht deutlich Erst beim Einsatz der Klasse in einem entsprechenden Modell wird die besondere Vorteil von Objekten n mlich eine Einheit aus Informationen und der mit den Informationen arbeitenden Methoden zu bilden deutlich Bearbeiten Ansicht Projekt Format Debuggen Ausf hren Abfrage Diagramm Extras Add Ins Fenster BSH eA 2020 11 SE aSa Al azs Frojekt Projekt aae 2 23 Formulare E Formi Anto Frm 2 8 Klassenmodule l g Auto Auto cls Timert Timer Dim Ente As Mew Auto Dim Speedy As Mew Auto Frivyate Sub Form Loadi Ente gewicht 700 Ente antriebskraft 500 opeedy gewicht 1000 peedy antriebskraft 200d End Sub Friwvate Sub Timeri Timer i Ente geschwindigkeit ndern 0 1 0 01 HScrolll Value Speedy geschwindigkeit ndern 0 1 0 01 HScroll2 Yalue Text1 Text Ente geschwindigkeit Text Text Speedy geschwindigkei
136. antwort oder St rsprungantwort Damit lassen sich z B die Verh ltnisse bei einem pl tzlichen Wechsel der St rgr e darstellen siehe unten Bei einem P Glied ist die Ausgangsgr e durch einen Proportional t tsfaktor fest mit der Eingangsgr e verkn pft bei einem I Glied mit dem Integral der Eingangsgr e ber die Zeit bei einem D Glied mit der 1 zeitlichen Ableitung der Eingangsgr e E n Totzeitglied T Glied bildet das Eingangssignal zeitverz gert auf den Ausgang ab Entsprechend stellen sich die y t Graphen dieser Glieder nach einem St rsprung m Diagramm dar und erm glichen eine eindeutige Kategorisierung Nat rlich k nnen Glieder auch ein kombiniertes Verhalten zeigen PT Glieder PD Glieder 168 Ebd Seite 11 247 Von besonderer Bedeutung sind Glieder mit kombinierten PT Ver St rsprung alten Dieses Verhalten findet man bei vielen realen Bauelementen der i Technik beispielsweise bei RC Glie an a dern der Kondensator l dt s ch durch R verz gert auf Kombi nationen von Federn und D mpfern St rsprungantwort eines und wie im vorliegenden Fall bei las Gleichstrom Motoren die s ch nach Erh hung der Betriebsspannung auf si rspunganwot enes eine neue Drehzahl einstellen Bei Gliedes mit D Verhalten dieser Drehzahl sind im Motor die elektrischen Gr en Betriebsspan nung induzierte Gegenspannung Impedanz und die mechanischen Gr en Drehmoment Lastmoment Reibung mitei
137. ar beim Lesen eigentlich einer Urform des selbstgesteuerten Lernens n eine pass ve Rolle gebracht er muss s ch bei Tempo und Reihenfolge seines Lesens der Vorgabe des Computers unterwerfen Dar ber hinaus muss man sich fragen ob man die Texte eigentlich ersetzen will schlie lich findet sich der absolute Gro teil des menschlichen Wissens in Schriftform gespeichert Die F higkeit zur Aufnahme komplexer Informationen aus auch l ngerem Schriftgut ist ein wesentlicher Teil der Studierf higkeit Weiterhin bezeichnet der Begriff Multimedia die Integration von Text Graphik P xelbildern Video und Audio Damit verbietet es sich nicht automatisch l ngere Texte n Multimedia Lernumgebungen zu integrieren Der hier gegangene Weg st daher meiner Meinung nach zu rechtfertigen Es konnte gezeigt werden dass die Sch ler aus dem multimedial codierten Informationsangebot alle wichtigen Grundlagen der Regelungstechnik deren Vermittlung das Ziel der Unterrichtsreihe war entnehmen konnten Dies zeigt sich vor allem an der auff llig guten Beteiligung an den Diskussionen mit der hohen Qualit t der Beitr ge es zeigt sich weiterhin am guten Abschneiden der Lerngruppe in der Klausur Weiterhin weist die Analyse der Zugriffs Statistiken auf eine berforderung der Sch ler an einer bestimmten Stelle hin W hrend das Vorgehen der Gruppen bei der Beantwortung der Leitfragen u erst planm ig wirkt setzen bei der Suche nach Inform
138. arel sungen und Entscheidungssystemen f r Unternehmen wie Ford Boeing Nestle und British Telecom befasst o DYNASIS st von Walter Hupfeld f r d e Anforderungen des Physikunterrichtes angepasst worden und entspricht einem vereinfachten STELLA Allen genannten Modellbildungssystem ist gemeinsam dass sie sich auf den systemdynamischen Ansatz nach Forrester st tzen der seine Wurzeln bei der Modellierung betriebswirtschaftlicher Vorg nge hat Die bekannte 1972 vom Club of Rome ver ffentlichte Studie Die Grenzen des Wachstums formulierte die komplexen Zusammen h nge und Folgen des exponentiellen Bev lkerungswachstums mit Modellen nach dem Forrester Schema Die Beispiele f r Pr fungsaufgaben n der schriftlichen Abiturpr fung die in den Richtlinien f r den Physikunterricht in der Gymnasialen Oberstufe ver ffentlicht werden enthalten ebenfalls Modelle die in diesem Schema dargestellt wurden http www hps inc com Forrester J W Grunds tze einer Systemtheorie Wiesbaden Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr Th Gabler 1972 gt Jay W Forrester hat als Elektrotechniker am MIT zwischen 1946 und 1951 eine Reihe von Meilensteinen des Computerzeitalters gesetzt darunter den ersten Hochgeschwindigkeits Gro rechner Whirlwind I Er gilt als der Erfinder des magnetischen Kernspeicher RAM Seit 1956 arbeitet er an der Sloane School of Management wo er die System Dynamics eingef hrt hat Derzeit a
139. aten Im Anschluss daran begannen die Sch ler mit den Vorbereitungen um die Regelstrecke mit dem Computer zu verbinden Sie studierten zun chst die Informationen auf Karte 10 Karte 10 besch ftigt sich vornehmlich mit der softwareseitigen Ansteuerung der Schnittstelle also des AD DA Wandlers Da der AD DA Wandler aber zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht in die Schaltung integriert war entstand offensichtlich einiges an Verwirrung Die Zugriffsstatistik zeigt ein schnelles Hin und Herwechseln durch das Informationsangebot auf der Suche nach Hinweisen zur L sung des Problems Pfeil 5 An dieser Stelle wurde ich zur Hilfe gerufen Ich wies auf Karte 13 hin auf der die korrekte Beschaltung des Interfaces vermittelt wird Wahrscheinlich erwarteten die Sch ler weiterhin einen einigerma en linearen Ablauf des Informationsangebotes Die Karte 13 steht relativ weit hinten m glicherweise hatte diese konkrete Gruppe nicht die Idee dort zu suchen Es w re zu berlegen ob man die Reihen folge in der die Karten im Navigationsbaum angeordnet sind wieder st rker an die Abfolge der Aufgaben ann hert Andererseits sollen die Sch ler ja gerade lernen wichtige Infor mationen aus einer breit gestreuten Wissensbasis auszufiltern M glicherweise war die Karte 13 aber auch nicht deutlich genug gekennzeichnet oder der Bezug zu der zur Verf gung stehenden Hardware wurde nicht sofort klar die Schnitt stellenkarte zum ESTU System ist bei der Laborbege
140. ationen zur Durch f hrung der Versuche bei 2 von 3 Gruppen heftige Suchstrings ein die sich quer durch das Ve Hornung C PC basierte Multimedia Systeme In Glowalla U Engelmann E Rossbach G Hrsg Multimedia 94 Grundlagen und Praxis Berlin Springer 1994 Seite 2 283 Informationsangebot ziehen Das deutet darauf hin dass die Sch ler noch Schwierigkeiten haben gezielt die f r sie notwendigen Informationen zu finden Bei der am st rksten betroffenen Gruppe Schlecht l sst sich das Problem aber auf die nach l ss ge Bearbeitung der Leitfragen zur ckf hren die ja prim r dazu dienen die Sch ler mit der Struktur des Informationsangebotes vertraut zu machen Im Sinne einer Schadens begrenzung h tte sich hier eine von mir bei der Planung verworfene Idee als Probleml sung heraus stellen k nnen n mlich bei den Aufgabenstellungen zu den Versuchen gleich ein Verzeichnis der bei diesem konkreten Versuch hilfreichen Informationskarten beizuf gen Auf der anderen Seite w re es in diesem Fall nicht m glich gewesen die mangelhafte Kenntnis der Informationsstruktur der Gruppe aufzudecken Bei der Gruppe Platoon reichte ja der aus diesem Grund gegebene Hinweis doch auch mal die l ngeren Texte der Karten zu lesen aus die Zugriffsstatistik weist von da an bereits einen wesentlich planvolleres Vor gehen auf Im R ckblick empfinde ch es sehr positiv dass ich mich nachdem mich das Lernprogramm von der Au
141. ative tools z B f r Gruppen arbeit sollte man sich dem semantischen Unterschied zwischen funktionsgebundener Kollaboration zwischen Arbeitnehmern und ihrer selbstbestimmten Cooperation st rker bewusst machen 94 Lichtsignalanlage Steuerger t BEE Messschleife 8 Phase Anzeige Steuerger t phase AutolnSchleife X Kontakt amp Zeit KontaktSenden e X Messschleife_Kontakt S O DE X Energieversorgung_Fehler amp Strom 8 Spannung 8 Frequenz EnergieBereitstellen N Fehler Abbildung 38 Beispiel eines Kollaborationsdiagrammes f r das technische System Ampelanlage 4 2 Objektorientierte Systemanalyse Das auf der folgenden Seite dargestellte Vorgehensmodell ist in 4 Hauptabschnitte gegliedert die die Prozessschritte der objektorientierten Systemanalyse der mediendidaktischen Kon zeption der Medien Produktion sowie des Einsatzes und der summat ven Evaluation abdecken Jeder der Abschnitte ist im Flussdiagramm in einzelne Unterabschnitte gegliedert Die einzelnen Aufgaben der Abschnitte sind entsprechend nummeriert und werden auf den folgenden 29 Seiten einzeln erl utert Aufgrund der vorliegenden Erfahrungen mit dem Vorgehensmodell kann jede Aufgabe mit Beispielen aus einer praktischen Anwendung erl utert und belegt werden 95 Bresges 25 4 2001 1 1 Beteiligte Objekte identifizieren Mehrfaches Vorkommen hnlicher Objekte Objektklassen generalisiere
142. auf die entsprechenden Fra gestellungen des Erhebungsbogens abbilden lassen werden bei der folgenden Darstellung die Ergebnisse des Gruppengespr ches unmittelbarer auf die entsprechende Frage des Bogens fol gend dargestellt Damit l sst sich der Zusammenhang zwischen explorativer Datenerhebung Auswertung Hypothesenformulierung und Hypothesenpr fung m Gruppengespr ch am bes ten wiedergeben Im Anschluss wird auf das Ergebnis des Feldversuches Bezug genommen 5 3 4 1 Frage 1 Akzeptanz kurzfristig des erlebten Unterrichtes und seiner Inhalte Zum Bereich Akzeptanz wurde auf dem Fragebogen eine Liste mit 5 verschiedenen Aussagen angeboten die angekreuzt werden konnten Mehrfachaussagen waren explizit m glich Frage 1 Du hast in den letzten Wochen intensiv mit dem Thema Geschwindigkeit und Beschleunigung besch ftigt Kreuze bitte die f r Dich zutreffende Aussage an Ich werde jetzt h ufiger ber Geschwindigkeit und Beschleunigung im Alltag nachdenken Ich fand es ganz interessant Es war f r mich Unterricht wie jeder andere auch Ich habe mich nicht gerne damit besch ftigt Ich will nichts mehr davon h ren Die inneren drei Antwortm glichkeiten enthalten drei Aussagen zum Grad des Interesses das der jeweilige Unterricht n seinem Verlauf hervorgerufen hat e Der Unterricht wurde als interessant empfunden 1 Punkt e Es wurde als Unterricht wie jeder andere auch empfunden 0 Punkte e Der Sch ler hat sic
143. beitet Dennoch wurden ihnen die Standorte aller sinnvoll verwendbaren Ger te noch einmal vor Augen f hren Im Anschluss daran zur ck m Plenum wurde das Blatt Hinweise zur Erstellung der Versuchsprotokolle siehe Anlage ausgeteilt Eine zus tzlich aufgelegte Folie diente im folgenden dazu den jeweils aktuellen Diskussionspunkt zu markieren Dabei wurde folgendes betont e Das Erstellen der Protokolle ist ein wesentlicher Teil der Arbeit in der folgenden Un terrichtsreihe und das eigentliche Arbeitsergebnis der einzelnen Gruppen Demzufolge wird der Qualit t der Protokolle ein hohes Gewicht bei der Bewertung der Gruppen leistung einger umt 257 e Die Protokolle sind die wesentliche Verschriftlichung dessen was w hrend der Unter richtsreihe an Kenntnissen vermittelt und an Erkenntnissen gefunden wurde Ins besondere sind sie das wesentliche Hilfsmittel zur Vorbereitung der Klausuren Dem zufolge muss auf Vollst ndigkeit der Informationen und auf korrekt verwendete Fachbegriffe geachtet werden e Die Protokolle als Arbeitsergebnis sind kein Selbstzweck sondern werden im weiteren Verlauf des Kurses dringend ben tigt In der Jahrgangsstufe 13 1 sollen die Sch ler in der Lage sein mit Hilfe ihrer in eben diesen Protokollen festgehaltenen Erfahrungen in sehr kurzer Zeit einen drehzahlstabilisierten Generatorpr fstand aufzubauen Darauf aufbauen sollen sie sp ter ein Netzplanmodel von M lheim Styrum lastunabh ngig freque
144. beizutragen Bei der Strukturierung eines Informationssystems zu dieser Anlage k nnen die beteiligten Objekte n einer Reihenfolge vorgestellt werden die sich an hrer Ordnung m Kollabo rat ionsdiagramm orientieren Bei einem System zum Informationsumsatz wie diesem kann es Sinn machen die Richtung des Informationsflusses zur Grundlage zu nehmen Die Objekte werden dann in der Reihenfolge vorgestellt in der die Informationen von den Objekten weitergeleitet werden Vielfach werden m Kollaborationsdiagramm zentrale Objekte sichtbar die aufgrund ihrer Funktion im Gesamtsystem mit den meisten anderen Objekten in Verbindung stehen In einem Kfz Motor w re es z B der Motorblock der von seinen Zusatzaggregaten umgeben ist Wenn keine andere Reihenfolge ausgezeichnet ist kann man von diesem zentralen Objekt ausgehend nacheinander die notwendigen Zusatzaggregate erl utern Bei einem interaktiven Informationssystem zum selbstgesteuerten Lernen w rde dies z B durch eine Linkstruktur ge schehen k nnen oder durch ein bersichtliches Schaubild der Anlage in dem man einzelne Elemente durch einen Mausklick anw hlen k nnte Das Schaubild der Anlage k nnte wiederum auf Grundlage des Kollaborationsdiagramms entworfen werden Strukturierung mit Hilfe des Sequenzdiagramms Im UML Sequenzdiagramm werden alle an einer Sequenz beteiligten Objekte entlang der X Achse aufgetragen Die nach unten laufende Y Achse bildet die Zeitachse F hrt ein Obj
145. ben sich n den Gruppen zusammenzufinden das Lernprogramm zu starten und sich unter einem von hnen erdachten eindeutigen Gruppen Namen in das Lernprogramm einzuloggen Die Sch ler verteilten sich entsprechend auf die Rechner Sabine und Ayhan die beiden misserfolgsmotivierten Sch ler verteilten sich auf verschiedene Gruppen Ayhan und Stefan haben sich in eine Gruppe mit den Leistungstr gern Dirk und Matthias zusammengefunden die bereits in die Aufgaben stellung vertieft waren und dar ber debattierten inwieweit diese Aufgabenstellung wohl n Bezug zu dem Experimentiermaterial steht Die Gruppe hat sich selbst den Gruppen Namen Elite gegeben Sabine hatte in ihrer Gruppe direkt die Funktion der Protokollantin bernommen und zwar offensichtlich freiwillig Mit in der Gruppe befand sich die als ruhig und aufmerksam bekan nte Patricia und die beiden guten Sch ler Thomas und Patrick Thomas hat die Gruppe unter dem Namen Platoon in das System eingew hlt Diese Gruppe hat noch nicht von sich aus damit begonnen das Lernprogramm zu erkunden sondern sa ruhig am Bildschirm arbeitsplatz und wartete auf weitere Anweisungen Dieser Verhaltensunterschied zur Gruppe Elite sollte sich als typisch erweisen und den weiteren Verlauf der Unterrichtsreihe in Bezug auf e Ausma der Lehrerbetreuung e Gsruppenprozesse sowie e Grad des selbstst ndigen Arbeitens nachhalt g bestimmen Die dritte Gruppe bestehend aus York Mat
146. ben und m gliche Zusammenh nge dieser Effekte durch das Gruppengespr ch gefunden wurden ging es beim Feldversuch um die empirische Best tigung des gefundenen mit einer m glichst gro en Stichprobe von Sch lern 5 3 4 Durchf hrung der begleitenden Untersuchung F r d e erste Erhebungsstufe d e explorative Erhebung wird eine breite Auswahl von Frage stellungen n der Gruppe untersucht l und 6 Akzeptanz des vermittelten Inhalte und der verwendeten Methoden kurz und langfristig 2 Assoziationstest Fachsprachenbeherrschung 3 Probleml sef higkeit 4 Unterschiede der lebensweltlichen Wahrnehmung 5 Unterschiede der analytische Wahrnehmung Zus tzlich wurden Sozi aldaten erhoben die eine eindeutige Zuordnung der Befragten zu dem von ihnen geh rten Kurs nach dem Kurslehrer ihrem Alter und ihren mathematischen Grundkenntnissen Grundkurs oder Erweiterungskurs erm glicht Allen Teilnehmern wurde die M glichkeit gegeben ihren Fragebogen zu anonymisieren indem sie statt ihres Real namens einen Decknamen eingeben konnten Die Abgabe der Frageb gen geschah an eine Vertrauensperson Kurslehrer bei den Vergleichgruppen Klassensprecherin bei der Versuchsgruppe die eine Vergleichsliste mit eindeutiger Zuordnung von Fragebogen zu be fragter Person f hrt falls R ckfragen gestellt werden m ssen Auf die Angabe von Namen bzw Decknamen konnte jedoch nicht v llig verzichtet werden Gew nscht war dass die Sch ler
147. bezeichnet eine Bezeichnung die sich vor allem auf die von Neumann Architektur von nformat onsverarbeitenden Prozessoren zur ckf hren l sst Die Objektorientierte Programmierung zeichnet sich durch die Eigenschaft der Ereignis steuerung aus das hei t hier werden nicht mehr bestimmte Stellen des Ablaufes als Zeitpunkt einer Abfrage ausgewiesen Das System f hrt statt dessen zu einem gegebenen Zeitpunkt eine Aktivit t oder eine Sequenz von Aktivit ten aus Ein eintretendes Ereignis dies kann z B die nderung einer Zustandsvariable sein die vom System berwacht wird f hrt dazu dass das System aus seiner momentanen Aktivit t n eine andere Aktivit t oder n eine neue Sequenz von Aktivit ten wechselt Beispielsweise w rde der normale Ablauf des Steuerungsprogramms eines Kraftwerkes durch das Ereignis K hlwassertemperatur berschreitet kritischen Grenzwert zu jedem beliebigen Zeitpunkt dazu f hren dass die normale Aktivit t zu Gunsten eines Notlaufprogramms beendet wird Die verschiedenen Aktivit ten eines Systems werden durch Rechtecke dargestellt deren linke und rechte Kante insgesamt gerundet sind Damit wird einer Verwechselung mit den Sym bolen des Zustandsdiagramms vorgebeugt bei dem lediglich die vier Ecken gerundet sind Die Aktivit t selbst wird in dem Aktivit tssymbol durch ein aussagekr ftiges Stichwort be zeichnet 102 Ebd Seite 26 85 Die Vektorpfeile zwischen den Aktivit ten markier
148. bezogene Probleme genutzt werden wird und dadurch den Status einer lingua franca der Modellierung erreicht Das die Planungsphase bestimmende Studium des Modellbildungsbegriffes und der bereits bekannten Modellbildungsmethoden legte d e Entscheidung f r ein eigenst ndiges Konzept zur Systemanalyse und Modellbildung nahe dass den folgenden Anforderungen entsprechen sollte l Sowohl die Analyse als auch die Modellbildung sollen nach dem aus der Informatik entlehnten Objektparad gma erfolgen 2 Analyse und Modellbildung sollen durch die Unified Modelling Language unterst tzt und f r das Lernen und Arbeiten in Gruppen kommunizierbar gemacht werden Daf r musste eine gegen ber dem Originalentwurf vereinfachte Version von UML entwickelt werden d e den Einsatz des Konzeptes m Unterricht der Sekundarstufen I und II prakt kabel macht 3 Das Konzept soll sich direkt sowohl f r die technische wie auch f r die naturwissenschaftliche Bildung eignen Eine m gliche Implikation ist die Nutzung des Konzeptes als gemeinsames Ger st f r den f cherverbindenden Unterricht 4 Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Einsetzbarkeit des Konzeptes im Rahmen der Produktion von Lern und Informationsmedien einem nach meiner Auffassung besonders wichtigen Kompetenzfeld der Fachdidaktiken Hierdurch wollte ich Verbesserungen bei einigen in der Medienproduktion besonders dr ngenden Problemen erreichen a Die Behebung von Kommunikationsschwie
149. bildung 25 UML Klassendiagramm uni EA E E 71 Abbildung 26 UML Klassendiagramm Auto sssssssssssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn J2 Abbildung 27 Ein mit einer objektorientierten Programmiersprache umgesetztes Modell bildet die im Klassendiagramm festgesetzte Struktur 1 1 ab 0oonnosenenennnssesssssssssssesssssssrreeeessssssssssssssss 73 Abbildung 28 Die grafische Schnittstelle zur interaktiven Variation von Modelleigenschaften 74 Abbildung 29 Die Konstruktion von UML Diagramman eesssseeeeeeeeeessssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenenennen 77 Abbildung 30 Beispiel f r ein Klassendiagramm in der dUML u2sssssssssnnnnnnnnnnenenneeeeeennen 80 Abbildung 31 Beispiel f r ein technisches System das sich durch ein Zustandsdiagramm beschreiben l sst LCD Digital Multimeter ME 32 der Firma Voltcraft mit Drehwahlschalter 82 Abbildung 32 Das dUML Aktivit tsdiagramm dargestellt f r das Objekt 84 Abbildung 33 Sequenzdiagramm gem UML Notation eeeessssssssssssssssssssssnsssnsnseeneneennnnn 87 Abbildung 34 Sequenzdiagramm in dJUML Notation mit dem Klassendiagramm in Langfassung und einem Pfeil d r die Zeitachse Mm rkiert n 0s2u8e leitete ihkiulBenkllia 88 Abbildung 35 eine alternative Darstellungsweise in der Beginn und Ende einer Rekursion durch Wiederholung des Ausgangsvektors markiert wird
150. ch an f r einfache Problemstellungen eine komplexit tsreduzierte Symbolsprache zu w hlen und eine komplexere f r umfangreiche Probleme Jedoch steht dem w ederum e n neuer Lernaufwand beim Erlernen der n chst komplexeren Sprache gegen ber Um den Lernaufwand n Summe zu minimieren sollte eine einheitliche Sprache gew hlt werden deren Komplexit t sich schrittweise reduzieren l sst 2 9 Methodik des Arbeitens mit Modellen Als ein Beispiel f r modellbildungsorientiertes wissenschaftliches Arbeiten soll eine Denkweise dienen die von dem Wissenschaftstheoretiker Karl Popper publiziert wurde und als kritischer Rationalismus bekannt geworden ist Karl Popper bezeichnet wissen schaftliche Theoriearbeit als einen vierstufigen Prozess 1 Problemerkenntnis 7 Vester 1980 Seite 478 Mellor J Ward P Strukturierte Systemanalyse von Echtzeit Systemen M nchen Wien Hanser 1991 Ebd Seite 21 4 Popper 1995 2 2 Versuchsweise Theorienbildung 3 Versuche der Elimination ung ltiger Theorien durch experimentelle Pr fung und durch kritische Wissenschaftliche Diskussion dies setzt eine Offenlegung der Theorie in einer verst ndlichen Sprache voraus Wichtig ist dass das El minationsverfahren auf dem Pluralismus der L sungsm glichkeiten aufbaut 4 Formulierung neuer Probleme Man vergleiche dazu das f r komplexes technisches Probleml sen charakteristische Modell der vollst ndigen Handlung l I
151. ch die M dchen die sich im Unterricht bislang sehr zur ck haltend verhalten haben gaben aber an zu Hause ber einen Computer zu verf gen Die M glichkeit des Zugriffes auf einen privaten PC ist also kein trennendes Merkmal innerhalb der Gruppe Eine pr zisere Nachfrage ergab jedoch dass zahlreiche M dchen sich zu Hause einen Com puter mit ihren Br dern teilen Auf die weitere Nachfrage wer diesen Computer h ufiger benutzt kam z gerlich d e Antwort dass der Bruder den Computer deutlich h ufiger nutzen w rde 5 3 4 1 5 Interpretation Die Hypothese scheint sich damit zu best tigen es bleibt jedoch noch Raum zu einer Speku lation bis weit in den privaten Bereich der Lebenswelt junger Sch lerinnen die nicht Gegen stand dieser Arbeit sein kann Denkbar ist jedoch dass bei den Sch lerinnen im privat h us lichen Bereich ein Effekt auftritt der hnlich auch in zur ckliegenden Untersuchungen zur Koedukation m naturwissenschaftlich technischen Unterricht beobachtet worden ist Dort beobachtete man in homogenen M dchengruppen einen selbstbewussten Umgang bei Grup penarbeit mit physikalischen Experimenten und eine faire Rollenverteilung Im koedukati ven Unterricht dagegen halten sich die M dchen st rker zur ck und suchen m glichst pass ve Rollen wie die der Protokollantin 1 5 Werden die Erkenntnisse aus der zitierten Erhebung auf den auf den vorliegenden Fall ange wandt so k nnte man f r die Nutzung v
152. ch zu jedem definierten Zeitpunkt hrer Betriebszeit n einem von f nf Zust nden Rot rot gelb gr n gelb gelb dauerblinkend Solche Zust nde werden als diskrete Zust nde bezeichnet in englisch als finite states Die zugeh rigen technischen Systeme werden im englischen als finite state machines be zeichnet im deutschen als Automaten genauer als endliche Automaten Eine Wasch maschine st ein sehr gutes Beispiel f r einen Automaten sie werden dann auch in der Werbung fachsprachlich korrekt als Waschvollautomaten bezeichnet Fast jeder Student 80 der technischen Informatik hat in seiner Grundlagenvorlesung als Standardbeispiel den Zigarettenautomaten bzw in letzter Zeit fast nur noch den Getr nkeautomaten analysiert Im Objektorientierten Modell z hlen die Zust nde zu den Eigenschaften der Objekte Sie k nnen ffentliche Eigenschaften sein dann lassen s e sich von au en beobachten und ver ndern z B Stellung des Drehschalters einer Waschmaschine Oder sie sind von au en nicht sichtbar und nur indirekt ver nderbar M nzinhalt der Wechselbox beim Getr nke automaten in dem Fall werden sie als private Eigenschaften bezeichnet Der Vorgang des Wechselns von einem Zustand in den n chsten wird als Zustands bergang bezeichnet Der Ausl ser f r das Geschehen des bergangs kann l ein externes Ereignis sein Ein Kunde wirft Geld in den Getr nkeautomaten ein u
153. chen mit h ufigerem Erleben ihrer eigenen Handlungs f higkeit im Umgang mit Computern steigt Das w rde sich in einer g nstigeren Ant zipation ihrer Rolle in zuk nftigen Unterrichtsreihen und damit in einer noch deutlich gr eren und weniger breit gestreuten Akzeptanz des Computers als Arbeitsmittel u ern 5 3 4 2 5 Ergebnisse Frage 6b Frage 6b Mittelw Grafischer Vergleich alle Akzeptanz Physikbuch Laborgruppe 131 Feldversuch Vergleichs gruppen Im Gegensatz zu dem eindeutig pos tiven Votum f r Computer m Unterricht neigen alle befragten Sch lerinnen und Sch ler dazu den Einsatz von Physikb chern abzulehnen Dabei u ern die Jungen eine etwas st rkere Abneigung gegen B cher als die M dchen Auff llig ist wiederum das punktuelle Auftreten einer starken Streuung der Antworten aus der Laborgruppe Standardabweichung S 2 41 gegen ber S 1 35 bei den Vergleichsgrup pen Das Auftreten der Streuung ist diesmal nicht geschlechtsspezifisch 201 Frage 6b nur Mittelw Grafischer Vergleich Jungen JUNGEN Akzeptanz Physikbuch Laborgruppe Feldversuch Vergleichs gruppen Betrachtet man die Antworten nach Gruppen und Geschlechtern getrennt wird das starke Abweichen der Versuchsgruppe gegen ber den Vergleichsgruppen besonders deutlich wo s ch z B die Meinung der Jungen der Vergleichsgruppen deutlich auspr gt starke Abneigung mit M 2 5 bzw 2 1 Standardabweichung dabei le
154. cherweise wird hier unter der Benutzer verstanden der mit dem System interag ert Das Symbol f r die Daten quelle oder Datensenke ist eine Kiste mit eingeschriebenem Namen e die Datei oder Datenbank dar gestellt als einfachen Strich mit Bezeichnung in der Daten per s stent gespeichert werden e der Prozess dargestellt als Kreis mit eingeschriebener Be zeichnung der eine geeignete Transformat on auf dem Daten fluss vornimmt die durch eine entsprechende bertragungs funktion beschrieben wird Datenquelle Datensenke Benutzer Datenbestand Benutzer datenbank berweisung Datenfluss 2 Kredit Prozess rahmen Pr fen e der Datenfluss ein gerichteter und bezeichneter Vektor der zwei Prozesse oder einen Prozess und eine Datenquelle Datensenke oder einen Prozess und eine Date oder Datenbank miteinander verbindet 63 Besondere Eigenschaften des Datenflussdiagramms e Das System wird sofort in einzelne Prozesse aufgeteilt die sich prinzipiell getrennt erstellen lassen e Alle Schnittstellen zwischen den Prozessen werden sofort ersichtlich und k nnen entsprechend pr zise definiert werden Benutzereingabe Kreditwunsch Bennet 1 Eingabe formatieren datenbank kredit Benutzerdaten rahmen Pr fen Mitteil ee 3 Entscheid mitteilen Kredit Entscheidung anweisen Belastung berweisung Benutzer datenbank Konto Abbildung 23 Datenflussdiagramm zum Vorg
155. children s cognition In Journal of Educational Psychology 76 1051 ff Pa Mayer R Thinking problem solving cognition New York W H Freeman and Company 1983 38 Vgl Ausf hrung zum Brainstorming in VDI 19226 Bishop Clark 1995 Seite 247 152 Die externen und beobachtbaren Handlungen bei Programmiert tigkeiten lassen sich dagegen in der Regel in ein Phasenschema einordnen In der Literatur gebr uchlich ist eine Aufteilung des Programmierprozesses n die Stufen l Problemrepr sentation 2 Design des Softwaresystems 3 Erstellung des Quelltextes 4 Pr fung und Fehlersuche sogenanntes Debuggen Diese Aufteilung st offensichtlich unabh ngig von den Pers nlichkeitsmerkmalen des Pro grammierers Eine gewisse hnlichkeit zur bereits beschriebenen vollst ndigen Handlung besteht in der Ant z pation der Handlung Problemrepr sentation der Planung und der an die Durchf hrung anschlie enden Reflektion Pr fung und Fehlersuche Man k nnte daher auch die Programmiert tigkeit als eine vollst ndige Handlung beschreiben 5 3 1 2 Geplante Versuchsdurchf hrung An die Unterrichtsreihe zur Objektorientierten Modellbildung m Physikunterricht werden folgende Anspr che gestellt e Das methodische Vorgehen in der Unterrichtsreihe soll den wesentlichen Eckpunkten der objektorientierten Modellbildung folgen l Objektorientierte Analyse eines vorhandenen Systems 2 Mediendidaktische Konze
156. chon lange Zeit und mit unersch tterlichem Vertrauen durch eine Zeit des Lernens begleiten die lange vor der Grundschule anf ng und kein absehbares Ende hat Zu geduldig haben Astrid Lordick Denise Hinzke Natascha M ller Manfred Hein Markus P tters Oliver Krieger Cassandra Schwarz Tobias Rohn Bianca van Holt und Vera Wellmer meine seelischen Schwankungen abgefangen Nichts ist f r die Korrektur sozialer Fehlentwicklung w hrend der Promotionszeit ges nder als Sands cke die zur ckschlagen Zu inspirierend war die Arbeit mit meinen studentischen und wissenschaftlichen Hilfskr ften Stefan Hoffmann Marc Andr Wolf Ferry Dave J ckel Tobias Bauer Markus P tter Christian van gen Hassend Dietger Bovenschen Yvonne Nagat Stefan Fletcher Miriam Pr mbs und Martin Lentz und zu h ufig sind wir sp t in der Nacht alle gemeinsam vom Wach und Schlie dienst aus dem Rechnerraum gescheucht worden Wahrscheinlich bedingte das Eine das Andere Zu hilfreich war die Unterst tzung durch meine Kollegen n den F chern Didakt k der Physik und Technologie und Didaktik der Technik Wenn eine Universit t der N hrboden f r neue Gedanken sein soll so ist das nur m glich wenn auch in Zukunft Menschen wie Egbert Kluitmann Norbert Renner Anja Dams Bernd P tters Reinhard Michalski Frank Schwarz Stefan Werner Sabina Grubba Uwe Brockmann Stefan Fletcher Harald S eger Udo Bretschneider Uwe Hingmann Herbert Litschke Michael Neunzig
157. cht der Folgerung von Vorhersagen aus der Betrachtung der Modellvorstellung Diese Vorhersagen k nnen am realen Objekt verifiziert oder fals f z ert werden im Falle der Verifikation haben wir ein neues Modellattribut gefunden und eigentlich auch im Falle der Fals f kation wir haben in jedem Fall aus dem Schlussfolgern aus der Modellvorstellung und der berpr fung am Original neue Erkenntnisse ber das Original gefunden und se es nur dass eine bestimmte denkbare Handlung so nicht funktioniert Der Wissenschaftstheoretiker Karl Popper vertritt deutlich die Auffassung dass die Fals f kation einer wi ssenschaftlichen Theorie als w ssenschaftlicher Erfolg zu werten ist Wir lernen immer eine ganze Menge durch eine Fals f kation Wir lernen nicht nur dass eine Theorie falsch ist sondern wir lernen warum sie falsch ist Und vor allem gewinnen wir ein neues und sch rfer gefasstes Problem und ein neues Problem ist wie wir ja schon wissen der echte Ausgangspunkt einer neuen wissenschaftlichen Entwicklung Ein besonderes Merkmal der Modellbildung im naturwissenschaftlichen Bereich ist dass hier die Originale h ufig gar nicht der direkten menschlichen Betrachtung zug nglich sind z B aufgrund mikroskopischer Gr e Atome Nukleonen oder zeitlicher und r umlicher Trennung Dinosaurier Urknall Daher sind vielfach nur bestimmte Originalattr bute bekannt wie z B das chemische Verhalten der Atome unter bestimmten Bedingu
158. cht so viel gearbeitet Wir k nnen daher nicht erkl ren was die anderen Sch ler f r Probleme mit diesem Buch haben denn wir kennen es kaum 203 5 3 4 2 8 Interpretation Aussage 1 beschreibt einen bekannten Effekt neuartiges Vorgehen erzeugt immer zun chst ein mehr an Aufmerksamkeit und damit ein besseres Einpr gen und einen besseren Lern erfolg ohne das damit erwiesen ist dass das beschriebene Vorgehen dadurch tats chlich besser als das alte ist Elton Mayo ist bereits 1933 bei systematischen Ver nderungen der Arbeitsumgebung im Rahmen einer wi ssenschaftlichen Studie aufgefallen dass sowohl jede eingef hrte Ver nderung als auch deren Zur cknahme zu einer kurzfristigen Verbesserung der Produktivit t f hrte Dieser Effekt wird seitdem als Hawthorne Effekt bezeichnet da die betroffenen Arbeiter in den Hawthorne Elektrowerken in Chicago waren Interessant ist an Antwort 1 dass der Effekt den Sch lern der Versuchsgruppe selbst aufgefallen ist Die Antworten 2 7 liefern eine stimmige Erkl rung f r die wenig ausgepr gte Abneigung der Sch ler gegen physikalische Lehrb cher im Vergleich zu den Sch lern der Vergleichsgrup pen Das handlungsorientierte Konzept der objektorientierten Modellierung brachte die Sch ler dazu das Lehrbuch als wichtige unterst tzende Informationsquelle zu sch tzen und genau so wurde es m Verlauf der Unterrichtsreihe auch positioniert Der dennoch ge u erte Wunsch Physikb cher n
159. chter Beitrag auf dem Filmfestival 2001 der IWF Wissen und Medien n G ttingen der ffentlichkeit pr sentiert wurde e Der Informationsfilm Pr fstand f r KfZ Innenraumfilter der 2001 auf der Umwelttechnik Fachmesse ENVITEC pr sentiert wurde e Einige Multimedia Komponenten in der Wanderausstellung Physik und Technik elektronischen Geldes von Professor Dr Gernot Born die das entsprechende Produkt der Bank und physikalische und technische Konzepte 125 der Informationsspeicherung Datensicherung und Informations bertragung mit Hands on Experimenten und Multimedia Komponenten demonstriert e Der Informationsfilm Sicherheitssysteme f r die Fahrer von Gablestaplern der seit 2002 in das Verlagsprogramm des Lehrmittelverlags Resch in Gr felfing aufgenommen wurde e Das Projekt COLEEN Komponentenbas erte Lernsoftware f r die Lehrer ausbildung Physik und Technik n den Sekundarstufen I und II sowie Lern bereich Sachunterricht Naturwissenschaften Technik und f r die integrierten Studieng nge Physik Diplom I und IT COLEEN ist ein Kooperationsprojekt mit dem Fach Technologie und Didakt k der Technik an der Universit t Essen und wurde von 1999 bis 2001 vom Uhniversit tsverbund MultiMedia des Landes NRW mit 343 000 DM gef rdert Der Informationsfilm Pr fstand f r KfZ Innenraumfilter entstand im Sommersemester 2001 im Rahmen des Seminars neue Medien m Naturwissenschaftlich technischen
160. chulhof aufschlagen wird Be der dargestellten Simulation nach 1 60s Die dazu vom Lehrer in Abwesenheit der Sch ler durchgef hrten nderungen der Software Simulation sind moderat und wurden in der entsprechenden Unterrichtsstunde zun chst pr sentiert und diskutiert bis von einem gesicherten Verst ndnis bei den Sch lern ausgegangen werden konnte In das Unterprogramm Schritt das von einem Timer Baustein mit internem Zeittakt alle 40 ms aufgerufen wird und f r die Verschiebung des Moorhuhns auf dem Bildschirm sorgt ist ein zus tzlicher Aufruf Messposten eingef gt worden Private Sub Schritt y Y 85 T T Timerl Interval Moorhuhn Top Moorhuhn Top y Messposten End Sub Das Unterprogramm Messposten pr ft bei Aufruf die momentane Position der Oberkante des Moorhuhn Objektes und setzt mit Hilfe einer Case Anweisung die Variable n ent sprechend des Ausgangs der Pr fung auf einen Wert zwischen 0 und 4 Anschliessend sorgt eine For Next Anweisung f r eine Aktualisierung der 4 Z hler mit der aktuellen Systemzeit seit dem Start der Simulation von der Aktualisierung werden jedoch bedingt durch die spe zielle Struktur der For Next Anweisung diejenigen Textboxen ausgeschlossen deren Index kleiner als der aktuelle Wert der Variablen n ist d h die vom Moorhuhn bereits passiert worden s nd Private Sub Messposten Select Case Int Moorhuhn Top Case 0 To 4559 n e 1 Case 4560 To 6479
161. chzeitig richten die Firmen regelm ig Werbung f r ihr Produkt an die Kunden In der S mulation existiert derzeit nur eine Firma die mit dem Namen Nokia bezeichnet wurde Es liegt also ein Monopol vor e Der Klasse Handel Die Kunden beziehen die Ger te aus dem Handel In der Simu lation f hrt der Handel gleichzeitig Buch ber die bisher verkauften Ger te und t t gt in regelm igen Abst nden Umfragen die das bei den Kunden vorhandene Kauf potential erheben In der Simulation ist der Handel die zentrale Instanz die den Takt f r die brigen Ereignisse eines Produktionsmonates vorgibt e Die Klasse Kunde Von der Klasse Kunde k nnen nach Ma gabe des Benutzers der Simulation bis zu 500 Objektinstanzen abgeleitet werden Die Objekte werden bei 291 der Instantiierung mit fortlaufenden Nummern 1 500 versehen Das Objekt Kunde 0 dient als Vorlage auf der grafischen Benutzerschnittstelle und tritt nicht als sichtbares Objekt n Erscheinung Ein Kunde reagiert auf die Werbung durch die Firma e Mit dem Kauf eines Ger tes wenn die Kunden o ber einen ausreichenden Bedarf und o ber ausreichende Geldmittel verf gen e Mit dem Ansparen ihres Taschengeldes wenn sie o ausreichenden Bedarf haben aber o nicht ber ausreichende Geldmittel verf gen e Gar n cht das hei t sie verbleiben in einem Wartezustand wenn sie o keinen ausreichenden Bedarf haben Das Ma f r den Bedarf einer Perso
162. ck und die Richtlinien der zugeordneten F cher der gymnasialen Oberstufe Im Ergebnis wurde in allen drei Bezugswissenschaften Modellbildung als zentrale Methode e zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn e zur Vorhersage von Handlungsschritten und Prozessergebnissen e undals wichtiger Teil von Lehr Lernprozessen identifiziert Der Bedeutung der Modellbildung entsprechend haben alle drei Bezugswissenschaften ein eigenes Spektrum an Methoden mit denen die Bildung von Modellen unterst tzt wird Dazu z hlen a Methoden zum Sammeln von Informationen b Methoden zum systematischen Strukturieren von Informationen durch die eigentliche Modellbildung und c Methoden der symbolischen Kommunikation die sowohl w hrend des Modellbildungsprozesses als auch im Anschluss zur Pr sentation der Ergebnisse genutzt werden 298 Im Vergleich wurden spezifische Unterschiede m Methodenspektrum der Bezugswissenschaften deutlich l Die Physik st tzt sich gem ihres Anspruches in hohem Ma auf quantitativ beschreibende analytische Modelle Demzufolge besteht ein hoher Reifegrad an mathematischen Modellen und Modellierungswerkzeugen verbunden mit entsprechenden grafischen Darstellungsverfahren Eng damit verbunden ist eine ausgepr gte Kompetenz bei der Erstellung von Software Modellen zur computergest tzten Simulation naturwissenschaftlicher Prozesse Hierbei wurde jedoch das Fehlen einheitlicher Standards deutlich die die Kommunikation von
163. d e bei der L sung zahlreicher logistischen Probleme der in dieser Form und Gr enordnung neuartigen globalen Kriegsf hrung der Alliierten Nach dem 2 Weltkrieg verlagerten sich die Schwerpunkte der OR Anwendungen deutlich von milit rischen auf wirtschaftliche Probleme Operations Research wird heute definiert als die modellgest tzte Vorbereitung von Entscheidungen zur Gestaltung und Steuerung sozio technischer Systeme oder als ein auf praktische Anwendung mathematischer Methoden ausgerichteter Wissenszweig der sich mit der Problemanalyse und Vorbereitung optimaler Entscheidungen in Organisationen befasst Dabei sei OR gepr gt durch die Zusammenarbeit von Mathematik Wirtschaftswissenschaft und Informatik 5 6 2 Nichtlineare Optimierung in der Operations Research Nichtlineare Optimierungsmodelle NLO Modelle stellen die allgemeinste Klasse von Problemen des OR dar Die bessere mathematische Erfassbarkeit linearer Zusammenh nge und die Existenz von allgemeinen Algorithmen zu deren L sung z B dem S mplex Algorithmus bringt es mit 1 M ller Merbach H Operations Research Methoden und Modelle der Optimalplanung M nchen 1989 Zitiert nach Ellinger Th Beuermann G Leisten R Operations Research Eine Einf hrung Heidelberg Springer 4 berarb Auflage 1998 Seite 2 180 OR News Mitgliederzeitschrift der Gesellschaft f r Operations Research GOR e V M rz 1998 Zitiert nach Ellin
164. d der Gesamtimpuls erhalten bleiben Dennoch auftretende Ver nderungen k nnen auf Ungenauigkeiten des Modells des Algor thmus oder des Rechenwerks zur ckgef hrt und minimiert werden 3 Man ermittelt den minimalen Fehler durch Variation der Schrittweite Dabei geht man hnlich wie in der Analysis bei der Ermittlung von Extremwerten davon aus dass in der Umgebung des minimalen Fehlers a die Fehlersumme bei geringen Variationen der Schrittweite sich nur noch wenig ndert 1 Ableitung der Fehlersumme 0 b der Fehler bei einer weiteren Variation eher wieder zunimmt Ein wichtiges Ma zur Bestimmung des besten Algorithmus ist die Gr enordnung des sogenannten Verfahrensfehlers Dieser wird durch Tests mit zahlreichen verschiedenen Anordnung bestimmt Das Euler Cauchy Verfahren produziert bei typischen Aufgabenstellungen einen Fehler der Gr enordnung dt Y dt lt 1 Beim aufwendigeren Runge Kutta Verfahren ist der typische Verfahrensfehler dagegen lediglich dt V dt lt 1 42 3 2 Vorgehensweisen zur Modellbildung und Modellerstellung in der Technologie 3 2 1 Definition des Begriffes Technik Technik wird in der vorliegenden Arbeit unter Bezug auf die Arbeiten von Bader Sanfleber und Schulze Fr hlich definiert als die zielorientierte Ver nderung der Umwelt des Menschen und damit seiner individuellen und gesellschaftlichen Lebensbedingungen durch den Menschen die unter Nutzung nat rlicher R
165. d ihres Austausches mit der Umgebung Damit erschlie en sich automatisch auch die Nebenwege auf denen die Objekte abseits des Hauptstromes miteinander Energie Stoff oder Information austauschen I Vgl Ropohl 1999 99 Aufgabe 1 4 1 Objektattribute Typische Eigenschaften der Objekte ihre Ein und Ausgangsgr en und deren Wertebereiche beschreiben Sind die Objekte beziehungsweise die Objektklassen identifiziert worden so k nnen die Eigenschaften benannt werden die kennzeichnend f r diese Objekte sind Typisch f r die Objektorientierte Modellbildung st dass jede Systemeigenschaft auf ein und genau e n Objekt abgebildet wird Beispielsweise kann eine verfahrenstechnische Anlage einen Kessel enthalten der eine bestimmbare Menge Stoff bei einem bestimmbaren Druck und einer bestimmbaren Temperatur enth lt Dann s nd Stoffmenge Druck und Temperatur Eigenschaften des Kessels Abbildung 42 Wichtige Eigenschaften werden herausgearbeitet ggf auch mit ihren typischen Wertebereichen Der Wertebereich dieser Eigenschaften kann ebenfalls eingeschr nkt werden um die maxi male F llmenge oder den maximalen Druck zu bestimmen Bei einem verbundenen System kann der Druck des Kessels bestimmend sein f r den Druck des ganzen Verbundes er kann also in gleicher H he n der abgehenden Rohrleitung ge messen Dennoch bleibt nach den Konventionen der Objektorientierten Modellbildung die unabh ngige Variable Druck einem ei
166. d und Mellor betonen die F higkeit grafisch orientierter Symbolsprachen den Transfer von Konzepten in Implementierungen zu f rdern Zwei ein komplexes Problem diskutierende Ingenieure werden h ufig als Hilfestellung einander Bilder zeichnen um die betroffenen Konzepte zu kl ren Sie betonen weiterhin Wenn eine grafische Modellierungssprache formali sierbar ist besitzt sie alle Vorteile einer textorientierten Sprache zuz glich einiger zus tzlicher Vorteile Sie schr nken aber ein Eine grafikorientierte Sprache muss offensichtlich eine textuelle Untermenge besitzen Die wichtigste Eigenschaft irgendeines Symbolsystems ob sprachlich oder grafisch muss sein dass sie umfangreich genug ist alles auszudr cken was ausgedr ckt werden soll Auf der anderen Seite ist ein ideales Symbolsystem auch leicht erlernbar so dass sich ein Anwender sehr schnell auf das Inhaltliche konzentrieren kann und nicht durch die Notwendigkeit zum Auffinden eines Sprachelementes aus seinem Arbeitsfluss gezwungen wird Jeder der eine fremde Landessprache erlernt kennt die Frustration etwas ausdr cken zu wollen und n cht ber das entsprechende Wort zu verf gen Damit st dem Umfang der Symbolsprache eine Grenze gesetzt Die Anforderungskriterien der Angemessenheit und der Erlernbarkeit bilden ein Spannungsfeld in dem eine auf einen Problembereich bezogene Symbolsprache der Problemkomplexit t angemessen sein muss Es bietet si
167. dargestellt dass das Ger t zu jedem Zeitpunkt nur eine bestimmte Funktion also eine bestimmte Messart in einem konkreten Messbereich erf llen kann Abbildung 31 Beispiel f r ein technisches System das sich durch ein Zustandsdiagramm beschreiben l sst LCD Digital Multimeter ME 32 der Firma Voltcraft mit Drehwahlschalter In Abh ngigkeit von diesem von au en gut sichtbar gemachten Betriebszustand des Ger tes ndern sich zahlreiche innere Zust nde des Ger tes etwa der Innenwiderstand zwischen den Messeing ngen Eine Abbildung dieses Messger tes auf ein Software Objekt muss diesem Verhalten des Real Objektes Rechnung tragen 101 Mellor 1991 82 Ein anderes Beispiel f r ein Messger t als Zustandsmaschine ist das Geiger M ller Z hlrohr zur Detektion von hochenergetischer Strahlung Hierbei st das Verhalten des Ger tes m wesentlichen von der internen Z hlrohrspannung abh ngig Ist die Z hlrohrspannung gering so k nnen die bei der Ion sation durch z B Gamma quanten freigesetzten Elektronen nicht schnell genug durch das elektrische Feld abgezogen werden und relax eren fr hzeitig innerhalb des Gases oder durch Kontakt mit der Au enwand ohne ein Z hlereignis herbeizuf hren Dieser Zustand wird mit Ladungssammlung bezeichnet Bei einer Z hlrohrspannung in der Gr enordnung bis 200 V werden die durch die onisierende Strahlung abgel sten Elektronen und auch durch den gleichen Prozess ent stehe
168. den Auftraggeber Dieser ist m glicherweise mit dem Dom nenexperten identisch oder er ist dessen Vorgesetzter Wen soll das Medium informieren in welcher Situation trifft der zu Informierende auf das Medium und was soll bewirkt werden Gleichzeitig sollte immer die Anwendbarkeit f r den Bereich Schule als unsichtbarer Auftraggeber im Auge behalten werden Hier kann man die Anforderung weitgehend durch das Studium der Lehrpl ne erhalten dazu m ssen allerdings zun chst m gliche E nsatzbe reiche in den verschiedenen Jahrgangsstufen lokalisiert werden Bei kommerziellen Produkten kann die Orientierung an den Lehrpl nen der allge meinbildenden Schule in erster N herung als brauchbare Richtlinie dienen um den Gehalt und Anspruch des Mediums in Bezug auf bestimmte au erschulische Zielgruppen anzu streben Als Faustregel hat s ch n der bisherigen Praxis bew hrt 102 e Medien die an ein allgemeines Publikum z B auf ffentlichkeitsdarstellungen ge richtet sind an den Richtlinien f r die Sekundarstufe I zu orientieren Diese Medien bieten sich vor allem f r Ausstellungen in Kaufh usern f r Tage der offenen T r und f r hnliche F hrungen im Betrieb wie etwa Besuche von Schulen an e Medien die an ein breites Fachpublikum gerichtet sind an den Richtlinien f r die Se kundarstufe II zu orientieren Dazu z hlen Medien die f r Fachmessen und f r den Launch innovativer Produkte erstellt werden Bei diesen Medien ka
169. den in der Medienproduktion als Motion Capturing be zeichnet und sind mittlerweile weitgehend automatisiert Beispielsweise k nnen mit Motion Capturing die Be wegungen realer Schauspieler aufgezeichnet werden indem eine spezielle Software die Bewegungen von Mess punkten an den Gelenken aus mehreren Kameraperspektiven erfasst und automatisch die Trajektorien ermittelt Diese werden vielfach im Format MIDI gespeichert das gleiche Format dient auch der datenreduzierten Speicherung von Musikst cken und der Steuerung von Synthesizern durch Computer Anschlie end k nnen die Daten auf beliebige virtuelle Objekte z B computergenerierte Monster oder Kampfroboter oder gar auf die Modelle l ngst verstorbener Schauspieler bertragen werden 183 Projekti Microsoft Yisual Basic Entwerfen Datei Bearbeiten Ansicht Projekt Format Debuggen Ausf hren Abfrage Diagramm Extras Add Ins Fenster l a Beal BA oe NCAA 00 iron BEE x rm Projekti Formi Code A Allgemein Augemein Dekiarationen N sel Private Sub Timeri_ Timer A fabl Schritt vs End Sub Se Private Sub Schritt A o y y 6 85 T T Timeri Interval 4j pr Moorhuhn Top Moorhuhn Top y Messposten Z End Sub H Private Sub Messposten as Select Case Int Moorhuhn Top Es Case D To 4559 at n 1 Case 4560 To 6479 n 2 Case 6450 To 8279 n 3 Case 8280 To 10000 5 0 Moorhuhn Height 100 Timeri1 Enabled
170. der VDI 2222 keine Notation f r Ereignisse weil diese Konzepte keine Verbindung mit der Objekt orientierten Programmierung besitzen Ereignisse sind aber nach meiner Auffassung dringend notwendig um diskrete Verhaltens nderungen des Systems notieren zu k nnen Das System der allgemeinen Technologie ist beispielsweise lediglich n der Lage den station ren Betrieb eines technischen System ange messen darzustellen unter H nzunahme der Speicherfunktion ist allenfalls ein di skontinu ierlicher Betrieb darstellbar Viele technische Systeme kennen aber weitere Zust nde wie den Anfahr den Halt den Nothalt und den Wartungsbetrieb Der bergang vom einen Zustand in den n chsten wird durch von au en an das System herantretende Ereignisse Z ndschl ssel wird vom Fahrer m Z ndschloss umgedreht oder durch m System selbst ausgel ste Ereignisse Temperatur sensor meldet berhitzung eines Systembestandteiles ausgel st und bewirkt u U eine komplette nderung des Systemverhaltens inklusive der Wirkung und Bedeutung der Systemeigenschaften Bei einem physikalischen Experiment kann das Ereignis die nderung von Systemparametern darstellen den Beginn oder das Ende einer Experimentsequenz den Start einer Messung oder eines Messwagens Auch hier k nnen die Ereignisse von au en vielfach also durch den Experimentator ausgel st werden oder von innerhalb des Systems kommen also beispiels weise von einer Messeinrichtung getrig
171. der gesamten Kurssequenz zur freien Verf gung e Dass alle Ergebnissicherungen nicht vom Lehrer an der Tafel durchgef hrt wird Die Verschriftlichung der Stundenergebnisse soll ja von den Sch lern n Form hrer Proto kolle erfolgen Dazu sollen die Sch ler gezielt das Anfertigen ausreichender Notizen sowohl ber die aus dem Lernmodul entnommenen Informationen ber die Versuche selbst als auch ber die Unterrichtsgespr che ben 16 Weiner B Motivationspsychologie Weinheim Psychologische Verlags Union 1994 243 5 4 4 3 Der Schwerpunkt der Arbeit unter fachlichen Aspekten Thema der Unterrichtsreihe ist eine Einf hrung in die Regelungstechnik am Beispiel der Drehzahlregelung eines Motor Generator Satzes Regelung ist definiert als ein Vorgang bei dem eine Gr e die zu regelnde Gr e Regelgr e fortlaufend erfasst mit einer anderen Gr e der F hrungsgr e verglichen und abh ngig vom Ergebnis dieses Vergleichs m Sinne einer Angleichung an die F hrungsgr e beeinflusst wird Der sich dabei ergebende Wirkungsablauf findet in einem geschlossenen Kreis dem Regelkreis statt Anstelle des Begriffes F hrungsgr e ist vielfach der Begriff Sollwert gel ufiger Beide Begriffe sind in der DIN jedoch klar definiert w hrend mit Sollwert ein konstanter Wert verbunden ist der m Verlauf der Regelungsaufgabe als nicht ver nderlich betrachtet werden kann implementiert F hrungsgr e
172. der gro en industriellen und gewerblichen Bedeutung der Qualit tskontrolle z B ISO 9000 sind bei gr eren Projekten von vorne herein Mecha nismen zur Qualit tskontrolle vorzusehen die auf einen gro en Kreis von Kunden Rezi pienten anwendbar sind Zum Beispiel kann die Befragung durch eine zentrale Evalua tionsstelle oder durch ein Call Center mit Hilfe eines im Vorfeld definierten Kataloges von Interview Fragen vorgenommen werden F r die Erfolgskontrolle im Zusammenhang mit neuen Medien bieten sich aber auch eine Vielzahl innovativer M glichkeiten an die im Zusammenhang mit alten Medien so nicht bestanden haben Ein Beispiel ist die zentrale Verfolgung der Mediennutzung durch die Rezipienten wie sie bei jeder Form des Web basierten Mediendistribution problemlos m glich ist zeigt noch einmal die folgende Abbildung gt _ N _ O 0 O Hypercard No 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Time since start s 123 Ersichtlich ist wie ein Nutzer auf dem Weg zu einer Probleml sung durch ein aus 15 Komponenten gebildetes Multimedia Tutorial browst Die Interpretation dieser Art von Protokollen st Gegenstand laufender Forschung und kann sicherlich nicht dem Kunden Fachlehrer berlassen werden zumal alleine das Erfassen und Bereitstellen der Daten in einer grafischen Form individuelle Anpassung und die Verwendung h herer Programmierspr
173. des K rpers der beobachteten Real t t anzupassen 168 Moorhuhn Ort Geschwindigkeit Beschleunigung Ort ndern Geschwindigkeit Geschwindigkeit ndern Beschleunigung X Huhn start X Huhn Absturz Abbildung 64 dUML Klassendiagramm f r Moorhuhn Objekte Daneben zeigt das dUML noch die Ereignisse Start und Absturz die verschiedene Phasen der Bewegung des K rpers markieren In den markierten Phasen liegen auch unterschiedliche Bewegungszust nde vor eine gleichf rmig geradlinige n der Phase nach dem Start und eine beschleunigte Bewegung m Schwerefeld der Erde nach dem Absturz Dies muss durch unter schiedliche Zust nde des Modells dargestellt werden Es ergibt sich folgender Zustandsgraph Geradlinig Huhn_Start dleichr rmiae Huhn_Absturz Beschleunigte Bewegung Bewegung Abbildung 65 dUML Zustandsgraph 5 3 2 6 Die beschleunigte Bewegung der waagerechte Wurf Aufbauend auf dem in der Unterrichtssequenz Die gleichf rmig geradlinige Bewegung erarbeiteten Erkenntnissen und dem dort erstellten Software Modell n dem diese Erkennt nisse Entsprechung finden sollte nun ein mit der Realit t abgeglichenes Modell des waage rechten Wurfs erstellt werden F r die Sch ler geht es dabei um die Darstellung der Abschuss Sequenz die im Vorfeld bei dem kommerziellen Computerspiel Moorhuhn analysiert und als unreal erkannt worden ist Mit dieser Un
174. des Gegenstandes 141 Entwickler und Lenkungsgruppe erarbeiten gemeinsam die charakteristischen Eigenschaften Zust nde und Verhaltensweisen des physikalischen Modells und pr fen ob diese mit den gegebenen Werkzeugen modellierbar und intuitiv verst ndlich darstellbar sind Der Entwickler setzt das Modell in eine Lernsoftwarekomponente um wobei ihm gr ter gestalterischer Freiraum einger umt wird Lenkungsgruppe und Qualit tspate betreuen die Entwicklung in Hinblick auf die Einsetzbarkeit in der in Schule und Hochschule gegebenen Bedingungen Der Entwickler betreut seine Komponente im Rahmen ihrer Evaluationszeit Die Evaluationszeit beinhaltet Eins tze n Veranstaltungen der Schule der Hochschule und Unterrichtsversuchen m Rahmen studentischer Schulpraktika Von den Durchf hrenden wird eine Dokumentation des Einsatzes mit eingehender Kritik des Mediums erwartet Die Auf gabe des Entwicklers bei der Evaluation beschr nkt sich auf technische Betreuung Auf diese Weise findet eine deutliche Trennung zwischen Entwickler und Anwender Evaluator sowie Rezipient statt mit entsprechend verbesserter Objektivit t des Evaluationsergebnisses 5 2 5 Besonderheiten beim Management der Softwareentwicklung Die Komplexit t der behandelten Themen sowie der besondere Charakter objektorientierter Softwareentwicklung in einem Team aus Programmi erern mit stark heterogenen Voraus setzung das zudem noch durch eine starke Personalfluktuation ge
175. deutlich von den seekstrings die f r die eher ziellose Informationssuche zum Beispiel der Gruppe Schlecht kennzeichnend ist Das Auftreten dieser cluster f llt zeitlich zusammen mit herausragenden Gruppenleistungen Cluster 1 kennzeichnet Zugriffe die eng auf das Gebiet Hardware beschr nkt sich Zeit gleich hat sich die Gruppe hervorgetan indem sie eigenst ndig durch Einsatz von 4 parallel geschalteten Leistungstransistoren und 2 Netzteilen eine wesentliche Leistungssteigerung des Aufbaus erwirkt hat Man beobachtet eine ebenso konsequente und konzentrierte Informationssuche m Bereich der Programmiertechnik Cluster 2 Zeitgleich baute die Gruppe sehr schnell und ebenfalls von mir unbetreut eine leistungsf hige und individuell designte Benutzeroberfl che f r die An steuerung des AD DA Wandlers auf wobei sie anstatt des Helferlein Assistenten als ein zige Gruppe direkt auf das AD DA Wandler Steuerobjekt zugriff Der Cluster 3 markiert eng die Informationskarten zu den P I und D Reglertypen Auch hier wird gezielt nach Information in einem sinnvollen umgrenzten Bereich gesucht Unterbrochen werden d e Cluster durch regelm ige Kontrolle der Aufgabenstellung Nach Culverhouse ist dieser st ndige Abgleich des entstehenden Produktes mit dem Anforderungsprofil ein Kenn zeichen f r Ingenieure mit fortgeschrittenen konstruktiven F higkeiten Meiner Meinung nach wird n diesen Diagrammen eine m Vergleich zu ander
176. diglich S 0 7 0 8 ist die Aussage der Jungen der Vergleichsgruppe mit M 1 83 moderater insbesondere ist das Meinungsbild im Vergleich mit S 2 04 wirklich au erordentlich stark gestreut Frage 6b Grafischer Vergleich nur M DCHEN M dchen Akzeptanz Physikbuch Laborgruppe Feldversuch Vergleichs gruppen Bei den M dchen ist die Streuung mit S 2 67 nochmals deutlich h her nahezu 45 des Wertebereiches jedoch ist die Streuung auch in etwas schw cherer Form bei den M dchen der Vergleichsgruppe vorhanden Auch m Feldversuch mit 149 Teilnehmern lie sich die Diversifikation der Meinungen nicht in der gleichen St rke reproduzieren obwohl die Tendenz n die gleiche Richtung weist 202 5 3 4 2 6 Hypothesenbildung Eine starke Streuung haben wir bereits im Zusammenhang mit den Frageteilen 1 und 6a als einen Indikator f r eine differenzierte Wahrnehmung und Meinung innerhalb der Versuchs gruppe gedeutet die aus der intensiven und computerunterst tzten Auseinandersetzung mit dem Gegenstand nach dem Verfahren der objektorientierten Modellbildung erwachsen ist Diese differenzierte Wahrnehmung der Rolle von Physikb chern ist eine wertvolle Infor mation zur Beurteilung des Konzeptes der Objektorientierten Modellbildung und soll deshalb im Gruppengespr ch hinterfragt werden 5 3 4 2 7 Gruppengespr ch Frage 1 Ihr habt in der zur ckliegenden Unterrichtsreihe multimedial gelernt also unter Zugriff auf viele
177. dkarte ist es nicht nur ein vereinfachtes Modell der realen Struktur sondern auch ein Modell ihrer inneren Dynamik der Abl ufe und Entwicklungen die n der Wirklichkeit stattfinden k nnen Die Entwicklung von Modellen zur Simulation ist daher zu einem wirkungsvollen Werkzeug der Analyse komplexer dynamischer Prozessvorg nge geworden und Gegenstand interdisziplin rer Forschung Der Wert derartiger Modelle liegt darin Informationen ber das zu untersuchende dynamische System gewinnen zu k nnen welche normalerweise direkt nicht zug nglich sind da mit dem realen System h ufig nicht in der gew nschten Weise experimentiert werden kann gt Vester F Neuland des Denkens vom technokratischen bis zum kybernetischen Zeitalter Stuttgart Deutsche Verlags Anstalt 1980 Seite 104 Vgl ebd 17 M ller 1992 Seite 77 16 2 5 Semantische Stufen der Modellbildung M ller nennt 6 semantische Stufen der Modellbildung 0 Semantische Stufe unstrukturierte Reize materielle Informat on Semantische Stufe Perzeptionsmodell Die Funktion der internen Modellbildung f hrt zu einem Bild des Gegenstandes vor dem geistigen Auge Dabei wird zwischen dem Perzeptionsmodell unterschieden das direkt durch die Reize und Eindr cke gebildet wird und dem kogitativen Modell sic das bereits durch vorhandene Informationen von dem Gegenstand respektive durch Assoziationen von anderen Eindr cken erweitert ist
178. dung z hlt daher zu den Kernmethoden der physikalischen Wissenschaft Offen bleibt dennoch bei den meisten Schilderungen ob die Modellbildung als geistige Leistung eines einzelnen Individuums oder durch die konstruktive Zusammenarbeit mehrer Individuen erfolgt Dabei hat dies deutliche Auswirkungen in Bezug auf die Kommunizierbarkeit des Modellbildungsprozesses Mathematik als sequentielle Modellierungssprache bietet unbe streitbare Vorz ge in der pr zisen und kompakten Beschreibung von Vorg ngen bei der Verarbeitung von experimentell ermittelten Messgr en und der Erstellung von Vorhersagen f r die Kommunikation von Ideen innerhalb einer Gruppe hat diese Sprache jedoch deutliche Nachteile weswegen auch Experten bei der Diskussion von Ergebnissen bevorzugt Graphen und Diagramme einsetzen Seit Anfang der 90er Jahre finden daher auch n der Physikdidaktik computergest tzte grafische Modellbildungswerkzeuge auf breiter Ebene Einsatz die sowohl eine grafische als auch eine formale Repr sentation des Modells des zugrunde liegenden Systems erlauben Das Ministerium f r Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein Westfalen formuliert n den Richtlinien f r das Fach Physik folgende Erwartungen an den Einsatz dieser grafischen Werkzeuge e Steigerung der begrifflichen Kompetenz der Sch lerinnen und Sch ler e Analyse von Modellen die wesentlich real t tsn her und kontextorientierter sind Hintergrund ist dass s ch eine zu gro e An
179. e Ann Arbor MI 1982 Plato Der Staat ber das Gerechte Aus dem Griechischen bersetzt von Otto Apelt 11 erneut durchgesehene Auflage Hamburg Meiner 1989 Pomberger G Prozedurorientierte Programmierung In Rechenberg P Pomberger G Hrsg Informatik Handbuch M nchen Hanser 2 Auflage 1999 Popper K Alles Leben st Probleml sen M nchen Piper 6 Auflage 1995 Popper K Wissenschaftslehre in entwicklungstheoretischer und in logischer Sicht In Popper K Alles Leben st Probleml sen M nchen Piper 6 Auflage 1995 Rechenberg P Pomberger G Hrsg Informatik Handbuch 2 erweiterte Auflage M nchen Hanser 1999 308 Rechenberg P Was ist Informatik Eine allgemeinverst ndliche Einf hrung M nchen u a Hanser 2000 Ropohl G Allgemeine Technologie eine Systemtheorie der Technik M nchen Wien Hanser 2 berarbeitete Auflage 1999 Rumbaugh et al Object Oriented Modeling and Design Englewood Cliffs NJ Prentice Hall 1991 Scheuermann F Hrsg Campus 2000 Lernen in neuen Organisationsformen Tagungsband M nster Waxmann 2000 Schmayl W Wilkening F Technikunterricht 2 berarbeitete und erweiterte Auflage Bad Heilbrunn Verlag Julius Klinkhard 1995 Schmuller J Jetzt lerne ich UML M nchen Markt Technik Verlag 2000 Seneca Epistula morales 106 12 Rom ca 65 n Chr VanMerrienboer J Relationship between cognitive learning
180. e y Interner Zeitgeber Aussteuerungsanzeige Interaktiv mit ActiveX Pegel Anzeigeinstrument Softwareschnittstelle Transistor Interaktiv mit ActiveX Simulation des Verhal Softwareschnittstelle tens von Transistoren in verschiedenen Beschal tungen 136 ActiveX Visualisierung der Fun ktion eines Digital Ana log Wandlers Das Mo dell kann mit starker zeit licher Verz gerung arbei ten Digital Analog Wandler Interaktiv mit Softwareschnittstelle Simulation der Funk tionsweise eines Ope rationsverst rkers in diversen Beschaltungen ActiveX OP Verst rker Interaktiv mit Softwareschnittstelle Reihen Parallelschaltung Interaktiv mit Softwareschnittstelle P Regler Interaktiv mit Softwareschnittstelle Eingangsgr en x K Ausgangsgr e y I Regler Interaktiv mit Softwareschnittstelle D Regler Interaktiv mit Softwareschnittstelle Peltonturbine Dokumentation ActiveX Reihen Parallelschaltung von Widerst nden Messbr cken ActiveX Reagiert auf eine Regel abweichung x mit der Stellgr sse 7 29 ActiveX Reagiert auf eine Regel abweichung x mit der Stellgr sse u a ActiveX Reagiert auf eine zeitliche Anderung der Regelabweichung x mit der Stellgr sse q xit F m Dokumentation zur Messtechnik im Bereich Energieumsatz am Beispiel Messungen an einer Peltonturbine Dokumentation zu Messtechnik im Bereich Stoffumsatz am Beispiel Aufnahme eine
181. e Gruppe w nscht s ch n Zukunft das Arbeiten mit Experimenten jedoch ist dieses Votum bei allen an deren Gruppen extremer ausgepr gt Aus dem Gespr ch mit der Laborgruppe gaben sich keine erkl renden Hinweise so dass nur unklare Vermutungen ge u ert werden k nnten wovon wir allerdings hier Abstand nehmen wollen zumal sich im Feldversuch bei der gro en Versuchsgruppe keine Wiederholung dieses Effektes zeigte 205 Frage 6c Grafischer Vergleich nur M DCHEN M dchen Akzeptanz Experimente Laborgruppe 1 5 Feldversuch 2 20 Vergleichs gruppen Grafischer Vergleich JUNGEN Akzeptanz Experimente Feldversuch 2 34 Vergleichs gruppen Positiv festhalten l sst sich aufgrund dieser Ergebnisse dass der Zugang zur Physik mit Hilfe der objektorientierten Modellbildung nicht zu einem Zur ckdr ngen des Interesse am klassischen Experiment f hrt 5 3 4 3 Frage 2 Begriffsassoziation und Problemhandeln Im Fragenteil 2 wurden den Sch lern einige Begriffe genannt d e n der Unterrichtsreihe zur Einf hrung in die Mechanik thematisiert wurden Der Assoziationstest erm glicht den Sch lern auf eine offene Fragestellung hin ihre Assoziationen mit den Begriffen zu beschreiben Von Interesse ist hierbei wie hoch der Anteil der Sch ler ist die in der 206 Lebenswelt definierte umgangssprachlichen Begriffe Geschwindigkeit Beschleunigung nun auch mit hrer physikalischen Definition verbinden und s e fachs
182. e Specification Version 1 2 Juli 1998 Seite 1 6 Drosdowski G et al Hrsg Duden Grammatik der deutschen Gegenwartssprache Mannheim Dudenverlag 5 Auflage 1995 Seite 618 68 Attribute dienen im Satz der n heren Beschreibung dieser Objekte sie geben Auskunft ber bestimmte zu den Objekten geh rige und m Kontext relevante Eigenschaften w e Gr e Farbe Herkunftsland Zuletzt finden wir in der deutschen Sprache die Verben als bedeutsame Satzteile welche die T tigkeiten und Aktionen der Subjekte und Objekte in der Umwelt beschreiben Objektorientierte Sprachen sind analog zu diesem Paradigma der Verbalsprachen aufgebaut Grundlegender Sprachbestandteil vergleichbar dem Hauptwort ist das Objekt Objekte sind aufgrund der n hnen programmierten Routinen n der Lage bestimmte Aktionen auszu f hren wie der Sachbearbeiter in einem Unternehmen verf gen sie zus tzlich ber einen eigenen Bestand an Daten die sie zur Ausf hrung der Aktionen ben tigen Brauchen sie zu s tzliche Informationen m ssen sie auf die Dienstleistung anderer Sachbearbeiter anderer Objekte zur ckgreifen bei denen diese Informationen zu finden sind Der Begriff des Ob jektes umschlie t n der OOP einheitlich sowohl die Datenbank die alle Kundenin formationen einer Firma beinhaltet als auch den Verwaltungsprozess der auf diese Infor mationen zugreift als auch die grafische Benutzeroberfl che auf der die Date
183. e Vorgang an keiner Stelle beobachtbar wird es sei denn durch lautes Denken also auch nur sehr schwierig von den Lehrenden berpr fend begleitet und unterst tzt werden kann 128 5 2 1 3 Probleme beim Einsatz kommerzieller Lernsoftware in fachdidaktischen Lehrveranstaltungen Lernen l sst sich als soziale Handlung betrachten in deren Verlauf menschliche Individuen einer Lerngruppe sich in aktiver Auseinandersetzung mit ihrer Umgebung Wissen und F higkeiten aneignen und im kooperativen Gespr ch Modellvorstellungen zur Repr sentation der vermittelten Grundlagen generieren Eine fachdidaktische Lehrveranstaltung dient daher nicht nur dazu den Lehramtsstudenten Wissen zu vermitteln sondern muss in ihnen auch die F higkeit grundlegen die komplexen Prozesse beim Vermitteln und Verstehen dieses Wissens m Unterrichtsgeschehen beobachten bewerten und steuern zu k nnen Der Einsatz von Lernsoftware n bestehender Form f hrt hier zwangsl ufig zu Problemen Bestehende Lernsoftware zielt vielfach vor allem darauf ab einem einzelnen Benutzer m glichst selbstst ndigen Wissenserwerb zu erm glichen Der s ch daraus ergebende Verlust der sozialen Interaktion st aber vor dem Hintergrund der genannten Aufgabe der Veranstaltungen nicht tragbar Eine kommerzielle Lernsoftware stellt dazu noch ein abgeschlossenes und damit wenig erweiterungsf higes und wenig transparentes Produkt dar Vielfach st der Handlungsspielraum des Benutzers auch
184. e Vorschl ge praktikabel beschreiben und c selbstst ndig und korrekt durchf hren s e Skizze des Unterrichtsversuches n der Laborgruppe 5 Erfreulich gut lie sich die Sorge um die eventuelle Benachteiligung von M dchen im stark computergest tzen Physikunterricht w ederlegen Die M dchen der Laborgruppe und des Feldversuches zeigen ihren eigenen Stil indem sie lieber mit verbalen Defini tionen und Beispielrechnungen als mit geschlossenen Formeln arbeiten und kommen 236 damit zu absolut vergleichbaren Ergebnissen Dar ber hinaus zeigen sie sich als aufmerksame Beobachter und geschickte Experimentatoren Bei der Begleitung des Unterrichtes n den Feldversuchen konnte beobachtet werden dass d e Kamera ebenso h ufig von M dchen wie von Jungen bedient wurde zwar haben diese M dchen streng genommen damit wieder die Funktion einer Protokollant n aber da die auf zeichnende Kamera gleichzeitig Messinstrument ist muss man es dennoch als eine wesentliche Aufwertung betrachten Es kann nicht bestritten werden dass auch n den Lerngruppen des Unterrichtsversuches zwischen den Geschlechtern eine Rollenverteilung beobachtet werden konnte Diese u erte sich hierbei jedoch so dass die Jungen sich vor allem durch ihre F higkeiten im Umgang mit Computern hervortaten Dort wo die M dchen eigenen Gruppen zugeordnet wurden denen jeweils ein PC zu Verf gung stand konnte aber beobachtet werden dass unter einer konkreten Zielvorgab
185. e ball stischen Flugkurven thermonuklearer Ge fechtsk pfe oder der Entwurf von optischen Linsensystemen f r astronomische oder milit rische Aufkl rung Mit diesem Hintergrund wird es verst ndlich das zahlreiche Pioniere der Informations technik z B der Begr nder der Informationstheorie Paul Shannon erfahrene Physiker waren die in der Informationstechnik L sungen f r die komplexen Probleme ihres Aufgabengebietes suchten siehe dazu auch den Abschnitt zur Modellbildung n der Physik Gemeinhin existieren f r die meisten Probleme dieser Art exakte L sungen Diese L sungen h ngen vom Zustand einiger Variablen zum Startzeitpunkt und von den Kalkulationen und von einer endlichen Zahl logischer Entscheidungen w hrend des Programmlaufes ab Ein daf r ausreichendes Programm enth lt eine prozedurale Abfolge von Befehlen die nachein ander von einem Rechnersystem abgearbeitet werden wobei die Abfolge einem Entschei dungsbaum folgt Das Ergebnis des Programmlaufes st von den Startbedingungen den Pro grammbefehlen der Struktur des Entscheidungsbaums und ggf von einer endlichen Anzahl von Benutzereingaben zur Laufzeit abh ngig wobei d e Benutzereingaben nur an bestimmten vorgegebenen Programmteilen auftreten und auch nur da wirksam werden k nnen Typischerweise werden solche Probleme von Experten des Aufgabenfeldes geschrieben entweder alleine oder mit anderen Experten dieses Aufgabenfeldes zusammen Da die Team mitgliede
186. e das zielgerichtete und problemorientierte Vorgehen der M dchen dem spielerisch leichten Umgang der Jungen n Nichts nachstand Bei der Durchf hrung der Experimente profitieren die M dchen sogar davon dass die Jungen in dieser Unterrichtsreihe eher den Computer als ihre Dom ne sehen und so den M dchen mehr Freiraum bei den physikalischen Experimenten lassen 5 4 Dritter Teil Einsatz Erprobung und Evaluation von Komponentenorientierter Lernsoftware im Technikunterricht der Gymnasialen Oberstufe 5 4 1 ber das Unterrichtsthema Als beispielhaften Gegenstand wurde ein Ausschnitt aus der Regelungstechnik gebildet und zwar die Drehzahlregelung eines Motor Generator Satzes mit stetigen Reglern Die Unterrichtsreihe soll einen einf hrenden Charakter haben und die Sch ler mit g ngigen Begriffen Methoden und Problemstellungen der Regelungstechnik vertraut machen Ein Thema aus dem Gebiet der Regelungstechnik bietet sich neben der guten Integration in den Themenkatalog des Technikunterrichtes der gymnasialen Oberstufe durchaus auch mit Blick auf aktuelle Bez ge an Die Regelungstechnik ist schon eine recht traditionsreiche Wissenschaft Vorl ufer regelungstechnischer Anordnungen sind bereits aus der Antike und von Leornardo da Vinci berliefert worden als Begr nder der modernen Regelungstechnik gilt James Watt und zwar ebenfalls mit einer Drehzahlregelung er verwendete ein Flieh kraftpendel zur last und dampfdruckunabh ngigen Drehz
187. e deutlich zutage getretenen Effektes sorgt 5 3 4 1 3 Hypothesenformulierung Denkbar sind Ursachen im grundlegenden Rollenverst ndnis der M dchen im Umgang mit Computern und naturwissenschaftlichen Inhalten Die Hypothese ist dass M dchen n hrem Umgang mit Computern innerfamili r noch mit einem differenzierten Rollenverst ndnis auf wachsen Hier k nnte n der Gruppe der M dchen eine Zweiteilung herrschen zwischen denen denen in ihrem h uslichen Frauenverst ndnis bereits eine umfassende computer literacy zugestanden wird und solchen die mit der konventionellen Vorstellung von Com putern als M nnerdom ne aufgewachsen sind 5 3 4 1 4 Gruppengespr ch Die entsprechende Fragengruppe eruierte die Art der h usliche Verwendung von Computern in der Gruppe der M dchen Bei der Beantwortung der Fragen wurden keine Wortmeldungen abgewartet sondern es wurden gezielt einzelne M dchen der Gruppe angesprochen Damit sollte eine einigerma en repr sentative Auswahl erzwungen werden im anderen Fall w re es denkbar gewesen dass sich nur die selbstbewussten M dchen zu Wort gemeldet und hren Umgang mit Computern geschildert h tten der in diesem Fall wahrscheinlich von genau diesem hohen Selbstbewusstsein gepr gt ist 193 Die Antworten haben die Hypothese zum Teil best tigt Die selbstbewussten und im Kurs verlauf positiv auffallenden jungen Frauen gaben an zu Hause einen eigenen Computer zu besitzen und zu verwenden Au
188. e erfolgte in den 70er Jahren die Entwicklung modularer Programmiersprachen zum Beispiel durch Nicolaus Wirth MODULA und Jean Ichiba ADA Die modulare Programmiertechnik fand durch den Zusammenhang mit der struktu rierten Analyse in den 80er Jahren starke Verbreitung und wurde in die meisten zeitge n ssischen Programmiersprachen wie z B Turbo Pascal integriert Bei der strukturierten Analyse und der modularen Programmierung werden Datens tze zwischen den Prozessen bergeben Mit anderen Worten besteht der Datenfluss zwischen den Prozessen aus einer Menge von Informationen deren Struktur genauer zu definieren ist Dies ist ein fundamentaler Unterschied zur Objektorientierten Programmierung die wir sp ter betrachten werden hierbei sind es nicht die Datenfl sse die genau spezifiziert werden m ssen sondern es sind die Objekte die Daten in einer bestimmten Struktur akzeptieren oder ver ffentlichen Die Struktur der Datenfl sse zwischen den Objekten ergibt s ch entsprechend aus den Gemeinsamkeiten der Schnittstelle zwischen den Objekten Die Entwicklung der Spezifikation von Informationssystemen ist in den letzten 20 Jahren nicht stehen geblieben So macht Beer deutlich Gegen ber den OOA Methoden den noch zu beschreibenden Methoden der Objektorientierten Analyse Anm hat die strukturierte Analyse an Bedeutung verloren 84 Beer 2000 65 3 3 3 Objektorientierte Analyse Objektorientierte Modellbildung und Objektorientier
189. e ist hoch es wurden also nicht mehrere qu valente Varianten eines Messverfahrens genannt um die Anzahl der Eintr ge in die Vorschlagsliste k nstlich zu erh hen 5 3 4 4 3 Auswertung Frage 3b Tats chlich gew hlte L sung zur Messung einer Geschwindigkeit H ufung Laboreruppe auf 100 normiert M dchen Jungen kamera gew hlt 10 T Tacho gew hlt Stoppuhr Strecke gew hlt ai Radar gew hlt Reifendrehzahl gew hlt Lichtschranke gew hlt praktikable Beschreibung 100 Stroboskop gew hlt Computer genutzt K oordinatensysten genannt Formel genutzt Luftstaudruck ua Beispelrechnung als Beschreibung 220 H ufung Versgleichsgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen 2 0023 3 0303 Stoppuhr Strecke gew hlt Reifendrehzahl gew hlt Lichtschranke gew hlt praktikable Beschreibung 92 352 30 309 Stroboskop gew hlt R oordinatensysten genannt Beispelrechnung als Beschreibung D TI C I TI cj 2 m m w jj 8 a T 2 i T T T uc Ej 5 T T al Z DO a T mi T Cu a a nl mg Z r peg r D H ufung Feldversuch auf 100 normiert M dchen Jungen Stoppuhr Strecke gew hlt Reifendrehzahl gew hlt Lichtschranke gew hlt praktikable Beschreibung 68 354 Stroboskop gew hlt koordinatenspstem genannt Beispielrechnung als Beschreibung nm 71 D I Fa g m amp amp AIE Slj 3 ol amp cu T Laa fan T IO fam u EL iD T iT mn Z Z Tm T
190. e sie verstehen und beschreiben k nnen 25 der Sch ler der Versuchs gruppe entscheiden sich daf r die Messung mit der Kamera zu beschreiben eine gute M g lichkeit die den Sch lern der Vergleichsgruppen nat rlich nicht offen steht Die mit Abstand h ufigste Wahl ist bei allen Gruppen das Messen mit der Stoppuhr entlang einer abge messenen Versuchsstrecke Die H ufigkeit dieser Antwort ist bei Sch lerinnen und Sch lern die am Unterrichtsversuch in der Laborgruppe oder im Feldversuch teilgenommen haben etwas h her als n der Vergleichsgruppe In der Vergleichsgruppe lassen v ele Sch ler es mit dem einfachen Vorschlag bewenden auf den Tacho zu sehen 18 der Nennungen Der Anteil der Sch lerinnen und Sch ler die diesen Vorschlag machen im Feldversuch zwar auch bei etwa 15 bei den Jungen alleine mit 32 noch deutlich h ufiger aber bei der Auswertung der Frageb gen wurde deutlich dass dieser Vorschlag in der Regel noch durch einen anderen erg nzt wurde Kein Sch ler der Laborgruppe u erte den Vorschlag den Tacho zu benutzen Die Antworten wurden bei der Auswertung auch danach bewertet ob sie praktikabel waren oder nicht Nat rlich muss der Vorschlag einen Tacho zu benutzen als prakt kabel gesehen werden auch wenn er vielleicht nicht die Intention des Lehrers trifft Das erkl rt teilweise warum 85 der Vorschl ge der Vergleichsgruppe als praktikabel gewertet werden m ssen Wie aus dem Diagramm ersichtlic
191. e soll jedoch der Begriff der zeitlich nderbaren F hrungsgr e gebraucht werden da bei den praktischen Versuchen verschiedene Sollwerte ber Schiebe regler vorgegeben werden k nnen Das Lernmodul hatte schon von s ch aus den Hinweis gegeben den l ngeren Text der ent sprechenden Informationskarte nochmals genau zu lesen Dieser Hinweis wurde nach dr cklich verst rkt Die Sch ler glaubten dem Lehrer offenbar mehr als dem Lernprogramm alleine und machten sich mit sichtbarem Ehrgeiz daran anhand des Textes die Leitfragen noch einmal zu bearbeiten Als s e danach tats chlich 100 der Punktzahl erreichten gaben sie sich zufrieden Bei der Darstellung der Reglertypen hatte eine Gruppe Schwierigkeiten zu erkennen welches der bereinanderstehenden Koordinatensysteme die Regelabweichung und welches die Reak tion des Reglers darstellte Bei etwas genauerem Hinsehen w re die Frage berfl ssig ge wesen da dies auf der Informationskarte beschriftet war Das einzige Verst ndnisproblem im Zusammenhang mit P Reglern trat bei Sabine auf die nicht verstehen konnte warum die Regelabweichung negativ und die Reaktion des Reglers dementsprechend entgegenl ufig ist Hier war kein Eingriff von Lehrerseite notwendig Patrick und Thomas konnten nach kurzem Studium der Information direkt eine fundierte Erl uterung mit einem anderen Beispiel bringen Stell dir vor du wolltest einen Herd auf einer bestimmten Temperatur halten wenn er zu
192. e und thermische Energie ist im Hauptstudium des Studienfachs Technik eingeordnet und gilt dort als wesentliche Pflichtveranstaltung S e bildet eine Kombination aus Seminar und Laborbetrieb die Lehramtsstudenten sollen hier dazu qualifiziert werden komplexe technische Experimente angemessen vorzubereiten ihren technischen und physikalischen Hintergrund darzustellen den Versuch mit Sch lern zusammen durchzuf hren und eine korrekte Auswertung des Versuches anzuleiten 146 Die Softwarekomponenten sind hier ideal geeignet um die Arbeit der Gruppe zu unterst tzen Bei der Themenvergabe werden dem Referenten nun zus tzlich zu den experimentellen Aufbauten die passenden Softwarekomponenten anvertraut Dies kann die Sammlung der Komponenten zur Messtechnik sein wenn er entsprechende Details seines Aufbaus erl utern will oder Komponenten aus dem Themenbereich Thermodynamik die die grundlegenden Vorg nge darstellen In unserem Beispiel hat der Referent sich f r die Bearbeitung des Themas Stirlingmotor entschieden Das wi ssenschaftliche Labor verf gt ber einen entsprechenden Demonstrationsmotor der Firma Leybold aufgrund seiner Gr e ist dieses Ger t fest im Labor aufgebaut und steht nur an dieser Stelle f r Experimente zur Verf gung Die passende Komponente dazu ist das Software Modell dieses Stirl ngmotors das die Variation der gleichen Parameter wie beim Originalmodell Temperatur Drehzahl und dazu noch einiger z
193. echnischen Gegenstandes Wir werden zu einem sp teren Zeitpunkt in dieser Arbeit auf diese Fragen zur ck kommen wenn das Konzept der Objektorientierten Modellbildung entwickelt und besprochen werden soll 3 2 4 Systematische Strukturierung von Wissen Mind mapping Petri Netze System der Allgemeinen Technologie Petri Netze wurden wahrscheinlich zuerst in den 40 Jahren entworfen um die g nstigste S tzordnung f r Management und Vorstandssitzungen in gro en Firmen zu ermitteln Bei diesen Sitzung tauschen Manager die in einer Beziehung zueinander stehen in der Regel gr ere Dokumentenmengen oder Informationen miteinander aus Stellt man die Beziehung zwischen den Managern mit Pfeilen dar so erh lt man schnell eine grafische Darstellung des Beziehungsnetzes zwischen ihnen requires the definition of can be analyzed through are analyzed are combined in with l PO is quantitatively described using Mathematical representations u jn zul lead ultimately to a Course of action HU Abbildung 19 Ein Petri Netz zur Darstellung des Zusammenhangs verschiedener Begriffe Das Petri Netz wurde schnell zum Allroundtalent und ist zum sogenannten Entity Relationship Modell verallgemeinert worden Im Deutschen bezeichnet man die Entit ten als 52 Knoten die Beziehungen Relationships zwischen den Entit ten werden als Kanten bezeichnet Die Abbildung 19 zeigt ein Entity Relationsh
194. edes andere Ver st ndnisproblem aus der Welt ger umt Ein anderes Missverst ndnis wurde in der Diskussion noch schneller entdeckt und beseitigt die Gruppe Schlecht hatte in diesem Versuch mit dem Begriff Stellgr e die Stellung des Spannungsreglers am Netzteil verbunden Dies ist zwar bei n herer berlegung nicht ganz falsch macht aber beim konkreten Problem wenig Sinn Die Frage warum denn der Leistungstransistor berhaupt eingesetzt werden muss wurde aus der Gruppe sofort mit der viel zu geringen Leistungsabgabe der AD DA Wandler Karte begr ndet Dies h tte der Fragende nat rlich auch aus der Beschreibung im Lernmodul entnehmen k nnen Bei der Arbeit mit den Sch lern hat mich durchweg die sachkundige engagierte und von der breiten Mehrzahl der Sch ler getragene Diskussion begeistert Alle w chtigen Begriffe und Sachverhalte standen zur Verf gung Die Diskussion konnte somit ihrer Aufgabe Missver st ndnisse und Verst ndnisprobleme auszur umen mit hervorragender Effizienz gerecht wer den Man kann an diesem Stundenprotokoll wom glich ablesen wie z gig die relevanten Dis kussionspunkte abgearbeitet werden konnten wobei ich au er der Diskussionslenkung und der Fragestellung nicht viel beitragen musste 5 4 5 5 Realisierung der softwareseitigen Voraussetzungen Ab 5 Stunde Hier war ein starker Eingriff von meiner Seite notwendig Wie auch im Abschnitt Analyse der Zugriffs Statistiken nachgewi
195. ef hrt wird Im konkreten Beispiel ist das die Tachospannung des Tachogenerators die durch den AD Wandler des Rechners erfasst und in den von den Sch lern verfassten Programmen ausgewertet wird Die aufgabengem zu regelnde Gr e st jedoch die Drehzahl des Gleichstromgenerators die mit der Tacho spannung nat rlich verkn pft ist Die DIN 19226 f hrt aus diesem Grund den Begriff der Aufgabengr e ein Die Aufgabengr e x ist eine Gr e der Aufgabenstellung Sie muss mit der Regelgr e I6 Ebd Seite 13 1 Ebd Seite 16 16 Ebd Seite 19 245 wirkungsm ig verkn pft sein braucht aber nicht unbedingt dem Regelkreis anzugeh ren Die Regelgr e ist dagegen immer eine Gr e des Regelkreises Als Beispiel werden F lle aufgef hrt in der die Aufgabengr e nicht direkt erfassbar ist Zusammensetzung eines Gemisches sondern aus verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften ermittelt werden muss Ein weiterer wichtiger Begriff ist die St rgr e Als St rgr en definiert die DIN alle von au en wirkenden Gr en soweit sie die beabsichtigte Beeinflussung in einer Steuerung oder Regelung beeintr chtigen Ohne St rgr en w re es bei station ren Prozessen nicht notwendig Regelungen vorzusehen Bei der Drehzahlregelung des Motor Generator Satzes gehen St rungen vornehmlich von Lastschwankungen am Ausgang des Generators aus 5 4 4 6 Das Verhalten von Gliedern eines
196. ei aber nicht der Anspruch sondern die schiere Menge an Information die ja gerade durch die kartei kastenartige Anordnung m Lernmodul bereits absch tzbar wird Fortgeschrittene Lernprogramme blenden aus genau diesem Grund die Teile des Infor mat onsangebotes aus die zu Beginn auf keinen Fall f r den Lernprozess relevant werden k nnen Hier w ren dies die f r h here Stufen des Konstruktionsprozesses notwendigen Informationen etwa zur Programmiertechnik und zu konkreten Fragen der Hardware Aus folgenden Gr nden wurde gegen dieses Design entschieden e Es tritt in realen Lernsituationen h ufig ein dass aus einem berangebot von Infor mationen aus Literatur Internet oder anderen Medien relevante Information gefiltert werden muss e Das Untersuchungsinteresse liegt eben darin in einer kontrollierten Situation per s nlich bekannte Sch ler definiertes eingegrenztes Informationsangebot detailliertes Protokoll ber die Mediennutzung die Lernstrategien und probleme beim Umgang mit einem etwas umfassenderen mehrgliedrigen Informationsangebot zu studieren um gewonnene Erkenntnisse auf schwerer beherrschbare Lernsituationen wie zum Beispiel Lernen im Internet zu bertragen 260 Durch ein kurzes Gespr ch konnte Sabine dazu motiviert werden sich w eder dem Infor mat ionsangebot zuzuwenden Wichtig war f r sie zu h ren dass die enthaltenen Informa tionen prim r f r die Gruppenarbeit notwendig sind und jederze
197. eiben m ssen an welcher Stelle im Lernmodul die Information zu finden ist die ich n her betonen m chte 3 Denjenigen die noch gar nicht zu dieser Stelle vorgedrungen sind kurz aufrei en m ssen worum es hier berhaupt geht damit sie meine Betonung berhaupt einordnen k nnen 4 In Summe h tte dies eine so empfindliche St rung des selbstgesteuerten Lernens bedeutet dass ich davon abgesehen habe Als Alternative kann man nat rlich jeder einzelne Gruppe w hrend s e s ch gerade mit der entsprechenden Karte des 284 Lernmoduls auseinandersetzt einen kurzen Hinweis auf die interessanten Passagen geben Sehr positiv an der Form der Informationsdarstellung ist dass f r eine Diskussion stets alle n tigen Medien zur Verf gung stehen Ich kann bei der Betreuung der Gruppen mit einem Mausklick auf Informationen einer zur ckliegenden Lerneinheit zugreifen alle notwendigen Darstellungsmittel Skizzen und bewegte Grafiken sind sofort zur Hand und k nnen einge setzt werden H tte ich einen Videofilm benutzt h tte ich diesen einlegen und spulen m ssen h tte ich Demonstrationsexperimente benutzt h tte ich diese schnell wieder aufbauen m s sen um den gleichen Effekt zu erreichen In der Regel muss man sich aber darauf be schr nken an den F lm das Experiment zu erinnern 5 5 Vierter Teil Einsatz Objektorientierter Modellbildung bei der Analyse technischer Systeme im Technikunterricht der Jahrgangsstufe 10 5 5 1 D
198. eibt als bestimmender Faktor nur noch 249 die Proportionalit t brig d h die Regelstrecke wird sich im Gleichgewicht immer auf eine Regelabweichung einstellen die proportional zur aufgeschalteten St rgr e ist Instabilit ten k nnen bei Verwendung von D und I Regelanteilen leicht auftreten Hier wird sich wahrscheinlich gute Gelegenheit bieten den notwendigen Kompromiss zwischen Pr zision kurzer Ausregelzeit und Stabilit t darzustellen 5 4 4 3 Strukturierung der Unterrichtsreihe und des Lernmoduls 5 4 4 8 1 Strukturprinzip Wie schon betont wurde soll das Multimedia Lernmodul einzelnen Sch lern oder einer Projektgruppe erm glichen s ch m selbstgesteuerten Lernen f r die Projektarbeit relevante Kenntnisse und F higkeiten anzueignen In der vorliegenden Reihe wird als bevorzugte Sozialform die Gruppenarbeit gew hlt unterbrochen von Gespr chsrunden zum Austausch und zur S cherung der n der Gruppenarbeit gewonnenen Erkenntnisse Man kann die Konzeption dieser Unterrichtsreihe n der Terminologie von Frey als projektartiges Lernen bezeichnen Die Unterrichtsreihe selbst ist f r sich kein Projekt aber Teil eines solchen siehe hierzu die Abschnitte Multimedia und Projektmethode und Der Kontext der Unterrichtsreihe die Gruppen sollen auch so arbeiten wie ich es mir bei einer vom Lernmodul unterst tzten Projektarbeit vorstelle wobei es normalerweise nicht zwingend ist dass sich alle Gr
199. eichneten Eigenschaften Methoden und Ereignisse entsprechen den Flussbildern die in der Symbolsprache der allgemeinen Technologie zur Darstellung von Symbolsystemen gew hlt werden Allerdings ist in der Symbolsprache der allgemeinen Technologie vorgesehen den Namen des Subsystems entspricht dem Bezeichner der Klasse in der dUML BER das Systemsymbol zu setzen und statt dessen die Hauptfunktion des Subsystems in das Symbol einzusetzen Die dUML beschreibt alle im jeweiligen Kontext relevanten Funktionen des Objektes und in Klammern nachgestellt die Eigenschaften von denen die Funktionen abh ngig sind durch die Darstellung der Objektmethoden m dritten horizontalen Abschnitt des Klassendiagramms In der ausf hrlichen Darstellung sind die Diagramme der dUML also wesentlich pr ziser als die Diagramme der AT Sie lassen sich aber auch alternativ genauso kompakt darstellen wie die Flu diagramme der AT 108 Arbeiten lat laborare das Pr fix co deutet die Zusammenarbeit an Man beachte das im lateinischen streng zwischen den Begriffen laborare und operare unterschieden wird beide lassen sich im deutschen zu n chst nur mit dem Begriff Arbeiten bersetzen Das Verb operare wird aber in lateinischen Texten wesent lich st rker mit selbstbestimmter Arbeit assoziiert als das laborare das eher Sklavenarbeit und Funktions tr gerschaft zugeordnet wird In der derzeit aktuellen Diskussionen ber collabor
200. eichzeitig den Zustand des Gesamtsystems Sie sind deshalb f r d e Entwicklung des Systems und f r seine Beschreibung und S mulation von zentraler Bedeutung Zwischengr en Funktionen oder Abh ngige Variablen sind st ndig aus dem Systemzustand also aus den Zustandsgr en berechenbar Anfangswerte der Zustandsgr en bestimmen die weitere Entwicklung eines Systems entscheidend Die Fl sse oder Ver nderungsraten der Zustandsgr en bestimmen ob und wie die Zustandsgr en zunehmen und abnehmen 2 7 Klassenbildung von Modellen Der Ansatz der Bildung von Klassen auch als Kategorisierung bezeichnet ist es eine zeitlose ebenso wi ssenschaftliche wie lebensweltliche Methode der Komplexit tsreduzierung Zun chst n der Literatur eingef hrt wurde die klassische Kategorisierung wahrscheinlich durch Platon der in seinem Werk Staatsmann Objekte mit hnlichen Eigenschaften in Klassen zusammenf hrte Aristoteles greift in Kategorien dieses Thema auf und definiert an dieser Stelle auch den Unterschied zwischen Klassen und Objekten Sp ter besch ftigten s ch Thomas von Aquin in der Summa Theologica und Rene Descartes in der Ausrichtung des Geistes mit der Philosophie der Klass erung Piaget beobachtet bei Kindern ab dem 2 Lebensjahr das Einsetzen der Objektkonstanz und darauf folgend die F higkeit zum Klassieren von Objekten wie Hunde Katzen gef hrliche Gegenst nde usw Marvin Minsky stellte 1970
201. ekoeffiziert Zimmertemperatur Abbildung 3 Abk hlung einer Fl ssigkeit Goldkuhle 1997 Die Ver nderungsrate ist selbst eine Gr e die sich in der Zeit ndern kann Dabei ist der aktuelle Wert der Ver nderungsrate von weiteren Gr en abh ngig Diese Gr en werden n STELLA und DYNASYS unterschieden n e den schon besprochenen Zustandsgr en die vom Zustand des Systems abh ngig sind und den Zustand des Systems bestimmen e den exogene Gr en unabh ngige Variablen die sich nicht aus den system immanenten Zustandsgr en ergeben und nicht von System beeinflusst werden k nnen e den Zwischengr en die vom Zustand einer oder mehrerer Zustandsgr en oder exogener Gr en abh ngig sind Im obigen Beispiel ist die Temperatur nderung einer abk hlenden Fl ssigkeit von den exogenen Gr en Zimmertemperatur und Temperaturabnahmekoeffizient abh ngig Bei diesem Modell wird angenommen dass die exogenen Gr en nicht von der Zustandsgr e des Systems beeinflusst werden dass also z B die von der Fl ssigkeit abgegebene W rme menge nicht zu einer Erw rmung des Zimmers f hrt Der Temperaturabnahmekoeffizient wird in diesem Modell als eine exogene Gr e angegeben ist aber tats chlich sehr komplex er lie e sich genauso als eine Zwischengr e verstehen der von einer Reihe anderer exogener Gr en abh ngt der Isolierung des Gef es der Luftbewegung au erhalb des Gef es des E
202. ekt eine Methode aus wird dies durch eine Verbreiterung seiner Lebenslinie gezeichnet Der Austausch von Information und in der dUML auch Stoff und Energie wird durch ent sprechende Verbundpfeile zwischen den Lebenslinien gezeichnet Auf diese Weise wird deutlich wie die Objekte w hrend der Bearbeitung einer bestimmten Aufgabe miteinander zusammenarbeiten und wie sie sich durch den Austausch von Stoff Energie und Information gegenseitig aktivieren Insbesondere wird das Zeitverhalten des Gesamtsystems deutlich wenn man das Sequenzdiagramm in seinem zeitlichem Verlauf von entlang der y Achse von oben nach unten liest Dieses Zeitverhalten kann ebenfalls als Grundlage f r die zeitliche Reihung des Auftretens von Objekten genommen werden Beispielsweise kann den Entwurf eines Storyboards f r einen Videofilm sich an der Reihenfolge der Akt vierungen im Sequenzdiagramm orientieren Die Objekte w rden bei der Ausf hrung einer Aufgabe in der Reihenfolge im Bild erscheinen in dem sie gem dem Sequenzdiagramm ihre Arbeit aufnehmen 108 Strukturierung mit Hilfe des Zustandsdiagramms W hrend das UML Sequenzdiagramm das Zusammenspiel der Objekte n zeitlicher Reihenfolge darstellt wird mit Hilfe des UML Zustandsdiagramms vor allem der innere Zu stand eines einzelnen Objektes visualisiert Im einem vorhergehenden Beispiel wurde dar gestellt wie die Vorg nge in einem Geiger M ller Z hlrohr von der Z hlrohrspannung ab
203. el t 0 5eAt errechnet Dieser Punkt wird mit P2 bezeichnet und liegt nat rlich genau oberhalb von P1 Die Steigung m m Punkt P2 wird analog m Y t t 0 5 At Y I A E E E S berechnet und geht ebenfalls mit doppelter Wichtung ein Das ar thmetische Mittel dieser beiden an der Stelle t 0 5eAt errechneten Steigungen bestimmt also m Runge Kutta Verfahren 4 6 der komplexen Steigung m Die letzte Hilfssteigung m wird einfach nen art gewichtet und an der Stelle t leAt bestimmt Der dazu geh rige Punkt P3 wird ermittelt indem wiederum vom Punkt A die Gerade mit der H lfssteigung m bis zur Stelle t 1eAt verfolgt wird Nun sind die vier Hilfssteigungen mo m bekannt die zusammen die komplexe Steigung m m 2m 2m m 6 Y3 RR E TR bilden Das Verfahren ist mit allen etablierten Programmiersprachen einfach zu realisieren Der Verfahrensfehler beim Runge Kutta Verfahren liegt in der t 0 5eAt Gr enordnung dt Y dt lt 1 tient t 3 1 3 4 Symplektische Algorithmen das Leapfrog Verfahren Zentrales Problem bei den oben dargestellten Verbesserungen des Euler Verfahrens ist die Ermittlung einer geeigneten Tangentensteigung Y die f r den jeweils n chsten Euler Schritt genutzt werden sollte Y t At Y t Y t Ar Wobei sich die Funktion Y aus einer Reihe von Absch tzungen ber die Vorg nge zwischen t und t At entwickelt wird Diese Absch tzungen werden als Vorw r
204. elle Art von Problem zu l sen Die n chste Phase ist die in der eine Technologie gerade eben imstande ist eine Art von Problem zu l sen Ingenieurm iges Vorgehen zur L sungsfindung ist in dieser Phase unver meidlich implementierungsdominiert und der Blickwinkel des Ingenieurs kann charakterisiert werden als Wie kann das Problem ver ndert werden damit es zu einer vorhandenen L sung passt Eine dritte Phase des Zyklus tritt auf wenn die Implementierungstechnologien m chtiger werden oder wenn alternative Technologien erfunden werden W hrend dieser Phase w chst die Kategorie der l sbaren Probleme und die Technologie wird zur L sung des Durchschnittsproblems mehr als angemessen Die Vorgehensweise des Ingenieurs verschiebt 74 sich entsprechend von der implementierungsdominierten zur problemdominierten Die letzte Phase kann als Reifezeit der Ingenieursdisziplin bezeichnet werden In den 1970er Jahren war die Struktur informationstechnischer Probleml sungen noch ent schieden von der Struktur und den Beschr nkungen der zur Verf gung stehenden Daten systeme dominiert Damit pr gten die Gegebenheiten und Beschr nkungen der Datensysteme auch die Herangehensweise an die L sung von Problemen diese waren Implemen tationsdominiert arbeiteten mit Begriffen wie der EVA Metapher Eingabe Verarbeitung Ausgabe besch ftigten sich mit Vorgaben wie der bestm glicher Speichernutzung was zu L sungen wie der K rzung des Da
205. ellung mit kor rekten Begriffen zu versehen die aus Listen mit alternativen Begriffen zu w hlen sind 5 4 4 8 5 Realisierung der hardwareseitigen Voraussetzungen Lernziele Die Sch ler sollen Die mess und steuerungstechnischen Probleme bei der Integration einer gegebenen Regelstrecke n eine computergest tzte Regelung l sen k nnen Dazu sollen ste An einer gegebenen Regelstrecke hier ein Motor Generator Satz m gliche Schnittstellen zur Erfassung der Messgr e identifizieren Den funktionellen Zusammenhang zwischen der Messgr e hier Tachospannnung und der Regelgr e hier Drehzahl von Motor und Generator beschreiben und f r die Erfassung der Regelgr e nutzen k nnen Die Notwendigkeit einer Leistungsverst rkung f r d e Steuerung des Gleichstrom motors mittels des D A Wandlers begr nden k nnen Eine Leistungsverst rkung des Ausgangss gnals des D A Wandlers mit Komponenten des ESTU Systems realisieren k nnen 254 e Durch Messung der St rsprungantwort mit einfachen Messger ten eine Einstufung der Regelstrecke nach P PT oder I Verhalten treffen Unterst tzung durch das Lernmodul Das Lernmodul unterst tzt die Sch ler in dieser Phase l Durch Diagramme Texte und bewegte Darstellungen zur Trans stortechnik Beim Entwurf wurde davon ausgegangen dass die Sch ler schon ber Grundlagen der Trans stortechnik verf gen wie sie im Technikunterricht der Jahrgangsstufe 8 vermittelt werde
206. ementell aus kleineren Systemen die wir bereits getestet haben weiterentwickeln Der systemdynamische Ansatz vermeidet das Problem der Verantwortlichkeit f r eine bestimmte Operation keines der Objekte st f r den Ausgang einer Operation verantwortlich da die Operation entlang der Relation zwischen den Objekten durchgef hrt wird Hierin be steht ein wesentlicher Unterschied zu den Konzepten der Objektorientierten Modellierung Bei der OOM muss ein bestimmtes Objekt die Verantwortung f r den Ausgang einer Operation bernehmen was durch die Methode des verantwortungsorientierten Entwurfes Responsibility Driven Design RDD gel st worden ist 76 4 Entwurf eines Konzeptes zur Objektorientierten Analyse und Modellbildung Auf den nun folgenden Seiten m chte ich mein Konzept der Objektorientierten Analyse und Modellbildung vorstellen Es st auf der Grundlage meiner Studien der Analyse und Modellbildungsverfahren in Technik Naturwissenschaft und Informatik entstanden und soll vor dem Hintergrund wahrgenommener St rken und Schw chen der einzelnen Systeme eine optimale L sung insbesondere das Einsatzgebiet der Produktion von Lern und Infor mationsmedien f r die naturwissenschaftliche und technische Bildung darstellen Es kann aber unabh ngig davon jedem in der naturwissenschaftlichen und technischen Bildung T t gen als Anleitung dienen sei es bei der Sachanalyse zur Vorbereitung einer Unterrichtsreihe oder bei der Produktion
207. en Ritterbach Verlag 1981 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Technik Frechen Ritterbach Verlag 1999 Schmayl W Wilkening F Technikunterricht Bad Heilbrunn Verlag Julius Klinkhard 2 berarbeitete und aktualisierte Auflage 1995 Seite 70 44 Arbeitshandlungen als auch die soziokulturellen Prozesse der der Entstehung Verwendung und Entsorgung technischer Systeme mit einbezieht S e tr gt damit dem Umstand Rechnung dass Technik nicht nur als Mittel sondern auch als Ergebnis menschlicher Arbeit zu verstehen 4 645 1St 3 2 3 Das Konzept der vollst ndigen Handlung Das Konzept der vollst ndigen Handlung oder n anderem Zusammenhang der vollst ndigen Lernhandlung findet sich parallel in der handlungstheoretischen Didaktik Aebli John Dewey in der Lernpsychologie und in den Fachdidaktiken allgemeiner und berufsbildender F cher Der Modellbildungsbegriff der Physikdidakt k verwendet eine andere Begrifflichkeit die beiden Konzepte lassen sich aber aufeinander abbilden wobei physikalische Modellvorstellungen m Gegensatz zu den Produkten einer vollst ndigen Handlung nicht im Gegenstandsraum existieren Zielsetzung Kontrolle Entscheidung Durchf hrung Abbildung 13 Die vollst ndige Handlung Minister
208. en Gruppen h here Medienkompetenz der Gruppe Elite deutlich s chtbar 277 Zeitanteile der einzelnen Karten s Abbildung 89 Nutzungsdauer der Karten durch die Gruppe Elite Den gleichen Hintergrund hat die unvern nftig hohe Anzeigezeit der Informationskarte zur P Regelstrecke Nachdem die Gruppen relativ zeitgleich die Steuerungsschaltung realisiert und ihre Einstufung der Regelstrecke nach P oder I Verhalten getroffen haben habe ich eine Gruppensitzung einberufen n der Ablauf und Ergebnisse dieses Versuchs besprochen und diskutiert wurden Auch dabei wurde die Zeit f r die zuletzt betrachtete Karte weiter gez hlt Zeitanteile in den einzelnen Kapiteln Hardware Programmier Aufgabenstellung technik Elektrotechnik Regelungs technik Abbildung 90 Aufenthaltsdauer der Gruppe Elite in den einzelnen Kapiteln 278 5 4 6 3 Gruppe Schlecht Abbildung 91 Zugriffe auf das Informationsmaterial durch die Gruppe Schlecht Zugriffszeit Aufgabe Punktzahl 33 2 150 108 1 120 206 3 30 256 3 90 288 3 120 Tabelle 5 Bearbeitung der Leitfragen durch die Gruppe Schlecht 219 Zeitanteile der einzelnen Karten s Abbildung 92 Nutzungsdauer der Karten durch die Gruppe Schlecht Zeitanteile in den einzelnen Kapiteln Hardware Aufgabe
209. en die berg nge von einer Aktivit t des Systems zu einer anderen davon getrennten Ein solcher bergang kann a als Folge einer festgelegten Sequenz von Aktivit ten geschehen das hei t sobald eine Aktivit t abgeschlossen wurde beginnt das System automatisch mit der n chsten b Teil einer bedingten Verzweigung sein wie bei traditionellen Flussdiagrammen h ngt es m glicherweise von dem Ergebnis der Pr fung einer Variablen ab welche der m glichen Folgeaktivit ten aufgenommen werden soll c durch ein Ereignis ausgel st worden sein in diesem Fall soll das Ereignis durch einen X markiert an den bergangsvektor gezeichnet werden Im Gegensatz zum Kollaborationsdiagramm ist beim Zustandsdiagramm in der Regel nicht ersichtlich ist von wo aus das Ereignis ausgel st wird Ebenso h ngt bei der in b be schriebenen bedingten Verzweigung die Auswahl der n chsten Aktivit t m glicherweise auch von den Parametern des Ereignisses ab Deswegen w hlt man zur Beschreibung sinnvollerweise eine erweiterte Notation bestehend aus dem Ereignis Symbol X dem Ausl ser des Ereignisses gefolgt von einem Unterstrich _ der Beschreibung des Ereignisses und den bergebenen Parametern in Klammern dahinter Beispiel f r ein Ereignis dass von einer der Benutzerschnittstellen eines Aufzugsystems an der Au enseite der Aufzugt r ausgel st wird wenn ein Benutzer den Abw rts Knopf dr ckt Benutzerschnittstellel Aufzu
210. ende Zahlensystem e intendierte Erweiterung Um einige Attribute des Modells deutlicher darzustellen werden zus tzliche hinzugef gt Um beispielsweise das Verhalten von Elektronen m Magnetfeld dazustellen wird das Aussehen der Elektronen als kleine Kugelgestalt blauer Farbgebung dargestellt Es ist jedoch kein bekanntes Originalattr but des Elektrons blau zu sein und auch nicht eine kugelige Gestalt zu haben M ller liefert dazu eine wichtige Einschr nkung Ein Modell gestattet Aussagen nur innerhalb der Untermenge von Elementen des ganzen die im Rahmen des Modell bildungsprozesses von Bedeutung waren Etwas anders formuliert Harreis Ein Modell stellt nicht die Erkenntnis des wahren Wesens z B eines physikalischen oder auch che mischen Vorgangs dar Man kann daher ein Modell in diesem Sinne nicht als richtig oder falsch bezeichnen sondern nur als mehr oder weniger leistungsf hig im Sinne einer Abbildung der Realit t auf die Modellebene Zusammenfassend muss an dieser Stelle betont werden dass beim Arbeiten mit Modellen sei es in ingenieurm igem Zusammen hang zum Finden einer optimalen Probleml sung sei es bei der Systemspezifikation eines Softwaresystems oder m didaktischen Zusammenhang beim Einsatz eines Modells zur Erkl rung eines Ph nomens e die Tatsache betont werden muss dass es sich um ein Modell handelt 8 Gr ner G didaktische Vereinfachung In Bausteine zur Berufsschuldidaktik Trier
211. enntlich gemacht F r die grafische Repr sentation einer Klasse wird in der UML das Klassendiagramm ver wendet Ein Klassendiagramm hat die Form eines in drei Segmente unterteilten Rechteckes In bersichtlicher Art und Weise wird hier der Name der Klasse oberstes Segment die Eigenschaften mittleres Segment und die Methoden der Klasse unterstes Segment pr sentiert Konstante gewicht Konstante antr ebskraft Variable geschwindigkeit Methode geschwindigkeit ndern Abbildung 25 UML Klassendiagramm Diese Klassendefinition ist sozusagen der Arbeitsvertrag den diese Klasse mit dem gesamten zu erstellenden Modell abschlie t Die Objekte der Klasse Auto verpflichten sich die m mittleren Teil genannten Eigenschaften auszuweisen und die im unteren Teil genannten Me thoden eigenverantwortlich auszuf hren Die Details dieser Ausf hrung bleibt die Sache des verantwortlichen Objektes Das genau ist das Prinzip der Objektkapselung Es wird auch als das Geheimnisprinzip der Objektorientierten Modellierung bezeichnet Auf diese Weise k nnen bei nachfolgenden Wartungsarbeiten Details der Methodenausf hrung n den Objekten ohne R ckfrage ge ndert bzw verbessert werden solange nur der Arbeitsvertrag nach au en hin erf llt bleibt In diesem Beispiel beschlie t das Programmiererteam den Zusammenhang zwischen An triebskraft Gewicht und Geschwindigkeit durch eine einfache analyti
212. enstand der Untersuchung sind wird man sich im S gnalflussplan auf das Zeichnen des Informationsflusses beschr nken Ich rate als Faz t dazu die Frage nach der Trennung der Modelle nicht dogmatisch zu entscheiden Das ideale Modell verh lt sich meiner Auffassung nach flexibel und erlaubt den Blick auf ein und das gleiche Modell mit verschiedenen Stufen der Komplexit t Im Idealfall lie en sich dann auch die verschiedenen Flussgr en einzeln oder einander berlagert m gleichen Modell darstellen wobei der Betrachter die gew nschte Ansicht zur Betrachtungs zeit wechseln k nnte Abweichung der dUML von der vollst ndigen UML Die vollst ndige UML sieht vor mehrere Klassen n einem Klassendiagramm zu zeichnen und die Bez ge der Klassen zueinander als sogenannte Assoziationen darzustellen Bei Assoziationen im Sinne der Objektorientierten Programmierung handelt es sich zum Beispiel um die Ableitung einer spezifischen Klasse von einer allgemeinen Klasse Generalisierung oder um die Aggregation mehrerer Teile zu einer neuen Klasse Die entstehenden Dia gramme die das System n erster Linie aus der Sicht des Informatikers beschreiben haben jedoch verwirrende hnlichkeit mit den ebenfalls sehr bedeutsamen Kollaborations diagrammen die die Zusammenarbeit der einzelnen Objekte eines Systems aus system theoretischer S cht beschreiben Aus diesem Grund wird an dieser Stelle geraten auf die Darstellung von Assoziationen in K
213. entierte Analyse urspr nglich f r die Modellierung einer komplett funktionsf higen Software Repr sentation geschaffen wurde ist sie den Bed rfnissen der Computerprogrammierung entsprechend in den Objektdetails wesentlich pr ziser in der Beschreibung als z B das System der allgemeinen Technologie Das Endprodukt der Objektorientierten Analyse die die Schritte 1 1 bis 1 5 umfasst st der Objektkatalog eine noch ungewichtete Sammlung aller Objekte mit ihren Eigenschaften Methoden Ereignissen und Relationen Aufgabe 1 2 Zu Objektklassen generalisieren Die Klassenbildung ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Analyse und kann bereits im Staatsmann von Plato nachvollzogen werden Streng genommen wird be der Objektorientierten Modellbildung aus jedem real beobachteten Objekt eine allgemeine Klasse generiert aus der dann z B Software Objekte abgeleitet werden k nnen Bei der Objektorien tierten Analyse wird die Bildung von Klassen an der Stelle sinnvoll an der offenbar mehrere vielleicht sogar eine Vielzahl gleichartiger Objekte zu betrachten sind Beim M lzprozess z B die Vielzahl der Malz und Gerstenk rner beim Kunst stoffsintern die einzelnen Partikel des Kunststoffpulvers bei der Filtration die einzelnen Staubteilchen Abbildung 40 Staubpartikel sind konkrete Objekte mit individuell ausgepr gten Eigenschaften die zu einer Klasse Staub generalisiert werden k nnen Der hier gezeigte Staub wird der Pr fluft ei
214. entliche Problem des Euler Algor thmus angesprochen Man hatte angenommen dass das Fahrrad durch eine von der Geschwindigkeit abh ngigen Reibung verz gert wird Und man errechnet wie sich diese am Zeitpunkt t wirkende Verz gerung m Zeitraum At auf die Geschwindigkeit auswirkt Dabei verschlie t man allerdings davor die Augen dass sich ja durch die nderung der Geschwindigkeit im Zeitraum At auch unterwegs die Reibung und damit die Verz gerung ndert Die Tangente ist also auf dem gr ten Teil des Weges zwischen t und t At gar nicht so wie es in der Startbedingung angenommen wird ndert sich die Steigung der Tangente st ndig in die gleiche Richtung wie bei Parabeln oder Exponentialfunktionen so summiert sich dieser Fehler auf Dauer in eine Richtung auf und stellt das Ergebnis der Simulation in Frage 3 1 3 2 Improved Euler Euler Cauchy Heun s Method Halbschrittverfahren Vor diesem Hintergrund entstanden die verbesserten Euler Verfahren das auch unter Halbschrittverfahren Euler Cauchy oder als Heun s Method bekannt sind Ziel aller dieser Methoden ist nicht die Steigung zum Zeitpunkt t anzusetzen sondern die Steigung abzusch tzen die im Mittelwert f r den bergang zwischen t und t At zu erwarten ist Dazu sind zwei Methoden denkbar 1 Wir ermitteln dazu wie beim einfachen Euler Verfahren zun chst eine erste grobe Sch tzung des Systemzustandes zum Zeitpunkt At Dies soll reichen um
215. enz der M dchen aus der Form der Bahn d h aus der ffnung der Parabel auf die H he der Beschleunigung zu schlie en linkes Diagramm Dies k nnte ein Hinweis darauf sein dass M dchen Diagramme und Bewegungen tendenziell eher holistisch und formwahrnehmend als detailbezogen analytisch betrachten Feldversuch Bahnform Beschleunigung Weg Zeit Beschleunigung M dchen M dchen M dchen o 1 f genannt gs O oN Cramer s V 0 19 Cramer s V 0 06 Abbildung 79 Die M dchen zeigen eine Pr ferenz aus der Form der Kurve auf die Beschleunigung zu schlie en linkes Diagramm Der Schluss vom Weg auf die Beschleunigung ist in der H ufigkeit dagegen nicht mit einem Geschlecht korreliert W rde sich dies als eine generelle Tendenz erweisen w re der Physikunterricht gezwungen bei der Arbeit mit Diagrammen st rker auf dieses Geschlechtsspezifikum einzugehen Die am h ufigsten vorgefundene und st rker analytische Wahrnehmung aus dem Diagramm den von den H hnern zur ckgelegten Weg zu ermitteln und zu vergleichen entsprechend l l l i s 5 wird von beiden Geschlechtern gleich h ufig beschritten rechtes Diagramm Insgesamt ist die Vielfalt und die absolute Anzahl physikalisch gehaltvoller Antworten die die Versuchsgruppen geliefert haben gr er als bei den Vergleichsgruppen 5 3 4 6 2 Hypothesenformulierung Vor dem Gespr ch mit den Sch lern bleibt es eine Vermutun
216. er Endlosschleife heraus kann eine Benutzereingabe z B ein Klick auf eine eingef gte Schaltfl che ein Sprung zu einem anderen Teil der vorge gebenen Sequenz veranlassen Das Endprodukt ist eine Sammlung linearen Filmsequenzen die vom Benutzer interaktiv in variabler Reihenfolge abgerufen werden kann also eine Mischung aus Film und interaktiver Software 121 Authoring mit Hilfe von Programmiersprachen FahrPhysik1 Microsoft Yisual Basic Entwerfen Datei Bearbeiten Ansicht Projekt Format Debuggen Ausf hren Abfrage Diagramm Extras Add Ins Fenster 88 2sot eerAl gt vr BFASLPIR zus x Projekt FahrPhysik1 Allgemein k Tal ra FahrPhysik1 frmMain Code FahrPhysik1 FahrPhysik1 vbp 9 cFahrzeug cFahrzeug cls A fabi tAngemein Dekiarationen ER IRAI CPKW cPKW cls H E brtion Explicit n E cProzent cProzent cls M e Dim colFahrzeuge As New Collection s r ER Public Function addVehicel newVehicel As cFahrzeug KIR colFahrzeuge Add newyehicel Eigenschaften frm ain End Function EREERE frmMain Form r Public Function removeYyehicel Index As Integer o lt HUTI Alphabetisch Nach Kategorien colFahrzeuge Remowe Index ee uhr frmMain End Function 2 ea Je Fa S E NTE O ar 1 2 3D a Sl False 7 ma Private Sub sldBremsen Click gt E Fer E amp H8000000F8 EER Dim aktuellesFahrzeug s cFahrzeug ee 2 nderbar iia Ej Dim prozValue As New
217. er Erregermaschine unterhalb der maximalen 8 5V Eingangsspannung bleibt Abbildung 83 Typischer Sch leraufbau Auf dem Bildschirm bereits die von der Gruppe Schlecht entwickelte Steuerungssoftware Da es sich in beiden F llen um einfache Gleichstromgeneratoren handelt ist der funktionelle Zusammenhang der gleiche Didaktische Bedenken bestehen gegen diese Vorgehensweise der Sch ler daher nicht Ausschlaggebend f r die Entscheidung diese Idee der Sch ler zu unterst tzen sind die fol genden von den Sch lern gemachten Beobachtungen e Die Tachospannung am Ausgang der Erregermaschine betr gt bei gleicher Drehzahl etwa das 4 fache der Spannung am Tachogenerator e Die Aufl sung ist bei der Drehzahlmessung ber die Erregermaschine wesentlich besser Bei der Drehzahlmessung ber den Tachogenerator werden bei den meisten Motor Generator S tzen periodische Schwankungen der Tachospannung bei gleichbleibender Drehzahl des Generators auff llig Diese lassen sich eventuell durch verschlissene Schleifkohlen erkl ren Bei der Drehzahlmessung ber die Erregermaschine fehlen diese Schwankungen das Signal erscheint bei Auftragung ber der Zeit stabil Probleme k nnen be einer sp teren Nutzung der Drehzahlregelung f r einen Generatorpr f stand dann entstehen wenn mit Eigenerregung gefahren wird Der Ausgang der Erreger maschine wird sich dann kaum noch als Messgeber eignen weil die wechselnde Impedanz des mit angeschlo
218. er eingepr gte SMPTE Zeitcode der Aufnahme erhalten so dass auch nach mehrfacher bertragung und Wechsel des Tr germediums keine Verzerrungen des zeitlichen Ablaufes eintreten k nnen Die Erfassung und bertragung auf PC dient in diesem Projekt nur der besseren Archivierung und der besseren Pr sentation die verwendete Kamera konnte nach der Aufnahme wieder an ders genutzt werden In der Software Adobe Premiere wird der SMPTE Zeitcode unterhalb des Monitorfensters eingeblendet in der Abbildung mit einem Pfeil markiert Mit Hilfe einer Videoprojektion durch einen Datenprojektor wurde diese Funktion zur Auswertung des Experimentes mit den Sch lern genutzt 179 3 Adobe Premiere Datei Bearbeiten Projekt Clip Fenster Hilfe berblendungen Befehle B B S o EE e E E a es lee e E ES E Additive Blende Auffalten Aufl ser Aufrallen Mitte Ausschwinger Beliebig invertierer Beliebig wis cher Beliebige Bl cke Bewegung Eildnaske B nder Schieben B nder ischen Dehrer Dehnen amp Stauchen Direkt Dreher 75 Obj Havigator Informationen 00 00 12 09 ZE si FI adese WI FESRAIEN 02 Die Aufzeichnung des fallenden Balles Kreis in der Videoschnitt Abbildung 69 der SMPTE Zeitcode des Einzelbildes Software Pfeil Zur quantitativen Auswertung des aufgezeichneten Versuches wurde die grafische Oberfl che des Softwaremodells vom Lehrer modifiziert 180 Abbildung 70
219. erdings je nachdem wie gro der Funktionswert f t an dieser Stelle gerade st Punkte Aber den kann der Computer ja einfach durch Ein setzen ausrechnen Wenn man einen Integralregler program mieren will ist das Einsetzen noch nicht einmal n tig Denn die Kurve wird dann Sicht von irgendeiner Funktion sondern von den Messwerten des A D Wandlers bestimmt Es reicht also wenn das Programm in regelm igen zeitlichen Abst nden dt einen Messwert vom A D Wandler erfasst Das kann man zum Beispiel von einem Timer Control erledigen lassen dass auf ein Intervall der L nge dt eingestellt ist Die Breite des Rechteckes auf der t Achse ist dann eben dt die H he wird durch den Messwert vorgegeben Normalerweise addiert man anschlie end alle errechneten Fl chen zusammen Bei einem I Regler will man aber st ndig auf dem laufenden sein wie gro die Fl che der Kurve gerade ist Am besten deklariert man dazu eine Variable nennen wir sie mal I und addiert das Ergebnis der jeweils letzten Rechnung immer wieder zu dieser Variablen dazu so dass sie praktisch st ndig mitw chst Das geht bei Visual Basic mit der f r einen Mathematiklehrer v llig illegal aussehenden Zuweisung I I neuer Wert Was f r I herauskommt ist schon fast der Stellwert des I Reglers Probier es einfach mal aus Zeichne dazu zun chst ein Flussdiagramm das den n diesem Text beschriebenen Ablauf wiedergibt 282 5 4 8 Reflexion des Einsat
220. errichtsverlauf abgeh ngt wurde Es brachte aber mit sich dass sich die Sch ler selbst in die Rollen des Belehrenden bzw des Belehrten einordnen mussten Vergleichbares konnten die Sch ler der Vergleichsgruppen nicht wahrnehmen Dies wird auch noch durch das Medienkonzept der Schule unterst tzt werden hier n mlich Computer eingesetzt so wird die Rolle der Informationsquelle hier vom Computer und nicht von einem 200 Mitsch ler eingenommen was m starken Gegensatz zum Einsatz von Computern zur Objektorientierten Modellierung eher f r Angleichung innerhalb der Sch lergruppe sorgt Der Sch ler muss nun wenn er sich im Frageteil 2 f r die Auswahl der Medien der zuk nf tigen Unterrichtsreihe implizit damit f r das zuk nftige Vorgehen entscheidet seine eigene Rolle in dieser Unterrichtsreihe antizipieren Die M dchen der Versuchsgruppe urteilten hier aufgrund der im Zusammenhang mit Frageteil 1 diskutierten Problemlage vorsichtiger Und doch u ern s ch auch die M dchen der Versuchsgruppe eindeutig positiv zur Nutzung von Computern obwohl sie nun ber das genannte Problembewusstsein und die entsprechend differenzierte Wahrnehmung verf gen Dies w re wahrscheinlich ohne das eingef hrte Tuto rensystem und ohne die sorgf ltiger Beobachtung dieser Gruppe nicht geschehen Eine Beob achtung ber einen l ngeren Zeitraum als den zur Verf gung stehenden k nnte kl ren ob das Selbstbewusstsein der jungen M d
221. ersehen Feld Abh ngige Programmierer dagegen lassen sich in starkem Ma e vom Problemfeld beeindrucken sie denken sich in das Problem hinein und bernehmen die Struktur des Problemfeldes in ihr eigenes Problemhandeln Eine Reihe von Studien beobachteten ob Sch ler bei der L sung von Problemen mit Hilfe der Programmiersprache LOGO beginnen einen h heren Grad an Abh ngigkeit zum gegebenen Problemfeld oder genereller eine st rkere Tendenz zur Unabh ngigkeit von Problemfeldern entwickeln Mehr oder weniger deutlich stellte sich heraus dass Erfahrungen im Um gang mit LOGO zu einem h heren Grad an Unabh ngigkeit von Problemfeldern f hrt Impulsivit t gegen ber Reflektivit t Bei Untersuchungen zur Auspr gung einer Pers nlichkeit innerhalb dieses Gegensatzpaares wird unterschieden wie die Personen in Situationen mit zahlreichen Handlungsalternativen vorgehen W hrend impulsive Menschen dazu neigen sich schnell f r eine naheliegende Handlungsalternative zu entscheiden und die damit verbundene Handlung unverz glich durchf hren verwenden reflektive Menschen einen erh hten Ze tanteil damit die Konse quenzen der verschiedenen Handlungsalternativen zu durchdenken und abzuw gen Die F higkeit Konsequenzen einer ant z pierten Handlung abzusch tzen und so zur Grundlage e1 gener Planung zu machen ist aber eng mit der inneren Modellbildung verkn pft Die verschiedenen Studien 135 136 zeigen seh
222. erte Modellierung zur Verf gung der ber d e Aufgabenstellungen des Software Engineering hinaus auf andere Fachdisziplinen bertragbar sein kann In der OOM sind die Funktionen als Bestandteil der Methoden den Objekten fest zugeordnet in der Systemdynamik sind die Funktionen Auspr gungen der Relationen zwischen den Objekten In der OOM werden die Relationen zwischen den Objekten lediglich als Nachrich ten also als Ein und Ausgangsgr e der Objekte verstanden auf die die Objekte geeignet reagieren bzw deren Wert von den Objekten festgelegt w rd Ver nderungen einer Nachricht auf dem Weg zwischen zwei Objekten geschehen nicht Beiden Ans tzen gemeinsam ist dass den Objekten spezifische Eigenschaften zugeordnet s nd Grady Booch nennt zahlreiche Vorteile aus der Sicht der Informatik die f r eine Ob jektorientierte Programmierweise sprechen Die objektorientierte Zerlegung schafft durch 8 Mellor 1991 Booch 1994 Seite 34 75 die Wiederverwendung gemeinsamer Mechanismen kleinere Systeme wodurch erhebliche Einsparungen bez glich der verwendeten Ausdrucksmittel erzielt werden Objektorientierte Systeme s nd au erdem leichter zu ndern und k nnen dadurch einfacher weiterentwickelt werden da ihr Design auf stabilen Zwischenformen beruht Tats chlich reduziert die objekt orientierte Zerlegung das Risiko bei der Erstellung komplexer Software Systeme erheblich weil diese dahingehend entworfen werden dass s e sich inkr
223. erung der Informationsinhalte k nnen die be der Analyse erstellten UML Diagramme wieder von Nutzen sein Strukturierung kann in diesem Fall bedeuten e den Zusammenhang der Objekte innerhalb der Struktur des Informationssystems zu beschreiben dabei kann es sich z B um die Festlegung einer Link Struktur handeln Im Projekt Komponentenorientierte Lernsoftwareentwicklung f r die Lehreraus bildung Physik und Technik ist die endg ltige Benutzeroberfl che eine Sitemap die den Zusammenhang der einzelnen Komponenten in Form eines Petrinetzes beschreibt Das Petrinetz wiederum ist mit Hilfe der UML modelliert worden abschnitte kurz darstellt und im Idealfall eine pr zise und gut durchdachte zeitliche Abfolge des geplanten Unterrichtes ist 13 Field S et al Drehbuchschreiben f r Fernsehen und Film In La Roche W von Reihe List Journalistische Praxis M nchen List Verlag 7 Auflage 2000 107 e die lineare Abfolge des Auftauchens der Objekte in einem Videofilm zu beschreiben also den roten Faden Wie in Abschnitt 2 3 1 erw hnt wurde kann auch hier die UML wertvolle Strukturierungshilfe leisten Dies soll m folgenden mit Hilfe einiger Diagramme gezeigt werden Strukturierung mit Hilfe des Kollaborationsdiagramms Kollaborationsdiagramme zeigen die einzelnen Klassen des Systems mit ihren Eigenschaften und Methoden und die Art und Weise wie sie zusammenarbeiten kollaborieren um zur Erf llung des Systemziels
224. erungs Programmes ber den TCP IP Stack wird dem benachbarten Rechner semeldet wenn das Auto den Ampelbereich verl sst Mit mehreren Rechnern in einer linearen Kette wurde eine zyklische Randbedingung hergestellt die eine einfache Verkehrssimulation inclusive gr ner Welle erm glicht US Der Window Socket bergibt bei Auftreten eines Fehlers der aufrufenden Methode einen Fehlercode der detaillierte Angaben ber die Art des Fehlers enth lt 288 5 6 F nfter Teil Vorschlag zum Einsatz Objektorientierter Modellierung f r eine Unterrichtsreihe zur Systemanalyse menschlichen Handelns in der Sozialwissenschaft oder zur Operations Research in der Wirtschaftswissenschaft 5 6 1 Operations Research Begriff und Herkunft Operations Research OR ist prim r ein Kind des zweiten Weltkrieges Von den alliierten Truppen wurde Operations Research dort unter anderem eingesetzt e Zur Ermittlung der optimalen Gr e f r N Geleitz ge aus n Schiffen der zur Sicherung gegen U Boote von m Zerst rern begleitet werden musste Feste Randbedingungen sind die Anzahl M der insgesamt in der Flotte zur Verf gung stehenden Zerst rer und die gesch tzte Anzahl X der auf See befindlichen deutschen U Boote deren genaue Position jedoch unbekannt ist e zur systematischen Analyse der deutschen Luftangriffe auf England mit dem Ziel der Optimierung der E nsatzgruppengr e bei den amerikanischen und englischen Luftangriffen auf Deutschlan
225. es thermischen Wasser Dampf Software Kraftwerkes Mit interaktiven Para schnittstelle wird in einer Animation dargestellt W rmekraftmaschinen Interaktiv mit Ein interaktives Diagramm das Software verschiedene Zeitabh ngige Parameter schnittstelle einer W rmekraftmaschine Druck Kammervolumen in Abh ngigkeit von verschiedenen interaktiv variierbaren Parametern Hubraum Energiefluss darstellt Animationen zur Nicht interaktiv Gibt die Funktionsweise Raum und Funktionsweise von im Zeitverhalten einer W rmekraft W rmekraftmaschinen maschine durch eine computergene rierte perspektivische Darstellung wieder W rmeleitung k Wert Interaktiv mit Beschreibt den Mechanismus der Software W rmeleitung den bergangs schnittstelle widerstand zwischen verschiedenen Medien und leitet den W rmedurch gangskoeffizienten k her Schwarzer Strahler Interaktiv mit Beschreibt die temperaturabh ngige Software Strahlung ideal und nicht ideal schnittstelle schwarzer K rper in einem interaktiven Diagramm Dokumentation zum Nicht interaktiv Beschreibt die temperaturabh ngige schwarzen Strahler Strahlung stellt lebensweltliche Zusammenh nge dar und beschreibt die historischen Zusammenh nge W rmekraftmaschine Interaktiv ActiveX Eine interaktive Animation die zeigt K ltemaschine dass durch kleine Anderungen eine W rmekraftmaschine dazu gebracht werden kann als K ltemaschine bzw W rmep
226. es trat bei der Vergleichsgruppe nur marginal auf Statt dessen antworteten 45 der Jungen und noch 18 der M dchen in der Vergleichsgruppe in der Form Beschleunigung ist 0 auf 100 in X Sekun den Die Wahl der Einheiten deutet darauf hin dass dies eine lebensweltliche Assoziation ist die schon vor dem Physikunterricht manifestiert war 213 5 3 4 3 3 Auswertung Frage 2c Vergleich der Begriffe Geschwindigkeit und Beschleu nigung H ufung Laboreruppe auf 100 normiert M dchen Jungen E So Synonyme ol ZI wel I I Z Z Z i gi cd T T m Z i rn co LT 5 5 5 m i El amp al mi amp 8 Ti 2 i 3 T T z T 2 3 Z O T T oO ar u a S Ti S D Tm T Eu mT FI m Tj ol S T pI T m i J PJ am mm Z fa T T ai Mi r a on Cu D Ti Z ar m T s Si al amp al E ai E Z m T T m u wi u m O T m eu or IO Ei DL 2 fm T T m gt Z 3 T gt i in 2 CL m di gt T mg T D r m5 Ti T T pi E H ufung Vergleichsgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen De EERTE B2 a4 36 363 Synonyme Are 3 0303 ol ZI wel I I Z Z Z ct i cd 3 T T m Z i J pm LT 5 5 Fr i El amp E al mi zi amp 8 T mi T T T 2 3 Z O T T oO ar u a S j Tr ti 5 D Tm T Lu Cu FI m a Tj ol S T pI T m m J PJ
227. eschreiben die im System auftreten und von Objekten verarbeitet werden In vielen technischen Systemen und naturwissenschaftlichen Prozessen kann es zum Auftreten von Ereignissen kommen die den gesamten Systemzustand oder das Verhalten ein zelner Objekte dramatisch ndern Dies k nnen normale Benutzereingaben sein wie zum Beli spiel das Drehen eines Z ndschl ssels oder m System selbst ausgel ste Eigenschaften wie zum Beispiel eine Temperaturwarnung die dazu f hrt dass das System automatisch in einen Notlaufbetrieb bergeht Bei der Objektorientierten Modellbildung ist jede Form aktiven Verhaltens also auch die Reaktion auf ein Ereignis an mindestens ein definiertes Objekt gebunden Das Gesamtsystem wechselt also nicht abstrakt formuliert in einen anderen Zustand vielmehr ist ein oder sind mehrere konkrete Objekte zu identifizieren die auf das Eintreten des beschriebenen Ereig nisses warten und auf das Eintreten des Ereignisses mit der Ausf hrung einer bestimmten und vordefinierten Methode reagieren Das hei t zus tzlich zu den Eigenschaften und Methoden wollen wir den Objekten auch die Ereignisse fest zuordnen auf die sie zu reagieren haben Dies ist in der klassischen Objekt orientierten Programmierung aus der Informatik in dieser Form nicht enthalten und zwar mit 101 dem Hintergrund dass ein Ereignis im Gegensatz zu einer Eigenschaft nicht genau einem und nur einem Objekt fest zuzuordnen ist Es macht aber in Anb
228. esen wird bestand offensichtlich eine Hemmschwelle seitens der Sch ler der Gruppen Platoon und Schlecht den bergang von der gef hrten Lernumgebung in die komplexe Programmi erumgebung von Visual Basic zu vollziehen Die Gruppe Elite war zu diesem Zeitpunkt allerdings schon in die Programmierung vertieft In der Zugriffstatistik erkennt man zu diesem Zeitpunkt bei den anderen Gruppen die von mir so bezeichneten Seekstrings mit denen die Gruppen hektisch in der Reihenfolge der Karten das Informationsangebot nach Hilfe absuchen zum Beispiel Pfeil Nr 5 bei der Gruppe Platoon Die weiteren Hinweise beziehen sich aber durchweg auf die Visual Basic Pro grammierumgebung und machen nur in Zusammenhang mit dieser Sinn 14 Unstimmigkeiten betrafen vor allem die Form des Graphen im nicht stetig differenzierbaren Bereich zum Zeitpunkt des St rsprunges 265 Ich entschloss mich einzugreifen Ich stellte in einer Ansprache unmissverst ndlich klar dass nun mit der Programmierung begonnen werden muss Ich wies darauf hin dass ein Leistungs kurs ber ein bestimmtes Anspruchsniveau verf gt dem die Sch ler sich nun stellen m ssten Dieses Anspruchsniveau w rde sich im allgemeinen im Grad der Mathematisierung mani festieren Im vorliegenden Fall h tten sie die M glichkeit diese Mathematisierung mit Hilfe des Computers zu bew ltigen und diese M glichkeit sollten sie nun nutzen Wesentlich wichtiger war allerdi
229. esondere nicht ob die von Quellcode 3 be wirkte Bewegung wesentlich nat rlicher ist 173 Selbst unter der Annahme Quellcode 3 enthielte die korrekte Methode zur Darstellung der nat rlichen Bewegung muss der Wert noch bestimmt werden um den s ch d e Geschwin digkeit des n der y Richtung des Bildschirm bewegenden Bildes pro Zeittakt erh ht werden soll 5 3 2 3 Abgleich des Software Modells mit der Realit t durch physikalische Experimente Der Wert 9 um den im Beispiel iteriert wird wurde den Sch lern gegen ber neutral als der Parameter bezeichnet Tats chlich verbirgt s ch dahinter eine Beschleunigung der Bewegung des Gegenstandes ber den Bildschirm Im Falle einer in y Richtung des Bildschirmes wir kenden Bewegung kann man davon sprechen das der Parameter die Fallbeschleunigung des Software Objektes im virtuellen Raum der Software Simulation darstellt In einem Unterrichtsgespr ch mit den Sch lern war schnell allgemeiner Konsens dass die Be stimmung des Parameters in Form einer Frage an die Natur geschehen soll Die Antwort auf diese Frage wurde als notwendig verstanden um eine m glichst gute Abbildung der Realit t im Software Modell zu erreichen Die Bestimmung des Parameters wurde nun der Sch ler gruppe zur Aufgabe gemacht Um alle Sch ler zu beteiligen und f r die Untersuchung m glichst genau die in der Gruppe vorhandenen Probleml sungsstrategien erfassen zu k nnen wurde ein Arbeitsblatt erste
230. essenen Visualisierung von Abstraktionen und genau dies sollte zur Schwerpunktanwendung gemacht werden Dabei ist es kein Nachteil wenn die Abstraktion durch die Verwendung von Primitiven bei der Modellierung und die Wahl einfacher Texturen und Farbgebungen als solche kenntlich gemacht wird Der Realfilm ist in Verbindung mit der CGI sehr gut geeignet um die Bez ge der abstrakt dargestellten Objekte zu den m realen technischen System vorhandenen zu hrer Einbaulage und ihrer realen Erscheinung zu verdeutlichen Auf diese Weise kann dem Betrachter durch das geschickte Wechselspiel zwischen abstrakter CGI und realer Darstellung der Zusammenhang zwischen Grundprinzip und technischer Realisierung vermittelt werden 105 Aufgabe 2 2 Casting Auswahl der in den Komponenten tats chlich darzustellenden Objekten Eigenschaften und Methoden Die bisher dargestellten Vorarbeiten dienten dazu sicherzustellen dass die Projektgruppe f r den nun anstehenden Entscheidungsprozess ber alle notwendigen Informationen verf gt In der nun folgenden Sitzung wird systematisch f r jedes einzelne Objekt des in den Schritten 1 1 bis 1 5 erstellten Objektkataloges entschieden e ob es insgesamt Teil der Darstellung wird oder nicht e welche seiner Eigenschaften visualisiert werden sollen und welche in diesem Zusammenhang keine Bedeutung haben e welche seiner Methoden im Einsatz gezeigt werden e ob die Reaktion des Objektes auf bestimmte Ereignisse gezei
231. essourcen und unter Einbeziehung konkreter wirtschaftlicher und technischer Rahmenbedingungen vonstatten geht Realisiert wird Technik in Form technischer Gegenst nde und Verfahren Dabei kann Technik gegliedert werden 1n e Die gegenst ndliche Technik technische Gegenst nde w e Werkzeuge Maschinen Ger te Fahrzeuge e Die prozessurale Technik technische Verfahren w e Gie en Pressen S gen Schwei en Klass eren Destillieren Hierbei sind technische Gegenst nde jeweils das Ergebnis technischer Verfahren zu deren Durchf hrung wiederum technische Gegenst nde erforderlich sind Technisches Denken und Handeln l sst sich nicht gegen die Gesetze der Natur entwickeln es versucht v elmehr d e Natur n den Dienst des Menschen zu stellen Dabe bilden Stoffe Steine Erze Wasser Energie Wasserenergie Windenergie chemisch gebundene Energie Kernenergie und Informationen vor allem auch in der Form erkennbarer Naturgesetze die Grundlage f r das Technikschaffen des Menschen 3 2 2 Die Allgemeine Technologie Die Bezeichnung allgemeine Technologie wird in der technikdidaktischen Diskussion in der Regel auf einen Vorschlag von Johann Beckmann zur ckgef hrt der in seinem 1806 ver ffentlichten Werk die Arbeitsabl ufe bei K nstlern und Handwerkern nach Einzelfunktionen klassierte Beckmann versprach sich dadurch vor allem Synergieeffekte da ihm bewusst war dass K nstler und Handwerker
232. etont sind diese Gesetzm igkeiten in der Physik vor allem mathematischer Art Auch die Richtlinien der gymnasialen Oberstufe f r das Fach Physik z hlen das Erschlie en Modellieren und Pr zisieren von Modellvorstellungen an mehreren Stellen zu den Aufgaben und Zielen des Faches Physik und zu wichtigen Bestandteilen der Arbeit mit den Sch lern Bethge und Schecker sprechen unter Verweis auf Arbeiten von Duit und Macdonald von einer aktuell zu verzeichnenden berfrachtung des Physikunterrichtes mit mathematischen Formalismen und propagieren einen wesentlich st rkeren Einsatz von strukturorientierten Modellbildungssystemen Der Prozess der Bildung eines Modells in der Physik wird von Goldkuhle unter Verweis auf H Hertz folgenderma en dargestellt Wir versuchen Folgezust nde n der realen Umwelt vorauszusagen indem wir l vom jetzigen Zustand der Real t t ausgehen 2 die uns relevant erscheinenden Gr en identifizieren 3 sie und ihre Zusammenh nge vereinfacht in sprachlicher grafischer oder formaler Darstellung ausdr cken 4 und mit Hilfe dieses praktikablen Konstruktes innerhalb der jetzt erreichten Modell ebene Prognosen Vorausberechnungen machen Der Prozess der Modellerstellung verl uft demnach grunds tzlich induktiv der umgekehrte Prozess einen Formalismus ohne vorhergehende Beobachtung der Realit t aufzustellen Vorg nge daraus abzuleiten und dann aktiv nach Erscheinungsformen dieser Vorg nge
233. etracht der gestellten Aufgabe Sinn den betroffenen Objekten die Ereignisse zuzuordnen auf die sie reagieren k nnen Tats chlich m ssen bei der Objektorientierten Programmierung in den einzelnen Klassen die Ereignis Behandlungsroutinen Event Handler von vorne herein vorgesehen werden genauso wie die Subsysteme eines technischen Systems ber Sensoren oder Eing nge verf gen mit denen sie auf allgemeine Systemereignisse reagieren k nnen Not aus Schalter im Physik raum Notbremsanlage in der Eisenbahn IRQ und Resetleitung in einem Computersystem Aufgabe 1 5 Abnahme des Systemmodells durch Experten Mit den weiteren Entwicklungsschritten kann erst begonnen werden wenn s ch Analysten und Dom nenexperte darauf geeinigt haben dass e der Prozess hinreichend genau beschrieben worden ist e die Grenze des Gesamtsystems zu seiner Umwelt an der richtigen Stelle gezogen worden ist e die Abh ngigkeiten das Zeitverhalten und die Flussrichtungen von Stoff Energie und Information richtig beschrieben worden sind e die Objekte richtig benannt und ihre Eigenschaften und Methoden richtig zugeordnet worden sind Abschnitt 2 Mediendidaktische Konzeption Die folgenden Arbeitsschritte enthalten vor allem didaktische Aufgabenstellung hier muss der Experte zun chst n cht zu Rate gezogen werden Aufgabe 2 1 1 Informationen ber die Zielgruppe und Lernziele einholen oder antizipieren Diese wichtige Frage richtet sich vor allem an
234. ew hrleistet wird sondern nur noch durch eine computergest tzte Fluglage regelung Insbesondere moderne Milit rflugzeuge wie der Eurofighter gelten als aero dynamisch so instabil und damit aber auch wendig dass sie alleine vom Piloten nicht mehr beherrscht werden k nnen Hier muss die beschr nkte Reaktionszeit des Menschen mass v durch die hohe Informationsverarbeitungskapaz t t moderner Computer unterst tzt werden Deren steigende Leistungsf higkeit und moderne numerische Verfahren machen auch kom plexe Systeme mit n chtlinearem Verhalten beherrschbar Der Wegfall der Fl chen zur aero dynamischen Stabilisierung senkt Gewicht und Treibstoffverbrauch n so hohem Ma e dass alleine aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus sich diese Technologie bald auch in der Z villuftfahrt durchsetzen wird Somit ist die Regelungstechnik ein aktuelles Beispiel daf r wie sich mit modernen Systemen der Informationsverarbeitung traditionelle technische und physikalische Grenzen berwinden oder zumindest immer weiter hinausschieben lassen 5 4 2 Evaluation zur Verbesserung des Lernverhaltens Ein wesentliches Merkmal des selbstgesteuerten Lernens ist dass der Lernprozess nicht mehr vom Lehrer sondern vom Lernenden selbst organisiert w rd W hrend der Nutzen dieses Konzeptes in der Erwachsenenbildung unumstritten ist m ssen im allgemeinbildenden Unterricht einige Probleme gel st werden Schulkinder verf gen m allgemeinen
235. fahren haben Laborversuch A als formelm iger Zusammenhang R Q on ww K Q o m Cramer s V 0 29 Cramer s V 0 18 Abbildung 73 Im Laborversuch waren es vor allem die M dchen die durch Angabe formelm iger Zusammenh nge positiv auffielen linkes Diagramm Computerbesitzer waren hier nicht im Vorteil rechtes Diagramm Mit einem Cramer s V Test wurde untersucht ob sich die Gruppe der Computerbesitzer durch eine erh hte H ufigkeit der Nennung des formelm igen Zusammenhangs ausweist oder mit anderen Worten ob das Fehlen der Zugriffsm glichkeit auf einen eigenen PC sich an dieser Stelle als nachteilig erweist Dies best tigte sich nicht w hrend in der Feldversuchs gruppe der Zusammenhang mit Cramer s V 0 1 v llig marginal ausgepr gt war weist der Zusammenhang in der Laborgruppe sogar in die entgegengesetzte Richtung Allerdings macht ein Blick in die Grafik die Korrelation von Cramer s V 0 18 sofort als Rundungsgewinn deutlich aus den Randverteilungen errechnet sich eine erwartete H ufung von 0 4 Computer besitzern die einen Formelzusammenhang f r a nennen sollten Dies ist nat rlich nicht m glich da die H ufung nur reale Werte annehmen kann Bedingt durch den Fallversuch aus dem Geb udefenster als zentrale Methode zur Untersuchung der beschleunigten Bewegung assoziieren 25 der Laborgruppe und noch 14 der Feldversuchsgruppe Beschleunigung mit dem freien Fall Di
236. fgabe der Wissensvermittlung entlastet hat der Beobachtung der einzelnen Gruppen widmen konnte Damit war es mir in der Phase Vermittlung notwendiger Grundlagen der Elektrotechnik leicht m glich Sabines Lernblockade durch ihr Verhalten wahrzunehmen und ich konnte mir die Zeit nehmen sie durch ein kurzes Gespr ch gezielt zu unterst tzen Als negativ habe ich es empfunden dass es mir diese Form des selbstgesteuerten Lernens erschwert noch w hrend der Unterrichtszeit gezielte Betonung auf einzelne Punkte des Lern stoffes zu setzten Ich habe es mir punktuell gew nscht dass ich die vektorielle Berechnung der Lorentzkraft doch etwas auff lliger untergebracht h tte da diese Passage des begleitenden Textes w e erw hnt kaum wahrgenommen wurde Diese Betonung h tte aber unbedingt schon bei der Gestaltung des Informationsangebotes erfolgen m ssen Bei frontalem Unter richt kann ich leicht w hrend meiner Ausf hrung besonders auf Punkte hinweisen die mir in gerade diesem Moment wichtig erscheinen Einen Videofilm kann ich anhalten zur ckspulen und auf bestimmte Passagen besonders Hinweisen wenn sie mir gerade auffallen Bei einem Arbeits oder Informationsblatt dass allen in einheitlicher Form vorliegt kann ich ebenfalls leicht auf Textpassagen verweisen Um das gleiche m vorliegenden Fall zu erreichen h tte ch l Das selbstgesteuerte Lernen aller Gruppen unterbrechen m ssen 2 Den Gruppen auf komplizierte Weise beschr
237. funkger t gekauft blaue K stchen Ihr Bedarf ist gedeckt 0 DM ihr Konto entsprechend leer Die brigen 22 Sch ler haben gar nicht zu sparen begonnen und werden im Verlauf dieser Simulation auch nicht kaufen denn ihr Bedarf der Preis den sie zu zahlen bereit sind liegt unterhalb des von der Firma vorgesehenen Marktpreises Die Firma ist also gezwungen den Preis zu senken wenn sie weitere K ufergruppen erschlie en will 294 w Markt fur Hand es Datei Einstellungen N re 44 2004 Preis in DM 580 Produktionsmonat 46 Lagerbestand 106 Verkaufszahlen 29 Abbildung 100 Der Simulationsverlauf nach Einf hrung des Sozialneid Parameters Be der Anwendung des Parameters w rd von folgender Annahme ausgegangen Kauft ein Sch ler der Gruppe ein Ger t wird dies von seinen Mitsch lern wahrgenommen Dies erh ht bei den Mitsch lern die Begehrlichkeit des Ger tes sie w hren jetzt eher bereit auch ein solches Ger t zu beschaffen Der Bedarf der Sch ler ausgedr ckt in der Einheit DM steigt in irgendeiner Form In oben gezeigten S mulationslauf wurde als einfachster Ansatz der Bedarf jedes einzelnen Sch lers um einen festen Beitrag erh ht Ab einer bestimmten H he des einstellbaren Betra ges werden nach mehr oder weniger langer Zeit dies h ngt von der H he des Betrages ab alle Sch ler erreicht Der simulierte Neid bzw das Gef hl eine Entwicklung zu verpassen sorgt ab einem
238. g Zun chst wird n beiden Gruppen mit einem standardisierten Fragebogen eine explorative Datenerhebung unternommen Ziel ist die Pr fung einer Reihe von Indikatoren Motivations Indikatoren Bereitschaft der Lerngruppe physikalische Ph nomene im Alltag mit naturwissenschaft lichen Herangehensweisen zu hinterfragen Bereitschaft der Lerngruppe mit Computern umzugehen Bereitschaft der Lerngruppe systematische Probleml sungswege zu verfolgen Bereitschaft der Lerngruppe sich durch naturwissenschaftliche Fachliteratur zu infor mieren Verst ndnis Indikatoren K nnen die Begriffe Geschwindigkeit und Beschleunigung korrekt wiedergegeben und trennscharf voneinander abgegrenzt werden Welche Werkzeuge zur L sung eines aff nen Problems sind bekannt welche werden bevorzugt Die Ergebnisse der Erhebung werden m glichst schnell einer Sichtung unterzogen Dabei werden die Ergebnisse der Probandengruppe mit dem Ergebnissen der zwei Vergleichsgrup pen verglichen 188 Zweite Stufe Gruppeninterview Dies dient als Grundlage zur Planung der zweiten Stufe des Gruppeninterviews das in der Folgewoche mit den beteiligten Sch lern durchgef hrt wird Diese werden zu hren Aussagen befragt und es werden mit diesen zusammen m gliche Begr ndungen gesucht Dritte Stufe Feldversuch Nachdem auf diese Weise charakter stische Effekte des Unterrichts mit der Methode der objektorientierten Modellbildung explorativ erho
239. g der waagerechte Wurf uuussssssssssssssssesssenensnessneneeeeeeeeneeennn 169 5 3 2 7 Parametervariation mit dem Software Modell 222222224400Hnneenenessnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenennnennnnnnn 170 5 3 2 8 Abgleich des Software Modells mit der Realit t durch physikalische Experimente 174 JoL Durchluhrune des Versuches ee E E E 178 3 3 2210 Auswertung des Yersuchesazue see ee 179 5 3 3 Planung der begleitenden Untersuchuna u AR ua 186 Il DIalistische MaN asine eae e a e enn IE Vereine 187 5 392 Planume des orpchenssin ae tele ae else ee 188 3 3 4 Durchf hrung der begleitenden Untersuchung essssssssesssesseeeeeeenenneennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 189 5 3 4 1 Frage 1 Akzeptanz kurzfristig des erlebten Unterrichtes und seiner Inhalte 190 TIAA AEE O nee en een seele 191 9 9 4 1 2 Eremis e Nur La borp rupp E sina a a einen 192 33A A3 ID DOINESER ormu erno osiyo e i i eE Esi 193 3 3 2214 UPON OES PrO aen E E NO 193 DIL B EE A el ee ee EE AET a ee A EAT A SA ee el 194 3 94 1 0 Peldvers chnanss sine E E einen eninieie a E en 195 3 3 42 Frage 65 Akzeplanzder verwendeten Medien 2a as ae 196 3 4 21 E roe S eT TAD C OO a a T ee E e aneen 197 Iade 2 Hypothesen ormul einen ee ee ee 199 39 4 229 GOTU TEED AC an en ee ee einlegen 199 929 452 4 INIErDFeIOll On nassen seen ee 200 3 3 4 2 EIGEDNISSEFrPABE0D nee E EE NE E T
240. g ob die Sch ler die die Flug bahn des K rpers mit dem beschriebenen Parameter in Verbindung bringen damit auch die Verbindung zur physikalischen Realit t eingesehen haben Wir unterstellen dass den Sch lern nach Ablauf der Unterrichtsreihe den deutlich betonten Zusammenhang zwischen der physikalisch messbaren Beschleunigung und dem zur Anpassung der Simulation verwendeten Parameter bei der Formulierung der Antwort als Selbstverst ndlichkeit verstanden haben und 234 deswegen keine weitere Erl uterung ausf hrten Dies muss aber n einem protokollierten Gespr ch mit den Mitgliedern der Versuchsgruppe auch so abgesichert werden Weiterhin ist auff llig dass beide Geschlechter auf v llig unterschiedliche Art von der Unterrichtsreihe profitiert zu haben scheinen Die Jungen sind durch ihre intrinsische Moti vation stark auf den Einsatz des Computers fixiert Die Frage ist was bedeuten ihnen dabei die physikalischen Hintergr nde und die durchgef hrten Experimente Auf der anderen Seite haben den Ergebnissen der Befragung zu Folge auch d e M dchen stark von der in der vorliegenden Form durchgef hrten Unterrichtsreihe profitiert Sie haben deut lich mehr physikalisch s nnvolle Antworten liefern k nnen als die M dchen der Ver gleichsgruppen Die Antworten auf d e offenen Fragestellung s nd aber fast ausnahmslos auf die real beobachtbare Physik bezogen und kaum auf die Computersimulation Dennoch haben die M dchen in ih
241. g der Modellbildungs kompetenz k nnte sich in einer wissenszentrierten Gesellschaft mit komplexen Strukturen sogar zu einer wichtigen Ma nahme zur Pers nlichkeitsbildung und damit zur einer zentralen Aufgabe allgemeinbildender Schulen entwickeln Konvergentes gegen ber divergentes Denken Konvergentes Denken folgt dem Bem hen zu einer und genau einer L sung zu kommen Divergentes Denken wird von verschiedenen Autoren mit kreativem Denken gleichgesetzt Hierbei st das gegebene Problem Ausl ser eines Denkprozesses der n verschiedene Rich tungen geht und zu einer Reihe unterschiedlicher L sungen f hrt aus denen in einem nach folgenden Vorgang dann real sierbare L sungswege ausgew hlt und unbrauchbare eliminiert K 1 werden k nnen Untersuchungen fanden mehr oder weniger deutlich eine positive Korrelation zwischen dem Grad der Programmiererfahrung und dem Anteil divergenten Denkens Die Verallgemei ae Ri X 139 nerbarkeit dieser Ergebnisse wird von einigen Autoren aber als eingeschr nkt angesehen da die einschl gigen Studien ausschlie lich mit LOGO durchgef hrt wurden Die oben angef hrten Unterschiede der kognitiven Strukturen machen es schwierig ein ein heitliches Modell f r die internen Vorg nge von Jugendlichen oder Erwachsenen beim L sen von Programmierproblemen zu finden 135 Cathcart 1990 Seite 231 ff Be Clements D Gullo D Effects of computer programming on young
242. g des Projektes ocene S2 5 2 1 2 32 15 5 2 1 4 Mehrfache Nutzung des fachlichen Grundlagenwissens ucssssssssssssssssssssssnnssnnsnnnnnnnnnnneneneeennenn Verbesserte Pr sentation des ausgew hlten Lehrstoffes im Vergleich zu konventionellen Medien Probleme beim Einsatz kommerzieller Lernsoftware in fachdidaktischen Lehrveranstaltungen Einsatz nden Behryeranstallunsen he es 3 2 2 Inhalt und Umfang der Komponentensammlungen uusseseeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeeeennnnnnnnnnnnnnennn 3 2 3 Beschreibung der Projektergebnisse Erstellte Software ucceeeeeeeeeeeeeeeeenennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 3 231 ed 3 2 Gesamtidarsie lung erssnesnze een nee Der Themenbereich Messtechnik 0c0ocusseeeensennenneonnennennnnnnunnnnnnnnnnnnunnennnnnnnnnunnnnnnnnnunnnnnnnnnenn 5 24 Themenbereich Thermodynamik 2er a e a 5 2 5 Besonderheiten beim Management der Softwareentwicklung uuesssssseeeeeeeeeeeeeeeenennnnnnnnnn 3 2 6 Ziele beim Einsatz komponentenorientierter Lernsoftware ceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeenennnnnnnnnnnnnnnn 3 2 7 Jahr 2000 Erprobung im Seminar Neue Medien im naturwissenschaftlichen und TECHNISCHEN Unterricht users een sale 5 2 7 1 Seit 2001 geregelter Einsatz in den Lehrveranstaltungen nneneeeeeneneeeeen 9 2 12 Erste Phase Sachanayseusrz sen 2m une euer 2 73 AWe Phase Versuchsdurcht hrune 2 2 ae ee 3 2
243. g in die objektorientierte Programmierung Auszug aus Sch lerheft 162 Abbildung 61 Stoppuhrmessung Man beachte die Aufstellung der Sch ler an Messpunkten in Abst nden von 2 m Hiermit wird bewu t eine Analogie zur der diskreten Verschiebung des Objektes auf dem Bildschirm hergestellt 000000000seeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeenenenenennnnnnnnnn 165 Abbildung 62 Messung am schienengebunden Wagen mit elektrisch zeitgetakteter Messvorrichtung1 66 Abbildung 63 dUML Klassendiagramm f r Moorhuhn Objekte en 169 Abbildung 64 dUML Zustandsgraph eu iniii ainiai i i 169 Abbildung 65 grafische Oberfl che der Software Simulation 0000000000000000000oononennttnnttttserrrrrrrrrren 172 Abbildung 66 Suche nach der Struktur und den Unterschieden der beiden Beispielprogramme 173 Abbildung 67 Planung des Realexperimentes zum Abgleich des Modells als Sch leraufgabe 176 Abbildung 68 Die Aufzeichnung des fallenden Balles Kreis in der Videoschnitt Software 180 Abbildung 69 Vom Lehrer modifizierte Oberfl che mit Stoppuhr in der H he jedes Fenster Diele ua anna 181 Abbildung 70 Die Arbeitsumgebung der Sch ler bei der Anpassung der Simulation an die real DEINESSENEN Werle a ee EN Eee 184 Abbildung 71 Vergleich der Bevorzugten Assoziationen in der Laborgruppe und m Feldversuch 210 Abbildung 72 Im Laborversuch waren
244. gAngefordert abw rts Dieser Ereignisbezeichner enth lt alle Informationen die notwendig sind um das Ereignis zu verarbeiten und eine entsprechende Aktivit t auszul sen beispielsweise um einen Aufzug korb in die Etage in Bewegung zu setzen in der die Benutzerschnittstelle mit der Nummer 1 montiert ist und auch um weitergehende Aktionen wie die Planung einer g nstigen Fahrt re henfolge anzustellen die m glichst viele Passagiere mit dem Fahrtwunsch abw rts zusammenfasst Der Einstiegspunkt einer bedingten oder unbedingten Sequenz von Aktivit ten wird durch einen schwarzen ausgef llten Kreis mit der Aufschrift Start bezeichnet 86 Sequenzdiagramm Ein Hauptproblem bei der Darstellung technischer Systeme mit den Flussbildern der allgemeinen Technologie und der VDI 2222 inkl der Erweiterungen nach Arp ist die man gelnde Darstellbarkeit dynamischer Vorg nge Die Flussbilder bilden einen statischen Zustand ab wie er in technischen Systemen lediglich in der Gleichgewichtsphase vorzufinden ist Dies f hrt bei Prozessgrafiken berall da zu Problemen wo Prozesse mit explizitem Ze tverhalten abzubilden sind Vor allem die zahlreichen technischen Chargenprozesse Stahl herstellung Legen von Betonfundamenten auf Baustellen f hren hier schnell an die Grenzen der Darstellungsmethode da die zu betrachtenden Stofffl sse hier punktuell unter brochen bzw w e bei Betonfundamenten dauerhaft gespei chert werden
245. gen Voraussetzungen ueesessssssssssssssnsssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennn 262 5 4 5 5 Realisierung der softwareseitigen Voraussetzungen ueeeeesesssssssnssssnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenennnennn 265 5 4 5 6 Einsatz Erprobung und Optimierung verschiedener Reglertypen eeen 267 5 4 5 7 Gemeinsame Erstellung der Projektdokumentation 22222222sssssssssssssssnssnnnnneneneeeeeeeeeeeennn 269 74 0 Aname der Zor S Sals NUKEN nannte 270 54 61 Gruppe POON nr nee ee ee 270 IRO ZGEUBpe Eike ira len Ver a A h e aa 276 3 21 63 GEUDPe s Schlecht Au u ee a en a en a De ae 279 34 7 De Klans vom 2 0 1998 us na ee sesikinnge 281 3 4 8 Reflexion des Einsatzes der Komponentenorientierten Lernsoftware im Technikunterricht 283 5 5 VIERTER TEIL EINSATZ OBJEKTORIENTIERTER MODELLBILDUNG BEI DER ANALYSE TECHNISCHER SYSTEME IM TECHNIKUNTERRICHT DER JAHRGANGSSTUFE I1O cuessseesssssseesssssennnssennnnssnsnnesensnnenenennnn 285 LIL DIE PrODlemSIel und anne er ee nee Bene 285 5 6 F NFTER TEIL VORSCHLAG ZUM EINSATZ OBJEKTORIENTIERTER MODELLIERUNG F R EINE UNTERRICHTSREIHE ZUR SYSTEMANALYSE MENSCHLICHEN HANDELNS IN DER SOZIALWISSENSCHAFT ODER ZUR OPERATIONS RESEARCH IN DER WIRTSCHAFTSWISSENSCHAFT cessseesssesnsesnssenseennennnennnnn 289 3 021 Operations Research Beoriff und Herkunft scenerii iorsin EAEE E EEEE 289 5 6 2 Nichtlineare Optimier
246. gen der Benutzerschnittstelle bzw der Visualisierung m nden Aufgabe 3 3 2 Pr fung des Simulationsmodells auf realit tsnahes Verhalten durch Experten oder durch Experiment Die Pr fung des real t tsnahen Verhaltens durch den Abgleich mit Experimenten wird aus f hrl ch m Kapitel Einsatz und empirische Evaluation Objektorientierter Modellbildung m Physikunterricht der Klasse 10 besprochen Dort wird am Beispiel des freien Falls dar gestellt wie eine Unterrichtsgruppe ein entsprechendes Modell erstellt die Visualisierung vornimmt und durch den Vergleich mit dem Verhalten realer Objekte im Experiment Schritt weise die relevanten Eigenschaften abgleicht bis eine zufriedenstellende bereinstimmung des Objektverhaltens mit der Realit t festgestellt werden kann Analog kann auch be anderen technischen Systemen oder physikalischen Prozessen eine experimentelle Messreihe durchgef hrt werden um das Verhalten des Modells mit dem Ver halten des realen Systems zu vergleichen Dieses k nnte sogar aufgezeichnet und dem Infor mat onssystem zu Dokumentationszwecken beigef gt werden Zu Ausbildungszwecken kann es besonders interessant sein innerhalb des Informations systems eigene Schnittstellen zu externen Messsystemen vorzusehen Im Rahmen des vom Kompetenznetzwerk Universit tsverbund MultiMedia NRW gef rderten Modellversuches Komponentenorientierte Lernsoftwareentwicklung f r die Lehrerausbildung Physik und Technik wu
247. gen und B cher zum Thema Modellbildung in der Informatik bekannt geworden Eine Suchanfrage im Internet zu dem Suchbegriff Modellbildung in Verbindung mit Informatik am 14 6 2001 ergab 7080 Treffer im deutschsprachigen Raum International lieferte die Suche nach den analogen Begriffen computer science AND modeling 289 000 gefundene Seiten das stichprobenhafte Suchen f hrte in der Regel auf Seiten von Universit ten d e sich im Rahmen hrer Forschung und der Ausbildung von Informatikern mit diesem Thema besch ftigen Im Informatikunterricht soll der Begriff Modell als Abbildung eines Ausschnittes der Wirklichkeit bzw eines realen Systems n den Raum zug nglicher L sungen verstanden werden Modelle dienen auch hier als Idealisierungen die nur die wesentlichen Eigenschaften eines Originals ber cksichtigen sowie als Mittel zum Probleml sen Goorhuis H Konstruktivistische Modellbildung in der Informatik Dissertation Universit t Z rich 1994 gt gt Rechenberg P Was ist Informatik Eine allgemeinverst ndliche Einf hrung M nchen u a Hanser 2000 Rechenberg P Pomberger G Hrsg Informatik Handbuch 2 erweiterte Auflage M nchen Hanser 1999 gt Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Inf
248. ger Th Beuermann G Leisten R Operations Research Eine Einf hrung Heidelberg Springer 4 berarb Auflage 1998 Seite 2 289 sich dass den meisten in der Fachliteratur diskutierten Problemstellungen lineare Zu sammenh nge zugrunde gelegt werden Zur L sung von Problemen mit nichtlinearem Hintergrund existieren keine solchen allgemeinen Algorithmen Tats chlich werden in der Wirtschaftswissenschaft genauso wie in der Physik jedoch zahlreiche Probleme von nicht linearen Zusammenh ngen bestimmt Die Existenz von leistungsf higen Desktop Computern macht es heute m glich statt einer geschlossenen L sung eine iterative Simulation als Ansatz zu w hlen Eine Simulation mit einfachem Aufbau und bewusst gering gehaltenem mathematischen Hintergrund kann pro blemlos m wirtschaftswissenschaftlichen Unterricht der Jahrgangsstufe 10 oder der gym nasialen Oberstufe thematisiert werden und stellt dennoch die L sung eines anspruchsvollen Problems der OR dar 5 6 3 Skizze einer m glichen Unterrichtsreihe Der Ablauf der Unterrichtsreihe soll auf einer angemessenen Ebene dem Ablauf der Objektorientierten Modellbildung entsprechen Daher l Wird zun chst eine objektorientierte Analyse eines vorfindbaren Systems vorgenom men 2 Von der Lerngruppe ein in der Komplexit t reduziertes Objektorientiertes Modell des Systems konzipiert 3 Mit Werkzeugen zur Objektorientierten Programmierung wird das Objektmodell n eine
249. gert werden 100 Booch 1994 78 Symbolsystem dUML Klassendiagramme Klassen werden durch ein Rechteck dargestellt das in 4 horizontale Abschnitte unterteilt wird Die horizontalen Abschnitte sollen folgende Informationen aufnehmen l Bezeichnung der Klasse durch Fettdruck Schriftgr e oder Zentrierung hervorgehoben Anfangsbuchstabe gro Eigenschaften der Klasse Ein Symbol vor der jeweiligen Eigenschaft zeigt an ob die Eigenschaft von au en beeinflusst werden kann ob sie von au en wahrgenommen aber nicht ver ndert werden kann amp oder ob sie von au en weder wahrnehmbar noch ver nderbar ist und nur zu internen Zwecken verwendet wird Methoden der Klasse Eine Methode beschreibt eine T tigkeit die von dem Objekt einer Klasse ausgef hrt werden kann Beschreibt man ein System mit der Sprache der Objekt orientierten Modellierung so wird klar dass dem Bezeichner einer Methode der gleiche Stellenwert zukommt den das Verb im normalen deutschen Satzbau hat W hrend die Bezeichner f r Eigenschaften gro geschrieben werden Gr e Gewicht Farbe soll ten Methoden dagegen wenigstens im Anfangsbuchstaben klein geschrieben werden senden erfassen Kompositum aus mehreren W rtern ist m glich blicherweise werden diese W rter optisch voneinander getrennt Eine Darstellung der Ver ffentlichung amp ist nicht notwendig da Methoden nicht ver ffentlicht sondern durch interne Behandlung ei
250. gewissen Schwellwert des Sozialneid Parameters daf r dass nach einer Weile alle Sch ler einen Bedarf empfinden der den Kaufpreis eines Ger tes berschreitet hellrote K stchen Jetzt h ngt es nur noch von dem ebenfalls durch einen Zufallsgenerator bestimmten Taschengeld der Sch ler hab wann hr Gespartes ebenfalls den Kaufpreis eines Ger tes bertrifft und der Kauf stattfinden kann die Gr ne Markierung des K stchens deutet an dass hier ein Kauf unmittelbar bevorsteht und in der n chsten Runde statt finden wird In der Simulation sich die Verk ufe auch im 46 Produktionsmonat noch nicht zum Stillstand gekommen Bis auf 3 Ausnahmen hat sich die gesamte Schulklasse mittlerweile ein Mobil funkger t gekauft Der Bedarf der 3 verbliebenen Sch ler ist mittlerweile bedingt durch ihren 295 Sozi alneid denn sie sind mittlerweile die einzigen ohne Mobilfunk sehr hoch geworden Ihr fehlendes Ersparte bedingt durch hr vergleichsweise geringes Taschengeld hindert s e aber daran ein Ger t auf dem normalen Weg zu kaufen Hier wird unmittelbar der soziale Sprengstoff der Situation sichtbar Geld steht nicht zur Ver f gung aber die Sch ler w ren bereit einen hohen Preis f r das Statussymbol zu bezahlen Wie hoch muss jetzt die Schwelle sein die die Sch ler noch von einem Diebstahl trennt Wie hoch ist jetzt das Risiko dass in dieser Klasse 3 junge Menschen straff llig werden 5 6 3 4 Erprobung und Abgleich mit der Real
251. gt den endg ltigen Aufbau der Gruppe Elite Man vergleiche mit der Darstellung des Standardaufbaus m vorherigen Abschnitt Bei allem hat die Gruppe zwar regelm ig um Erlaubnis aber nie um Betreuung nachgesucht Die Leistung der Sch ler erfolgte tats chlich eigen st ndig mit Unterst tzung des Lernmoduls Abbildung 84 Modifizierter Aufbau der Gruppe Elite 5 4 5 6 Einsatz Erprobung und Optimierung verschiedener Reglertypen Nachdem sowohl das Lesen des Istwertes als auch das Setzen des Stellwertes von den Sch lern beherrscht wurde gab es recht wenig Probleme den Sch lern zu vermitteln wie ein P Regler durch eine Softwarel sung zu realisieren ist Auff llig war dennoch dass die Sch ler zuwenig Selbstvertrauen besa en um die Programmierung gem den Anweisungen des Lernmoduls einfach mal zu versuchen Selbst die Gruppe Elite forderte hier eine Be treuung an die aber wie bei allen anderen Gruppen sehr kurz gehalten werden konnte da alle notwendigen Informationen bereits vorlagen Meine bei allen Gruppen gleiche Hilfestellung war der Rat die auf der Karte Die Arbeitsweise eines P Reglers dargestellte Gleichung zun chst auf Papier zu schreiben und dann sukzessive f r die genannten Variablen die Programmbefehle einzusetzen mit denen man die entsprechenden Werte erh lt wandler1 Eingabe 1 um den Istwert ei nzulesen SIider1 Value um den Sollwert einzulesen Vor Beginn der Unte
252. gt werden muss Grundlage der Entscheidung sind die n den 2 1 1 bis 2 1 3 zusammengetragenen Infor mationen ber Zielgruppe und Lernziele ber die Lernhaltigkeit also Zielvertr glichkeit der einzelnen Objekte und die Absch tzung ber den Aufwand bzw die prinzipielle M glichkeit der Visualisierung dieser Objekte ihrer Eigenschaften und Methoden Der Schritt 2 2 wird hier explizit erw hnt weil es im Rahmen von Ausbildungsprozessen sehr wichtig ist dieser zentralen Entscheidungen eine geeignete Zeit und einen geeigneten Ort im Ablauf zuzuordnen Erfahrene Projektgruppen werden die Entscheidung nicht mehr im Rah men einer Klausursitzung f llen sondern w hrend der zur ckliegenden Arbeitsschritte eine schrittweise Elimination von Objekten parallel zur Analyse und Modellbildung vornehmen Aufgabenkomplex 2 3 Storyboarding Aufgabe 2 3 1 Definition des Funktionsziels der einzelnen Szene Komponente Bei der Erstellung von Informations und Unterrichtsvideos ist eine behutsame und sorgf ltige Zeitplanung dringend erforderlich Das Ziel das jede einzelne Szene verfolgt muss pr zise beschrieben sein wird hier ein neues Objekt vorgestellt Wird eine Methode des Objektes gezeigt Wird eine typische Eigenschaft visualisiert ber das Storyboarding d h die tabellarische Festlegung der zeitlichen oder logischen Abfol ge der Informationsvermittlung n der Unterrichtsreihe dem F lm oder der Software s nd vor allem zum Gegenstand Fil
253. guage geschehen Dies geschieht vor dem Hintergrund dass die UML eben keine revolution re Neuentwicklung ist sondern von den Autoren als die sorgf ltige Zusammenf hrung und Konsolidierung der bisher verbreiteten Ans tze verstanden wird 3 3 3 3 Grundlagen der Objektorientierung Objektorientierte Modellbildung orientiert sich an den Konzepten der Real t t anstatt von den technischen Gegebenheiten der Computersysteme auszugehen Das zugrundeliegende geistige Konstrukt st das Objekt Objekte n der realen Welt k nnen Tische St hle Menschen Autos oder andere Gegenst nde sein Dies spiegelt sich in der menschlichen Sprache wieder die das grammatikalische Konstrukt des Objektes als Satzteil kennt Hauptw rter f llen diesen Teil des Satzes bilden somit den formalen und funktionalen Zielpunkt des verbalen Geschehens und dienen im Satz als Repr sentationen der realen Objekte der Umwelt Der Hund der in einem Satz erw hnt wird l st beim Betrachter die Vorstellung von einem haar gen Vierbeiner aus weil der Betrachter das Wort Hund als einen Begriff f r eine ganze Klasse von S ugetieren erkennt und ihm die grunds tzlichen Eigenschaften dieser Klasse sehr wohl bekannt s nd 58 Sixth Workkshop on Pedagogics and Tools for Learning Object Oriented Concepts at 16th European Conference on Object Oriented Programming Malaga Spain June 10 14 2002 The Object Management Group Hrsg OMG Unified Modeling Languag
254. h 177 Messposten an den Fenstern befinden die mit ihren Stoppuhren unabh ngig von der V ideoaufzeichnung Daten erfassen Im diese beiden Sch ler geh ren zu den Leistungstr gern des Kurses Sie machten im Gespr ch ihre Auffassung deutlich dass die bei den Versuchen zur gleichf rmig geradlinigen Bewegung mit der Stoppuhr Methode auf eine einsichtige Art und Weise brauchbare Daten gewonnen wurden Sie sahen daher keinen Grund auf dieses in ihrer Sicht bew hrte Messverfahren zu verzichten Auf der anderen Seite versprachen sie sich von dem Einsatz der Videokamera auch Vorteile insbesondere der erh hten Genauigkeit denn so genau wie die Kamera k nnte ja kein Mensch auf die Stoppuhr dr cken Die Verteilung auf d e Vorschlagsgruppen l sst keine geschlechtsspezifische Verteilung erkennen Tendenziell geh ren die Sch ler die einen Versuchsgang mit Einsatz der Video kamera geplant haben eher zu den kreativen Sch lern mit hoher m ndlicher Beteiligung Dies wird an der etwas h heren Durchschnittsnote in dieser Gruppe f r die m ndlichen Lei stungen n diesem Quartal deutlich Die Gruppe d e etwas konservativ das bei der Messung der gleichf rmig gradlinigen Bewegung angewandten Verfahrens mit Stoppuhren und Mess posten auf den Versuch zum freien Fall bertragen hat besteht eher aus Mitgliedern die sich auch sonst im Unterrichtsgeschehen vorsichtig zur ckhalten Daf r s nd ihre Beschreibungen sorgf ltig ausgearbeite
255. h dass die Bewertung gem der von der gesamten Lerngruppe im Vorfeld fix erten G tema st ben erfolgen kann Dies ist ein 49 Gegensatz zu der h ufig in Unterricht allgemeinbildender F cher vorgefundenen Situation in der die Bewertung nur durch den Lehrer Beispiel Hausarbeit Klassenarbeit erfolgt A Fr I NN A0 _ Arbertsschrife Flachstahl 0x3 zusagen und en ryrafen Flachsfahl biegen Vierkant V llma ferial 60x 30 Zusagen Sch rage esen a endqrafen Pohrungen anreisen und kormeu vorbehreu kehren sen ken Flachsfahl au Vollmaferial schwe en Schwei gnaate tud oler Flache tegeh leiken restliche Sehwerenahre aus beizeu polieren sauber machen Arbeits ab lau plan Gelen der Jay F ARRME Akbeitsmitel B nol 6 Baadschlefer h egek lof Banol sag e Universalfrasmaschine Band schleufer SHreichmafs lemer Rehrer 8 mm A0 S mm Zapfensenker PEET ANT E er Urnkelschl eher Ban PAR ai Berz sfe Pinsel RA Scotch hand ga 7 Abbildung 17 Die Arbeitsablaufplanung der Sch ler 50 Abbildung 18 Das fertige Produkt nach dem letzten Arbeits schritt im Bild hinten das Arbeitsmittel zum Polieren Da die einzelnen Arbeitsschritte angefangen von der Zielsetzungs Planungs und Entscheidungsphase bis zu den einzelnen Arbeitsschritten in den schriftlich fixierten Arbeitsablaufspl nen der Sch ler dokumentiert sind kann eine entsprechend genaue Evaluation der H
256. h neigten die Jungen in allen Gruppen eher dazu den einfachen Weg zu gehen und auf den Tacho zu schauen Aber auch die Sch lerinnen und Sch ler d e einen Vorschlag zur Nutzung einer Kamera oder des Stoppuhr Messband Ver fahrens machten konnten in allen Gruppen in der Regel eine praktikable Beschreibung vor weisen Der Cramer s V Test zeigt das der R ckgriff auf den tr vialen Weg ich w rde einfach den Tacho ablesen leider vor allem M nnersache ist linkes Diagramm Die M dchen die an der Unterrichtsreihe teilgenommen haben sind statt dessen signifikant h ufiger dabei die an spruchsvollere Variante der Messung mit Stoppuhr und Ma band zu beschreiben rechtes Diagramm Die Vermutung liegt nahe dass die M dchen intuitiv erfassen dass die triviale L sung nicht das ist was im Rahmen des Fragebogens von ihnen erwartet wurde 222 Wahl Tacho ablesen Wahl Zeit Weg Messung Feldversuch M dchen M dchen M dchen 1 f Nicht gew hlt u Cramer s V 0 19 Cramer s V 0 22 Abbildung 75 Jungen tendieren st rker zur einfachen Antwort ich w rde den Tacho ablesen linkes Diagramm M dchen neigen zur anspruchsvolleren Darstellung einer Methode die die Messung von Zeit und Weg beinhaltet Positiv wirkt bei den Versuchsgruppen dass etwa 20 der Sch lerinnen und Sch ler ihren Vorschlag zur Geschwindigkeitsmessung durch Angabe der entsprechenden Formel pr zisierten Dies wurde bei den
257. h ngen Da sich die Verh ltnisse beim berschreiten bestimmter Grenzspannung grundlegend ndern kann man hier von einem System abgeschlossener Zust nde finite state System sprechen und das Zustandsdiagramm anwenden Ein Video oder eine Lernsoftware ber Aufbau und Funktionsweise des Geiger M ller Z hl rohres w rde nicht sehr viele Objekte vorstellen m ssen es m sste jedoch die Vorg nge die bei verschiedenen Zust nden im Z hlrohr auftreten explizit erkl ren Es bietet sich an f r die Beschreibung der Zust nde eine Reihenfolge vorzusehen d e dem m Zustandsdiagramm beschriebenen Zusammenhang der Zust nde entspricht l4 Allerdings kann auch der Zustand des Gesamtsystems wie er sich aufgrund des Zustandes seiner einzelnen Objekte ergibt in einem UML Zustandsdiagramm zusammengefasst werden 109 Aufgabe 2 3 3 Skizze Schnappschuss oder Funktionsmodell der geeigneten Visualisierung Ein Bild sagt mehr als tausend Worte dies gilt vor allem f r Personen die selbst mit Medien arbeiten und denen man eine ausgewogene Nutzung der gestalterkennenden rechten Gehirnh lfte und der analytischen linken Gehirnh lfte unterstellen kann Deswegen sollte das Storyboard das zur Instruktion der Gruppe ber d e geplante Vorgehensweise informieren soll besonders ausgiebigen Gebrauch von Skizzen Schnappsch ssen oder Funktionsmodellen der geeigneten Visualisierungen machen Abbildung 45 Spikes Fu
258. h im Nachtrag im Rahmen des Gruppengespr ches gekl rt werden ob die Sch ler die im Unterricht grundgelegte Verbindung zwischen der Variable in der Simulation und der realen Beschleunigung ausreichend verinnerlicht haben Argumentation ber den Neigungswinkel der Flugbahn Beispielantwort Das obere Moorhuhn beschleunigt schneller weil es einen klei neren Neigungswinkel hat Auch diese Antwort wirkt zun chst erstaunlich zumal sie zu dem Schluss f hrt dass das obere Moorhuhn mit der weiter ge ffneten Parabel der schneller beschleunigende Gegenstand ist Auf Nachfrage ergab sich dass die betroffenen Sch ler offenbar die Angabe der Wirkrichtung der Beschleunigung auf dem Arbeitsblatt nicht richtig erfasst haben Die Sch ler verbanden mit Beschleunigung intuitiv ein Beschleunigen nach vorn 231 also in x Richtung bernimmt man diese Ansicht so w re die Parabel mit der gr eren ffnung also die obere tats chlich die mit der gr eren Beschleunigung Argumentation ber die Bahnkr mmung Beispielantworten Das untere Moorhuhn beschleunigt schneller weil es eine klei nere st rkere Kurve macht oder weil es sehr schnell die Flugbahn ver ndert Diese Antwort st sehr nahe an der idealerweise geforderten Argumentation mit der ffnung der Parabel Physikalisch richtig ist auch dass ein kleinerer Kr mmungs rad us einer beliebigen Kurve be einer gegebenen Geschwindigkeit immer mit einer
259. h nur ungern mit dem Unterricht besch ftigt 1 Punkt 190 Von diesen drei Aussagen l sst sich nur jeweils eine widerspruchsfrei ankreuzen Damit erf llt der innere Teil dieser Fragestellung die Funktion einer ordinalskal erten Skala Am u eren Ende der Skala befinden s ch jedoch Aussagen d e vom Sch ler auch zus tzlich bzw als Erg nzung zu den bereits getroffenen Aussagen angekreuzt werden k nnen Diese betreffen die langfristige Wirkung des Unterrichtes auf die Akzeptanz des vermittelten Wissens beim Sch ler e Ich werde jetzt h ufiger ber Geschwindigkeit und Beschleunigung im Alltag nachdenken oder e Ich will nichts mehr davon h ren Die langfristigen Auswirkungen von Unterricht sind f r die Erhebung nat rlich von beson derer Bedeutung Aus diesem Grund wurde einer zur langfristigen Wirkung getroffenen Aus sage die Wichtigkeit 2 Punkte ich werde jetzt h ufiger dar ber nachdenken oder 2 Punkte ich will nichts mehr davon h ren zugewiesen Diese Punkte addieren sich zu den einfach gewerteten Aussagen so dass als maximale Punktwerte f r die Antworten des 1 Frageteils 3 bzw 3 Punkte in Frage kommen es ergibt sich insgesamt eine siebenstufige ordinalskalierte Skala mit eindeutigem Mittelpunkt bei 0 Unentschieden 5 3 4 1 1 Ergebnisse Mittelw Grafischer Vergleich Laborgruppe 0 94 Feldversuch 0 89 Vergleichs 0 36 2 0 91 gruppen Wie ersichtlich sind die Werte f r kurz und langf
260. h zweimal um Betreuung ersucht Zum anderen wid mete die Gruppe sich Problemen die weit ber die Aufgabenstellung und das erwartete Ma an eigener Leistung hinaus gingen Zum Zeitpunkt des Abschlusses dieser Arbeit studieren zwei Mitglieder der Gruppe erfol greich Elektrotechnik an der Gerhard Mercator Universit t Duisburg Karte Nr 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Zeit Abbildung 88 Zugriffe auf das Informationsmaterial durch die Gruppe Elite Im direkten Vergleich mit der Gruppe Platoon f llt auf dass das Lernmaterial anhand der Leitfragen in einem wesentlich h heren Tempo durchgearbeitet wurde Insgesamt wurden f r den ersten Durchgang nur 28 anstatt 43 Minuten ben tigt 65 Nach dem erstem Durch gang entschied sich diese Gruppe aus Ehrgeiz noch zu einem zweiten um auf max male Punktzahl zu kommen Der Anstieg der Kurve in der Zugriffstatistik f llt entsprechend steiler aus als bei der Gruppe Platoon 276 Zugriffszeit Aufgabe Punktzahl 346 1 120 1560 2 120 1722 3 75 2021 2 180 2158 3 120 Tabelle 4 Bearbeitung der Leitfragen durch die Gruppe Elite Das wirklich herausragende Merkmal der Zugriffstatistik von Elite ist das von mir als clus tering bezeichnete Auftreten einer Mehrzahl von Zugriffen die n einem eng umgrenzten zeitlichen und thematischen Raum stattfinden Ovale 1 2 und 3 Sie unterscheiden sich
261. he List Journalistische Praxis M nchen List Verlag 7 Auflage 2000 Forrester J W Grunds tze einer Systemtheorie Wiesbaden Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr Th Gabler 1972 Frey K Die Projektmethode Der Weg zum bildenden Tun Weinheim Basel Beltz Verlag 7 Auflage 1996 305 Glowalla U Engelmann E amp Rossbach G Hrsg Multimedia 94 Grundlagen und Praxis Berlin Springer 1994 Goldkuhle P Modellbildung und Simulation im Physikunterricht Einsatzm glichkeiten computerunterst tzer Modellbildungssysteme In Landesinstitut f r Schule und Weiterbildung Hrsg Heftenreihe Lernen mit neuen Medien im Unterricht B nen Verlag f r Schule und Weiterbildung 1997 Goorhuis H Konstruktivistische Modellbildung in der Informatik Dissertation Universit t Z rich 1994 Goos G Zimmermann S Programmiersprachen In Rechenberg P Pomberger G Hrsg Informatik Handbuch M nchen Hanser 2 Auflage 1999 Gr ner G didaktische Vereinfachung In Bausteine zur Berufsschuldidaktik Trier 1978 Gryczan G Kilberth K Z llighoven H Objektorientierte Anwendungsentwicklung Braunschweig Vieweg 1993 Harreis H Strukturorientiertes Denken und Modelle In Bader R Jenewein K Didaktik der Technik zwischen Generalisierung und Spezialisierung Frankfurt G A F B Verlag 2000 Harre s H Riede H M Sieger H Treitz N Empirische Untersuchungen ber Erfahrungen und
262. hen f r ein Verst ndnis gilt wenn die Teilnehmer selbstst ndig n cht triviale Bewegungen eines Objektes in 2 Dimensionen pro grammieren k nnen und dazu die Eigenschaften x Position und y Position des Ob jektes geeignet beeinflussen Um den Bezug zur Physik des realen Geschehens herstellen und absichern zu k nnen sollen die Sch ler auf der Grundlage der mit dem S mulationsmodell gewonnenen Erkenntnisse einen Versuch zur Messung der Geschwindigkeit realer Objekte selbstst ndig planen durch f hren auswerten und interpretieren Eigenschaften Geschwindigkeit und Beschleunigung e Die Gruppe soll die Geschwindigkeit als eine Eigenschaft des Objektes verstehen die den Ort des Objektes n x und y Richtung beeinflusst S e soll damit auch verstehen dass sich bei einem realen physikalischen Objekt der Ort des Objektes nicht beliebig im Sinne eines Sprungs ver ndern l sst sondern dass dies eines Translationsprozesses bedarf 157 e Die Gruppe soll verstehen dass auch die Geschwindigkeit eines Objektes sich nicht sprunghaft und beliebig ndern l sst sondern dass die Geschwindigkeit eine Eigenschaft des Objektes ist die durch die Beschleunigung des Objektes variiert wird Als ausrei chendes Kennzeichen f r ein Verst ndnis gilt wenn die Teilnehmer die Objektattribute Beschleunigung und Geschwindigkeit n geeigneter Weise miteinander verkn pfen indem sie das Signal eines Zeittakt Generators nutzen und den Zusamme
263. hoben w rde Will man selbstgesteuertes Lernen in einem real t tsnahen Kontext erm glichen ohne auf die Be treuungsfunktion zu verzichten ben tigt man eine berwachung der Lernstrategie die fol gende Randbedingungen erf llt e Sie darf den Sch ler nicht ablenken e Sie muss st ndig aufzeichnen um anstatt von Stichproben ein Gesamtbild des Lern vorgangs zeichnen zu k nnen e Sie muss schnell reagieren k nnen e S e muss gro e Informationsmengen aufnehmen speichern und bei Bedarf ber sichtlich darstellen k nnen Alle oben genannten Funktionen werden sehr gut von Computern erf llt Wo also Infor mationen mit multimedialen Lernprogrammen vermittelt werden liegt es nahe mit dem glei chen Computer auch die verwendete Strategie der Informationsaufnahme aufzuzeichnen An dieser Stelle sei jedoch ausdr cklich auf die Bildschirmarbeitsverordung BildschArbV hingewiesen Der Anhang zur BildschArbV 4 besagt n Ziffer 22 Arbeitsumgebung m Wortlaut Ohne Wissen der Benutzer d rfen durch die Software keine qualitativen oder quantitativen Kontrollen erfolgen In jedem Fall also sind die Sch ler ber die Aufzeichnung ihrer Aktionen zu informieren Dar ber hinaus m chte ch dringend betonen dass s ch die Aufzeichnungen in keiner Weise f r eine Leistungsbewertung einsetzen lassen Es besteht zun chst kein Zusammenhang zwischen einer verfolgten Lernstrategie und einer Unterrichtsleistung Bewertet werden k
264. hsgruppen statistisch verfolgen Webformular Online Nutzungsverfolgung oder Aktivit tskontrolle vor Ort a Welche nderungen im Verhalten sind bei der Zielgruppe nach dem Einsatz des Mediums zu beobachten b In welchen Merkmalen differenzieren sich die v Nachfolgeprojekt 96 Gruppenmitglieder von den Mitgliedern der Vergleichsgruppe Abschnitt 1 Objektorientierte Systemanalyse Aufgabe 1 1 Beteiligte Objekte identifizieren Die Identifizierung von und Zerlegung in Objekte st der zentrale Aspekt der Objekt orientierten Analyse und unterscheidet die Objektorientierte Analyse von Vorgehensweisen wie z B der strukturierten Analyse DeMarco oder der Systemanalyse der allgemeinen Technologie welche zentral nach Stoff Energie oder Informationsfl ssen sucht E n Dom nenexperte der ein hm vertrautes technisches System oder einen physikalischen Prozess schildert wird bei seinem Vortrag die das System konstituierenden Objekte nennen vielfach auch zeigen k nnen Bei technischen Systemen handelt es sich in vielen F llen um sichtbare Realobjekte Kessel Ventile Filter Walzen Heiz oder K hlger te Partikel Ein einfacher Ansatz im Gespr ch mit Dom nenexperten ist in den S tzen seines Vortrages oder seiner Antworten nach Hauptw rtern zu suchen die Objekte der Anlage oder des Prozesses benennen Dies kann analog bei der Analyse von Texten geschehen Die Dokumentationen zahlreicher techn
265. ht mit einem Originalgegenstand identisch Modelle sind Abbildungen oder Repr sentationen von Originalen Dies grenzt das w ssenschaftstheoretische Modell von Modellen des allgemeinen Sprachgebrauchs ab wie z B dem Modell einer Automarke oder dessen verkleinerten Spielzeug Modell Mit Abbildung wird hier ein Vorgang bezeichnet bei der den Or ginalattr buten Modellattribute zugeordnet werden Siehe Abbildung 1 Werden dabei aus dem Modell Attribute zugeordnet die man aus dem Original entnommen abgeleitet deduziert hat spricht man von einer Deduktion Dieser Begriff ist mit dem wissenstheoretischen Begriff der Deduktion identisch gleich bereinstimmend damit formuliert M ller Im Rahmen der Modellbildung werden die unstrukturierten Ausgangsdaten durch funktionale Dekompensation sowie Abstraktion unter bestimmten Gesichtspunkten analys ert man kann m gewissen Sinne von einem Filterungs M ller D Modellbildung Simulation und Identifikation dynamischer Systeme Berlin Springer 1992 Seite Il Harreis H Strukturorientiertes Denken und Modelle In Bader R Jenewein K Didaktik der Technik zwischen Generalisierung und Spezialisierung Frankfurt G A F B Verlag 2000 Seite 103 Vgl ebd 12 prozess sprechen und auf eindeutig bestimmte Elemente einschlie lich deren Attribute Merkmale Eigenschaften Relationen abgebildet Der Induktion im wissenschaftstheoretischen Sinn entspri
266. htfachleute werden erh hte Anforderungen gestellt Dieser Gesichtspunkt folgt unmittelbar aus dem vorherigen Sowohl Anwender als auch Geldgeber spielen Schl sselrollen bei der Entwicklung von Software Leider fehlt jeder Gruppe die Erfahrung und der Wissenshintergrund der jeweils anderen Gruppe Die Softwareentwickler brauchen das Fachwissen der Anwender um die Probleme des speziellen betrieblichen Bereiches l sen zu k nnen die Anwender verstehen nicht die Sprache der Softwareentwickler die Geldgeber kennen beide Bereiche nicht m ssen aber den Umfang der zu leistenden Arbeit absch tzen k nnen Die L sung besteht darin gemeinsam ein Modell des zu erstellenden Systems in einer Modellierungssprache zu erstellen die f r alle Beteiligten unmittelbar verst ndlich ist Die eindeutige Verst ndlichkeit st dabei eine dringende Forderung da Missverst ndnisse an dieser Stelle zu Budgetverschiebungen n Millionenh he und schwerwiegenden Schadensersatzforderungen f hren k nnen 3 Der Komplexit t des Modells sind nach oben keine Grenzen gesetzt Moderne Softwaresysteme bestehen aus mehreren Millionen von Programmzeilen und werden n manchen F llen von Teams mit mehreren tausend Mitgliedern erstellt Beispielsweise das B rosoftwarepaket Microsoft Office Die gesamte Komplexit t ist nicht mehr von einem Einzelnen zu berblicken Dadurch entsteht ein Bedarf an hierarchisch aufgebauten Modellen die einen komplexit
267. htig wie f r die berwachung Optimierung Steuerung und Regelung technischer Systeme zum Stoff Energie und Informationsumsatz 127 Grundlagen der Thermodynamik Die Thermodynamik ist ein eigenst ndiges Wissensgebiet in der Physik und der Technik und Bestandteil der neuen Lehrpl ne f r das Fach Physik n der gymnasialen Oberstufe Das notwendige komplexe Grundlagenwissen muss in der Ausbildung der Physik und Techniklehrer vermittelt werden Ebenso bilden thermodynamische Prozesse vor allem Kreisprozesse die Grundlage f r zahlreiche technische Anlagen wie Kraftwerke und Fahrzeugantriebe Grundlagen der Optik und ihre Anwendung in der Informationstechnik Die Optik spielt im Fach Physik sowohl in den Lehrpl nen der Schule als auch in der Fachsystematik eine wichtige Rolle Die Zukunftsbedeutung der Optoelektronik und die zunehmende Verbreitung von Lichtwellenleitern n der Informations und Kom munikationstechnik machen die Optik auch zu einer bedeutenden Grundlagenwissen schaft f r technische Anwendungen 5 2 1 2 Verbesserte Pr sentation des ausgew hlten Lehrstoffes im Vergleich zu konventionellen Medien Eine f r das vorliegende Projekt wesentliche Gemeinsamkeit zwischen den genannten Beispielen ist dass sich die Modellvorstellungen hinter den genannten Grundlagen mit kon ventionellen Medien gesprochenes Wort Text Zeichnungen nur sehr schwer vermitteln und erfassen lassen Grund daf r s nd folgende Charakter
268. hung n der 1 Stunde der Reihe allen ge zeigt worden Eine real t tsn here weniger schematische Darstellung der Karte wie vielleicht eine eingescannte Fotografie w re hier vielleicht hilfreich In der Folge sieht man dass Karte 13 zur Probleml sung stark frequentiert wird Sie ist sowohl f r d e hardwareseitige Anbindung des PC an die Regelstrecke als auch f r die softwareseitige Ansteuerung des DA AD Wandler wichtig Dar ber hinaus sieht man dass die Gruppe versucht die Informationen dieser Karte mit den Informationen der niedrigeren Karten auf denen u a das Motor Generatorprinzip erkl rt 212 wird n Beziehung zu setzten Die Gruppe versucht anscheinend zur korrekten Beschaltung und Programmierung des AD DA Wandlers Informationen ber die Messgr e und die Stellgr e der Regelstrecke zu erhalten Dar ber hinaus wird bei mehreren Gelegenheiten ein erneuter Blick auf die Aufgabenstellung geworfen Culverhouse Ball und Burton bezeichnen dieses Verhalten als typisch f r ein fortgeschrittenes Probleml sungsverhalten bei Inge n euren Personen die zum erstem Mal mit technischen Probleml sungen konfrontiert werden neigen danach mehr dazu die Aufgabenstellung aus dem Blick zu verlieren Im Anschluss Pfeil 6 vertieft sich die Gruppe in die programmiertechnische Realisierung der Regler Entsprechend erkennt man dass d e Informationen der Karten 7 8 9 P I und D Regler nun am st rksten frequentie
269. i Unterrichts projekten und anderen offenen Unterrichtsformen Kennzeichnend ist dass eine Sch ler gruppe im Mittelpunkt steht die in konstruktiver Arbeit ein Projekt ziel verfolgt und dabei Wissen und Anregungen aus diversen konventionellen und neuen Informationsquellen bezieht und einsetzt Die Lehrkraft tritt nur als eine aus dem Kanon der Informationsquellen in Erscheinung frei lich ist diese Informationsquelle deswegen bemerkenswert weil sie im Normalfall ber gr ere Flexibilit t verf gt und nat rlich in ihrer beobachtenden und betreuenden Position noch eine gewisse Autorit t und Verbindlichkeit einbringen kann Im Idealfall ist dies aber vielleicht gar nicht n tig Nachteil der Informationsquelle Lehrkraft ist stets dass sie nur eine eingeschr nkte Verf g barkeit hat bei der Betreuung mehrerer Lerngruppen muss sich die Lehrkraft stark aufteilen Ebenso eingeschr nkt sind die Medien ber die die Lehrkraft naturgegeben verf gt wenn sie Informationen vermitteln soll Sprache Schrift und Gestik kommen bei der Vermittlung naturwissenschaftlicher und technischer Prozesse mit ihrem zumeist ausgepr gten Raum und Zeitverhalten schnell an ihre Grenzen Hier ist der Lehrer besser beraten auf Medien wie Filme Modelle und bewegte Grafiken zur ckzugreifen Nachteilig ist bis jetzt dass diese Medien meist nicht bei der Betreuung von Gruppenarbeit zur Verf gung stehen Schnell einen Lehrfilm auszuw hlen
270. ibung in die Phasen e Versuchsvorbereitung e Versuchsdurchf hrung und e Versuchsauswertung zu trennen und die n jedem Abschnitt notwendigen Aktivit ten getrennt zu beschreiben Weiterhin wurde gefordert dass eine Skizze der Vorgehensweise erstellt wird 175 Aufgabe Bitte entwerft einen Versuch mit dem wir unser Software Modell des fallenden Huhns an dem freien Fall eines realen Objektes berpr fen k nnen Am Pult liegen einige Materialien daf r zur Verf gung Wir wollen wissen a entsprechen die Bewegungen des Moorhuhns berhaupt der Bewegung eines fallenden Gegenstandes b Wie muss man die Parameter des Programmes anpassen damit das Moorhuhn m glichst gleich schnell wie der Gegenstand f llt Beschreibt und skizziert auch gerne auf einem Extrablatt wie Ihr vorgehen wollt Versuchsvorbereitung Be t 47 Teun s ba N Sbp P ohr Vdeoka wera er do ren A 5 oo mi E i f 5l CEC des Be ba veles ne zZ u er Ges F acd Ea Versuchsdurchf hrung r r F i u erst Porcou s e h f ob eu At Fi c4 Ce A N ag a m h A Di wirft t Jaa ADN 4 pe a z em g i cle vi Da C AL Karima in co de ZRE tea Bo Re TP A 4 v f unten D Eure Besoa aup i ERATE Te feh wf Ferer e o r x f S vacl a4 u v r ae dem H f passt E a an dA Urt bs s Feld la FE f ER NIE wau d avl t Ka ech gr Dg Or feor K O pa Mga cdle E U un A Urf fe v2 5 j l sr A 6 ME T tea sheri Ae
271. iche Hilfe zum Memorieren grundlegender Sachverhalte sind Dies k nnte in Zukunft sicherlich noch verst rkter erfolgen 217 5 3 4 4 Frage 3 Probleml sungsdenken in Zusammenhang mit dem Geschwindigkeits begriff Im Frageteil 3 wurde den Sch lern zur Aufgabe gestellt ihre Vorgehensweise bei der L sung eines mit der bisherigen Unterrichtsreihe verbundenen Problems dem Aufnehmen und Ver arbeiten von Geschwindigkeitswerten eines Fahrradfahrers zu beschreiben Die Sch ler wur den dazu gef hrt in einem dreistufigen Verfahren vorzugehen l Brainstorming Vorschl ge zur Messung der Geschwindigkeit sammeln 2 L sungsentwicklung aus den genannten Vorschl gen einen geeigneten Ausw hlen und das genaue Vorgehen zur Geschwindigkeitsmessung entwickeln und beschreiben 3 Einen quantitativen Ansatz zur Vorausberechnung der gefahrenen Strecke schildern Frage 3 3a Ein Fahrradfahrer f hrt ber den Schulhof Nenne alle Methoden die Dir einfallen seine Geschwindigkeit zu bestimmen l 2 3 4 gt 6 2 8 3b Greife Dir Deine Lieblings Methode von den oben genannten heraus und beschreibe sie n her 3c Nachdem Du die Geschwindigkeit des Radfahrers bestimmt hast k nntest Du vorhersagen wo der Radfahrer nach einer bestimmten Zeit angekommen ist Wie w rdest Du das machen 218 5 3 4 4 1 Ergebnisse Bei der Auswertung der Ergebnisse zur Frage 3a wurde die absolute Anzahl der gemachten Vorschl ge ebenso ermittelt wie
272. icht in hohem Ma in der zuk nftigen Unterrichtsreihe zu nutzen re sultiert offenbar aus Erfahrungen der Sch ler n anderen Unterrichtsreihen n denen der Lehrer das Schulbuch die verstaubte Hilfe als zentrales Lehrmedium positioniert hat Diese n der Lerngruppe vorhandene und stark negat v bewertete Erfahrung Vgl den mit Verve vorgetragenen Ausbruch des Sch lers n Antwort 6 f hrt be allen Sch lern zu den Ressentiments gegen Lehrb cher Diese sind bei der Versuchsgruppe nach Ablauf der Unter richtsreihe offenbar etwas in den Hintergrund getreten beeinflussen aber noch mehr oder weniger das Denken der Sch ler Diese Individuell pr gende Vorerfahrung ist dann wohl auch die Erkl rung f r die starke und nicht geschlechtsspezifische Streuung der Antworten der Versuchsgruppe zu Frageteil 6b 150 Mietzel G Wege in die Psychologie Stuttgart Klett Cotta 9 Auflage 1998 Seite 54 204 5 3 4 2 9 Ergebnisse Frage 6c Grafischer Vergleich Frage 6c alle Akzeptanz Experimente u Feldversuch Vergleichs gruppen Die Akzeptanz von Experimenten im Physikunterricht ist bei allen Gruppen gleicherma en hoch Dies ist f r Unterrichtspraktiker keine berraschung Ziel guter Unterrichtspraxis im Fach Physik war aber stets eine sinnvolle Einbindung von Experimenten in den Unterricht um ihre Lernhaltigkeit voll zu nutzen Die einzige Auff lligkeit ergibt sich aus den Antworten der Laborgruppe Auch dies
273. ichtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Informatik Frechen Ritterbach Verlag 1999 Seite 29 Rumbaugh 1991 Seite 1 69 Einsteigern in die Objektorientierte Analyse wird oft geraten sich von einem Fachmann oder Kunden das zu analysierende System in seiner eigenen Sprache beschreiben zu lassen Dabei sollen d e Analyt ker dann aus den Substantiven dieser freien Rede Objektklassen bilden und aus den Verben die Methoden 3 3 3 4 Beispiel zur Vorgehensweise An einem einfachen Beispiel soll der komplette Zyklus der objektorientierten Analyse Modellbildung und Programmierung vollzogen werden Ein Autofahrer u ert die Behauptung leichte Autos w rden besser beschleunigen Nach mehrfacher Bitte um Pr zisierung erhalten wir einen sprachlich und physikalisch korrekten Satz der zum Ausgangspunkt der Objektorientierten Analyse werden soll Autos mit geringem Gewicht erh hen bei gleicher Antriebskraft ihre Geschwindigkeit schneller als Autos mit hohem Gewicht Mit den Mitteln der Objektorientierten Analyse k nnen wir daraus folgende Fakten ableiten l Es gibt eine Klasse von Objekten die Autos hei t 2 Autos besitzen die Eigenschaften Gewicht und Antriebskraft 3 Autos k nnen sich in diesen Eigenschaften unterscheiden 4 Eine weitere Eigenschaft von Autos ist ihre Geschwindigkeit 5 Allen Autos ist gemein dass sie selbst ihre Geschwindigkei
274. ie Objektorientierte Analyse und Modellbildung f r sich genommen ein lern halt ger Vorgang das hei t bilden sich bei den Akteuren der Objektorientierten Modellbildung selbst w nschenswerte Strukturen in Form internalisierter Modelle heraus d e als Erf llung von Lernzielen der jeweiligen Schulform gewertet werden k nnen Dies w re eine notwendige Bedingung zur Legitimation als eine Methode m naturwissenschaftlich technischen Unterricht Sind die mit Hilfe des Konzeptes erstellen Lern und Informationsressourcen im komplexen Umfeld Unterricht verwertbare Lehr Lernhilfen Lassen sich die Werkzeuge der Objektorientierten Analyse und Modellbildung hier vor allem die grafische Modellierungssprache dUML prinzipiell als Strukturierungs werkzeuge m Unterricht verwenden Deutlich st dass es sich hier um eine komplexe Fragestellung auf 4 verschiedenen Ebenen handelt Aufgrund der Komplexit t der Fragestellung wurden die einzelnen Aspekte in 5 getrennten Erprobungsprojekten untersucht wobei jeweils besondere Beobachtungsschwer punkte gesetzt wurden Die Objektorientierte Modellbildung als Vorgehensmodell zur Erstellung multimedialer Lehr und Informationsressourcen wurde in der Zwischenzeit in einer Vielzahl praktischer Projekte erfolgreich erprobt Beispiele daf r sind e Der Informationsfilm Rap d Prototyping der als CD ROM m Heft 63 der Zeitschrift Lehren und Lernen ver ffentlicht wurde und als ausgesu
275. ie Problemstellung e Modellierung eines nichtvernetzten Ampelsystems mit Hilfe des dUML Zustands diagramms e Darstellung der des technischen Systems vernetzte Ampelanlage mit Hilfe eines dUML Zustandsdiagramms e Analyse eines vorhandenen technischen Systems Chat Programm mit Hilfe eines dUMIL Aktivit tsdiagramms zum Erkennen vorhandener Probleml sungen Nachdem das Verhalten einer Verkehrsampel mit Hilfe des Zustandsdiagramms erfolgreich modelliert und n eine S mulationssoftware mit grafischer Oberfl che berf hrt werden konnte wurde als n chstes Problem die Kommunikation der Ampeln untereinander behandelt Hierzu musste zun chst die bertragung kleiner Datenpakete ber das TCP IP Netzwerk mit dem die Computer untereinander verbunden sind thematisiert werden Als exemplarisches Beispiel wurde mit den Sch lern ein Chat Programm nachprogrammi ert das in einem einschl gigen Lehrbuch zu Visual Basic gegeben war Textnachrichten die in die Textbox des Chatprogramms eingegeben werden tauchen mit geringer Verz gerung auf der Oberfl che eines anderen Rechners m Netzwerk auf wenn dort das gleiche Programm l uft 1 Doberenz 1999 Seite 1051 285 Anschlie end wurden die Symbole des Aktivit tsdiagramms Aktivit t bergang Ereignis Programmstart und Programmende eingef hrt Damit wurde mit der Gruppe gemeinsam die folgende noch unvollst ndige Darstellung des Verhaltens des Chat Programms an der Tafel
276. igente und weniger intelligente Wege mit Gr e umzugehen Ein intelligenter Weg mit Gr e umzu gehen ist die Aufteilung Das ist genau das was Designer mit einem System machen das zu gro ist um es zuverl ssig zu handhaben sie zerlegen es in einzelne Komponenten auch Module genannt Genau dieser Ansatz ist auch f r die Systemanalyse gefordert Wesentliche Ideen der Strukturierten Analyse sind e die Gliederung des Softwaresystems in logische Komponenten wie Datenfl sse Speichermedien und Prozesse Dies entspricht dem funktionalen Konzept der Systemtheorie in der Darstellung gem Ropohl 14 Yourdon E Modern Structured Analysis New York Prentice Hall 1989 DeMarco T Structured Analysis and System Specification New York Yourdon Press 1978 Seite 13 1 DeMarco 1978 7 Beer J Systemspezifikation In Br ssler P Siedersleben J Softwaretechnik Praxiswissen f r Software Ingenieure M nchen Wien Hanser 2000 DeMarco 1978 Seite 12 bersetzung aus dem Englischen durch den Autor P Vgl ebd 8 Ropohl 1999 Seite 76 61 e die Darstellung dieser Komponenten und ihre Beziehungen zueinander in genau definierten grafischen Modellen wie etwa Datenfluss Diagrammen Dies entspricht dem strukturalen Konzept der Systemtheorie in der Darstellung gem Ropohl e der Verfeinerungsgedanke Das Softwaresystem wird zun chst grob auf einer hohen Abstraktionsebene beschrieben mit den gleiche
277. ik und Erdkunde Grundwehrdienst an Bord des Schnellbootes S 62 FALKE Ausbildung und Einsatz im seem nnischen und technischen Bereich Stud um der F cher Physik und Technik an der Gerhard Mercator Universit t Duisburg Abschluss 1996 mit dem I Staatsexamen Vorbereitungsdienst f r das Lehramt in den Sekundarstufen I und II Studienseminar Essen Abschluss 1999 mit dem II Staatsexamen Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Gerhard Mercator Universit t Duisburg mit dem Ziel einer Promotion zum Doktor der P dagogik Dabe Stellenanteil im Fach Didaktik der Physik und Stellenanteil im Fach Technologie und Didaktik der Technik Freier Mitarbeiter an der Volkshochschule Wesel 4 Stunden Woche Kurse zu Betriebssystemen und Anwendersoftware Aufbau und Installation von PC und Netzwerken Schulung Beratung und Verkauf im EDV Einzelhandel Aufbau der Internetpr senz des Faches Technologie und Didakt k der Technik an der Universit t Duisburg Lehrauftrag 4 Stunden Woche an der Willy Brandt Gesamtschule M lheim in den F chern Physik und Informatik 315 Mitgliedschaften VDI Verein Deutscher Ingenieure IBTW Verein zur F rderung der Berufsbildung n Technik und Wirtschaft B A G BundesArbeitsGemeinschaft f r Berufsbildung in der Fachrichtung Elektrotechnik Informatik e V TUF Technik Unterricht Forum Verband der NRW Techniklehrer DUG Duisburger Universit ts Gesellschaft Gutachtert tig
278. im Moment der Aktivierung die gestrichelte Lebenslinie zu einer rechteckigen breiteren nicht ausgef llten Aktivierungslinie wird Klassendiagramm Pumpe en Leistungsaufnahme Eingangsdruck Ausgangsdruck Druck erh hen Beginn der I Start der Pumpe l Objektaktivierung N Lebenslinie D j er we MR Ende der Aktivierungslinie Objektaktivierung z Stopp der Pumpe Abbildung 35 Sequenzdiagramm in dUML Notation mit dem Klassendiagramm in Langfassung und einem Pfeil der die Zeitachse markiert 88 Die Objekte beeinflussen sich w hrend der Systemlaufzeit gegenseitig Teilweise beeinflussen zwischen den Objekten ausgetauschte Stoffe Energien oder Informationen den Ablauf der Aktivit ten teilweise f hrt der Austausch dieser Flu gr en erst dazu dass ein Objekt aktiviert wird Zum Beispiel kann die Pumpe von der Anlagensteuerung in Betrieb gesetzt werden dies geschieht auf Grundlage der Information eines Druckw chters am Kessel Der Druckw chter wiederum reagiert auf einen Druckverlust der durch den Abfluss des gasf rmigen Stoffes aus dem Beh lter an das in der Kette nachgeordnete in regellosen Abst nden Gas verbrauchende System ausgel st wird 89 Bediener SituativerKontext amp Zielvorgabe Steuerteil Sollwert Maximalwert Istwert Eingangsleistung Vergleich Sollwert Istwert Maximalwert Eingangsdruck Pumpe_EingangsstromSetzen Vergleich gangsleistung Ausgangsdr
279. in den Griff zu bekommen Dies schafften sie auch recht schnell Im Folgenden machten sie sich daran die Leistungs grenze des Messaufbaus der wie beschrieben vor allem durch die maximal m glichen Zugriffe auf den TCP IP Stack pro Sekunde definiert wird selbst auszuloten Dies brachte ihnen einige Abst rze ein die sonst vom Helferlein abgefangen worden w ren Da die Grenzen im Helferlein aber von mir recht konservativ definiert worden sind und die Sch ler selbst an dem Rechner sa en der ber das AD DA Wandler Interface verf gt erhielten sie im Endeffekt einen leistungsf higeren Aufbau was sich hinterher tats chlich in der Qualit t der Regelung bei hoher Motorleistung bemerkbar machte Auch auf der Hardwareseite gab sich die Gruppe Elite nicht mit dem zufrieden was bereits vorhanden war Besonders st rte sie dass der Motor zwar eine Nennstromaufnahme von 6 A bei 24 V Betriebsspannung hatte der Leistungstransistor aber bei einem maximalen I 1 18mA gerade 2 6A Icg passieren lie und dabei schon recht warm wurde 266 Als L sung erweiterte die Gruppe Elite die Schaltung eigenst ndig auf eine Parallelschaltung von insgesamt 4 Leistungstransistoren Da das Netzteil hierbei seine Belastungsgrenze erreichte wurde von ihnen parallel noch ein zweites Netzteil dazugeschaltet F r Versuche unter Last bezogen die Sch ler die Erregerspannung dann aus einem dritten Netzteil Die nebenstehende Abbildung zei
280. inem Prompter eingeblendet dieser l sst sich durch einen PC mit Microsoft Power Point oder einfach mit einer Text verarbeitung bei stark vergr erter Schrift realisieren e Der Sprecher liest jeden Satz mindestens 3 4 nacheinander laut deutlich und nicht zu schnell vor Die Sprache wird mit einem PC digital aufgezeichnet e In dem digitalen Mitschnitt werden die einzelnen Takes sortiert und die besten und deutlichsten Aufnahmen ausgesucht Bei 3 4 Wiederholungen eines routinierten Sprechers muss nur n seltenen F llen noch nachtr glich noch einmal eine Aufnahme wiederholt werden e Die deutlich gesprochenen Textpassagen geben aneinandergereiht die untere Schranke der Sequenz vor Diese Annahme ist vor dem Hintergrund gerechtfertigt dass ein Mensch sehr wohl parallel ein Objekt oder eine beschriebene Eigenschaft visuell erkennen und dabe den das gleiche Objekt beschreibenden Text verstehen kann Gleichzeitig kann man annehmen dass die gesprochene Sprache nach ihrer langen Evolution in der Geschwindigkeit hrer Informationsvermittlung an das menschliche Auffassungsverm gen f r seriell aufeinanderfolgende Informationseinheiten angepasst ist Vor diesem Hinter grund gibt die Zeitdauer der gesprochenen Beschreibung ein gutes Ma daf r wie lange das zu beschreibende Objekt im Bild zu sehen sein sollte Beim Authoring k nnen diese Baustein S tze sehr flex bel verwendet werden um beim Auftreten der Objekte die richtigen Kommentare
281. ion als der Standard abweichung vor der Normierung zugrunde liegender Wert angegeben Ermittlung der Werte aus der Datenbasis Das Datenbank Objekt mit dem Namen parser nimmt die Anfrage nach einem Feld z B Akzeptanz von Computern und eventuell festgelegte Einschr nkungen z B nur Werte f r Datens tze mit Geschlecht f entgegen und formuliert daraus eine SQL Abfrage an die eigentliche Datenbank Die Datenbank gibt einen Record zur ck die alle Werte die zur Anfrage passen enth lt Diese Werte werden in einem ersten Durchgang aufsummiert bis das Ende des Records erreicht ist Einige If then Anweisungen dienen dazu ung ltige Werte vor der Summierung zu eliminieren Eine Z hlvar able die mit jedem g ltigen gez hlten Wert inkrementiert wird liefert die Anzahl der aufsummierten Werte Summe und Anzahl ergeben den Mittelwert 187 Im zweiten Durchgang werden mit der Anweisung Do While Not Daten EOF Summe Summe Daten Spalte Mittelw 2 Daten MoveNext Loop Die quadratischen Abweichungen vom Mittelwert aufsummiert Nach Ende des Durchlaufes enth lt die Variable Summe bereits die Variation die direkt an die aufrufende Funktion bergeben werden kann Im Anschluss wird mit Hilfe der bereits ermittelten Anzahl N die Standardabweichung errechnet und bergeben 5 3 3 2 Planung des Vorgehens Die Evaluat on geschieht n einem 3 stufigen Erhebungsverfahren Erste Stufe Explorative Datenerhebun
282. ip Modell oder eine Mind Map zum Thema Management Entscheidungen Man sieht die als K sten ausgef hrten Knoten mit den dazwischen liegenden Kanten die die Beziehungen zwischen den Knoten darstellen F r den technischen Gebrauch wird diese Form der Darstellung allerdings schnell un bersichtlich Dar ber hinaus finden wir in technischen Systemen h ufig Beziehungen zwischen den Systemelementen die sich ein wenige generelle Typklassen einordnen lassen Satz l Wenn technische Systeme in Beziehung zueinander stehen so s nd f r das Verst ndnis des technischen Systems in erster Linie die Austauschbeziehungen von Interesse 2 Austausch in technischen Systemen l sst sich st ndig verallgemeinern auf e Austausch von Stoff S e Austausch von Energie E e Austausch von Information I Man betrachte hierzu das Systemdiagramm im Verst ndnis von Ropohl Environment Socio economical interactions C se Output Subsystem 4 S material E energy Functions l information Abbildung 20 Systemdiagramm nach Ropohl Horst Arp hat 1991 ein Symbolsystem speziell f r die allgemeine Technologie entwickelt Es erweitert die in der VDI 2222 definierte Symbolsprache die bereits eine optische gt Ropohl G Allgemeine Technologie eine Systemtheorie der Technik M nchen Wien Hanser 2 berarbeitete Auflage 1999 gt Arp 1991 53 Trennung von Stoff Energie und Informationsfl ssen durch
283. ird Eine Sch tzung der Steigung genau zum Zeitpunkt t At erfolgt niemals dieser Zeitpunkt wird einfach bersprungen daher der Name Leapfrog Laubfrosch sinngem hier Bockspringen Der Algorithmus l uft wie folgt ab Y t At Y t Y t 0 5Ar Ar Y t 1 5Ar Y t 0 5Ar Y t Ar At Y t 2At Y t At Y t 1 5Ar At USW Man sieht das die Steigungswerte zu den eigentlichen St tzpunkten Y n At durch Sch tzungen des Systemzustandes zu den Zeitpunkten t 2n 1 2 erfolgt diese liegen also symmetrisch m Abstand eines halben Zeitschrittes um den St tzpunkt Der Leapfrog Algo r thmus hat einen hnlichen Fehler wie das verbesserte Euler Verfahren dieser kann aber durch das symmetrische Verfahren nicht systematisch in eine Richtung abdriften 3 1 3 5 Zur Optimierung der Schrittweite bei numerischen Verfahren Eine weitaus einfachere L sung zur Erh hung der Rechengenauigkeit ist auf den ersten Blick dadurch gegeben dass man einfach die Schrittweite zwischen zwei St tzpunkten so weit verringert dass die nderung der Tangentensteigung zwischen den St tzpunkten nur noch verschwindend gering sein kann Zun chst scheint als einziger Nachteil der erh hte Rechen aufwand durch die Zunahme der Iterationen zu entstehen die notwendig sind um eine Rechnung ber einen gegebenen Zeitraum von t t bis T durchzuf hren Auf der anderen Seite tr tt bei jeder einzelnen Iteration ein sogenannter numerischer Fehler
284. ird CGI generell zu einem Mittel der Wahl f r die Visualisierung von Modellen Auf der anderen Seite hat CGI eine Reihe von Nachteilen die einen bewussten Einsatz dieses Werkzeuges erfordern 104 e Zun chst ist die Produktion von m glichst exakten Abbildungen existierender technischer Systeme deutlich aufwendiger als ein Abfilmen derselben Bei unseren bisherigen Projekten rechneten wir erfolgreich mit der Faustregel dass eine Minute CGI um den Faktor 4 teuerer ist als eine Minute Realf lm dabei kann die In format onsdichte dieses Mediums allerdings auch wesentlich h her getrieben werden CGI wird damit zu wertvollem Material und die Arbeitsstunden des Com putergrafikers zu einer Ressource die man besonders planvoll und umsichtig einsetzen muss e Dar ber hinaus f hrt der Einsatz als Mittel zur Visualisierung abstrakter Modellvorstellung naturgem zu einer Darstellung die vom Realobjekt entfremdet ist Dies l sst sich mit erh htem Aufwand beim Design der CGI ausgleichen Allerdings st genau an dieser Stelle der Punkt f r ein sorgsames Abw gen und optimieren des Aufwandes erreicht Abbildung 44 Die mit CGI visualisierte Bewegung der Walze im Modell wird nahtlos in die mit Realfilm aufgenommene Bewegung der Walze im realen technischen System berblendet Durch einen Zoom out kann man nun die Einbaulage der Walze im Ge samtsystem visualisieren Der Vorteil von CGI liegt in der schnellen und bedarfsangem
285. ische Mittel berall dort erhoben werden wo die Sch ler eine Aussage wie z B ich m chte mehr mit dem Phys kbuch arbeiten auf einer Skala von 3 bis 3 bewerten Streuungsma e Streuungsma e geben Aufschluss ber den Grad der Homogenit t oder Heterogenit t der Werte innerhalb der Verteilung Das gebr uchlichste Streuungsma ist die Standardab weichung S Bei vielen Streuungsma en wird das bereits erhobene Ar thmetische Mittel als Bezugspunkt genommen und in irgendeiner Form die Summe der Abweichungen vom Mittelwert gebildet Die Variation ist die Summe der quadrierten Abweichungen vom Mittelwert die auch Fehlerquadrate genannt werden Die Minimierung der Variation ist die Grundlage vieler numerischer Regressionsverfahren Einsichtigerweise steigt die Variation mit der Gr e der Stichprobe weil jeder vom Mittelwert verschiedene Wert der Verteilung die Variation erh ht Um zwei verschieden gro e Verteilungen vergleichen zu k nnen wird die Variation h ufig normiert also durch die Stichprobengr e N dividiert und hei t dann Varianz Das entstehende Ma hat bedingt durch die Quadrierung der Abweichungen vom Mittelwert eine andere Dimension als die Werte der zugrundeliegenden Verteilung Deswegen wird blicherweise die Wurzel der Varianz verwendet dies ist die Standard abweichung S Bei dieser Erhebung wird die Standardabweichung als Ma der Hetero genit t verwendet In einigen F llen wird zus tzlich die Variat
286. ischen Verfahren DYNASYS 0002222222222ssnnnnneeeeeeeeeeennen 36 Abbildung 12 Summe aus systematischem und numerischem Fehler 00000eeeeeeeeeeeenn 42 Abbildung 13 Die vollst ndige Handlung uucccssssssssssssssnnnnsnsnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 45 Abbildung 14 Der Lebenslauf eines technischen Systems sessssssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 47 Abbildung 15 Montage eines Schutzgitters als typischer Lernauftrag neen 48 Abbildung 16 Zusammenbauzeichnung des Gel nderfu es seeeee 49 Abbildung 17 Die Arbeitsablaufplanung der Sch ler sesneneeeeee 50 Abbildung 18 Das fertige Produkt nach dem letzten Arbeits nnnnnnneeeeeeeenn 51 Abbildung 19 Ein Petri Netz zur Darstellung des Zusammenhangs verschiedener Begriffe 52 Abbildung 20 Systemdiagramm nach Ropoh 2220202sssssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 53 Abbildung 21 Struktogramm Darstellung eines Programmes zur Arbeitszeitberechnung 59 Abbildung 22 Programmablaufplan eines Programmes zur Berechnung von linearem Wachstum 59 Abbildung 23 Datenflussdiagramm zum Vorgang Kredit vergeben 64 Abbildung 24 Datenfluss im Teilprozess Kreditrahmen feststellen e 65 Ab
287. ischer Systeme enthalten Bauteillisten oder bereits fertige System ar Abbildung 39 Vortr ge der Dom nen experten Man sollte den Dom nenexperten zun chst die Gelegenheit geben ihren Bereich im freiem Vortrag darzu stellen Das Notieren der Hauptw rter die in diesem Vortrag benutzt werden gibt erste Hinweise auf die darzu stellenden Objekte des Gesamtsystems diagramme z B einen Signalflussplan An dieser Stelle muss daran erinnert werden dass Objekt und System bzw Subsystem aufeinander abbildbare Begriffe sind somit kann 10 Abbot R J Program Design by informal english descriptions Communications of the ACM 26 1983 882 894 In Rechenbersg P Pomberger G Informatik Handbuch M nchen Wien Hanser 2 Auflage 1999 110 Auf diese Art entstehen sog Software Emulatoren mit denen auf modernen PC die f r ltere Microcomputer systeme wie C64 oder Atari geschriebenen Programme lauff hig gemacht werden Hierbei wird der Signal flussplan des alten Legacy Computersystems analysiert und jeder einzelne Microchip des Legacysystems in ein Software Objekt berf hrt das sich genauso verh lt und vom Programm aus genauso ansprechen l sst wie der urspr ngliche Chip 97 ein Systemdiagramm sehr einfach in ein Objektmodell berf hrt werden Dieses Modell muss dann noch um die Eigenschaften Methoden und Ereignisse der einzelnen Objekte bereichert werden Da die Objektori
288. istika d e typisch s nd f r natur wissenschaftliche Vorg nge technische Prozesse sowie die hieran beteiligten Systeme 1 R umliche und zeitliche Ausdehnung 2 Abh ngigkeit von zahlreichen variablen Parametern 3 Fehlende sinnliche Wahrnehmbarkeit Den Studierenden werden beim Erfassen des in der Pr sentation mit konventionellen Medien Dargebotenen hohe Kognitionsleistungen abverlangt Das Erfassen der r umlichen Ausdeh nung eines Systems aus einer flachen Skizze setzt F higkeiten beim Betrachter voraus die 1n dividuell unterschiedlich gut ausgepr gt sind Das Zeitverhalten kann kaum durch eine ein zelne statische Abbildung wiedergeben werden Sind Vorg nge tats chlich nicht beobachtbar ist auch deren Wiedergabe durch Realf lme bzw Fotografien nicht m glich Die teilweise sogar kombinierte Variation von Parametern muss im Kopf des Lernenden geschehen Dies wird nach unseren Erfahrung und in bereinstimmung mit dem Theoriemodell von Piaget erst dann erfolgreich sein wenn der Studierende bereits ber eine rud ment re Modell vorstellung ein Pr konzept verf gt Dieses Pr konzept muss dann durch geistiges Varl eren der Parameter getestet und evaluiert werden bis es sich hinreichend mit der vom Lehrenden pr sentierten Modellvorstellung deckt Leider scheitert der Vorgang allzu h ufig Grund daf r ist nicht nur der hohe kognitive Anspruch den diese Vorgehensweise stellt sondern auch die Tatsache dass dieser geistig
289. it t Eine Schulklasse mit 20 30 Mitgliedern bietet ausreichende M glichkeit f r eine Reihe empi rischer in s tu Erhebung Das Beispielprogramm zeichnet die insgesamt verkauften Ger te in einem Y t Diagramm auf Wie man sieht entspricht die Kurve mit aktiviertem Sozialneid Parameter in ihrem Verlauf einer Sigmoid Funktion mit den 3 Phasen e Markteinf hrung Anlaufzeit ohne starke Verk ufe e verkaufsstarker Zeitraum der Durchbruch auf dem Markt e und Markts ttigung Es st denkbar n der Lerngruppe mit einer internen Umfrage den Verlauf der Markeinf hrung eines vergleichbaren Trendproduktes zu bestimmen und mit dem Verlauf der Kurve zu vergleichen Dabe k nnen ohne Indiskretionen von den Sch lern zu verlangen z B ber die H he des Taschengeldes bei jedem einzelnen die wesentlichen Eckpunkte der drei Phasen bestimmt werden n mlich die tats chlich verf gbaren Ger te Die Sozialparameter in der Software Taschengeld Taschengeldstreuung und Sozi alneid k nnen in der Folge von den Sch lern variiert werden bis das Software Modell in seinem Verhalten dem realen Verlauf in zufriedenstellender Weise entspricht Im Anschluss ist reich lich Gelegenheit zur Diskussion gegeben Auch das zugrundeliegende Modell kann an einigen Punkten modifiziert werden Ins besondere sind mehrere Variationen sind denkbar wie der Faktor Sozialneid zu einer Ver nderung der pers nlichen Bedarfswahrnehmung f hren
290. it nachgeschlagen werden k nnen So musste sie daran erinnert werden dass die Inhalte der Klausur auf den Ergebnis sen der Gruppenarbeit ersichtlich an der Verschriftlichung beruhen und nicht einfach dem Lernmodul entnommen werden 5 4 5 3 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Regelungstechnik Es fiel auf dass alle Sch ler der einzelnen Gruppen die kurzen Texte dieses Informationsteils wesentlich aufmerksamer lasen Dies manifestiert sich auch in der hohen Verweilzeit bei den entsprechenden Hyperkarten Seinen Grund hat dies offenbar bei den Erfahrungen die die Sch ler bei der Bearbeitung der Leitfragen zum Teilgebiet Elektrotechnik gemacht haben Bei der Diskussion der Gruppenmitglieder untereinander ber die Informationen auf der Hyper karte h rte man w rtlich den Satz Guck mal das kommt bestimmt gleich als Frage Die Sch ler haben dort offenbar schon aus der Betonung innerhalb des Textes wahrgenommen welche Passagen besonders relevant s nd Die Sch ler gingen sehr effizient und engagiert an die Bearbeitung des Fragenkataloges Auch hier wurden aber die l ngeren Texte offenbar nicht zu Ende gelesen bei der Gruppe Platoon resultierte dies in zwei Fehlern bei der Bearbeitung des Lernmoduls Nachdem die Hilfe des Lehrers angefordert wurde stellte sich die Vorkenntnis von Patricia als Fehler quelle heraus aus dem Biologieunterricht kannte sie bereits den Begriff des Sollwertes Im Verlauf der Unterrichtsreih
291. ium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Technik Frechen Ritterbach Verlag GmbH 1999 Seite 39 Aebli H Zw lf Grundformen des Lernens Eine Allgemeine Didaktik auf psychologischer Grundlage Stuttgart Klett Cotta 10 Auflage 1998 Seite 195ff Dewey J The Analysis of a complete Act of Thought In How we think New York Heath 1910 45 Die vollst ndige Handlung besteht aus folgenden Schritten l Zielsetzung Bei allen an der Handlung Beteiligten soll eine klare Vorstellung engl besser Vision existieren welches Ziel erreicht werden soll Kriterien f r ein erfolgreiches Erreichen des Zieles sollen hier formuliert werden um zur Kl rung der Zielvorstellung beizutragen In der Planungsphase werden alle Informationen zusammengetragen die zur Erreichung des Zieles hilfreich sein k nnen dies schlie t auch die Suche nach bereits existierenden Probleml sungen ein In der Auseinandersetzung mit den Informationen sollen Ideen f r verschiedene L sungswege gesammelt werden Nun muss im Konsens mit allen Beteiligten die Entscheidung gef llt werden welcher L sungsweg konkret beschritten werden soll Die alternativen L sungswege k nnen als Ausweichm glichkeit zur ck gehalten werden falls eine erneute Entscheidung stattfinden muss Wichtig
292. jekt auch die Verantwortung f r die korrekte und vollst ndige Ausf hrung dieser T tigkeit im Gesamt system Andere Objekte m ssen Nachrichten an das Objekt senden das ber die Methode 71 verf gt wenn die Methode zur Ausf hrung kommen soll In Diagrammen w e dem Sequenz diagramm wird das Senden einer Nachricht vom anfordernden Client Objekt zum die Methode bes tzenden Server Objekt als ein Pfeil bezeichnet der vom Client zum Server gerichtet st Wenn die Aufgabe der angeforderten Methode ist einen Wert an das Client Objekt zur ck zuliefern so kehrt sich damit die Richtung des Informationsflusses verglichen mit dem System der Allgemeinen Technologie nach Ropohl und verglichen mit der VDI 2222 um Diese Darstellungsweise geht aber konform mit der Bezeichnungslogik von Petri Netzen Methoden werden in Anlehnung an die UML klein geschrieben Bei Begriffen die aus mehreren W rtern zusammengesetzt sind werden die dem ersten Wort folgenden Worte gro geschrieben auch dies konform mit der von Booch 1994 vorgeschlagenen und in die UML bernommenen Notation Visualisierung der Ereignisse Ereignisse werden n bisher vorhandenen Notationssprachen nicht explizit n Klassen symbolen dargestellt weder d e Entwurfsmethode nach Booch noch nach Jacobson noch die UML weist Ereignisse deutlich aus Naturgem enth lt auch die Methode der Strukturierten Analyse nach DeMarco und das Konzept der Allgemeinen Technologie bzw
293. jeweils nur den Fluss einer Gr e visualisieren Ward und Mellor verdeutlichen dies am Flussplan eines Badezimmers Dort sind verschiedene Einrichtungen miteinander zu verbinden wobei die Flussgr en Wasser und elektrische Energie sind Jedoch das Zeichnen beider Systeme in ein einzelnes Diagramm w rde entweder zwei verschiedene Symbole f r die zwei verschiedenen Verbindungsarten Elektrizit t und Wasser oder die Kennzeichnung der Verbindung d h der Kanten zwischen den Knoten des Graphen Anm erfordern um d e Verbindungsart zu kennzeichnen Das resultierende Diagramm w rde f r viele verschiedene Verbindungen schwierig zu lesen sein Durch Darstellung der beiden Verbindungsarten in zwei Modellen wurde die gesamte visuelle Komplexit t die ein einzelnes Modell aufweisen w rde reduziert und es wurde die Verwendung derselben Symbole f r Wasser und elektrische Verbindungen erm glicht Letztendlich wurde die Integration der beiden Modelle durch Darstellung der Wasser und Elektrizit t ben tigenden Ger te in beiden Modellen erreicht Diese kontrollierte Redundanz macht es leicht zu erkennen wie die beiden Modelle zur Darstellung des gesamten Systems zusammenpassen Dem gegen ber steht scheinbar der Ansatz der allgemeinen Technologie der sich bem ht e n technisches System mit Hilfe der Fl sse von Stoff Energie und Information durch das System darzustellen Hier findet man in entsprechenden Diagrammen z
294. k die Drehzahlregelung eines Generators als Leitexperiment gew hlt 000eeeeeeeeeeeennn 135 Abbildung 53 Die Hauptlast der Programmiert tigkeit wird von Studierenden der Lehramtsstudieng nge Physik und Technik getragen Damit wird gezielt die Gestaltungs und Anwendungskompetenz im Bereich neuer Lernmedien gef rdert eeeen 141 Abbildung 54 der einzubeziehende Kontext eines Medieneinsatzes in Anlehnung an Klafk 143 Abbildung 55 Ein Referent nutzt eine COLEEN Komponente zur Unterst tzung seines Vortrages 147 312 Abbildung 56 Nachdem s e durch den Vortrag mit der enthaltenen Komponenten instruiert worden sind bedienen die Studenten gezielt den Experimentalaufbau In der Mitte der Beheizte Glaszylinder des StirliNE MOTOTS anna Ben 148 Abbildung 57 Der Dozent greift an dieser Stelle ein um mit H lfe der Computersimulation noch einmal das Zusammenwirken von Hubraum Verdichtung und Wirkungsgrad zu erl utern 149 Abbildung 58 Im Anschluss an seinen Vortrag hat der Referent eine schriftliche Ausarbeitung abzuliefern Wird diese im HTML Format erstellt kann er auf alle Komponenten zugreifen und diese als interaktive Elemente n seine Ausarbeitung einbinden Die Ausarbeitung wird mit indie COLEEN Datenbank integriert an aan 149 Abbildung 59 Analyse eines existierenden Software Modells Auszug aus Sch lerheft 160 Abbildung 60 Einf hrun
295. ke zu messen Die Idee wurde durch den Lehrer dazu erg nzt dass die Sch ler sich in mehreren gleichen Abst nden gew hlt wurden 2 m aufstellen Es wurde jeweils mit den n den Armbanduhren der Sch ler integrierten Stoppuhren die Zeit vom Start des Wagens durch den in der Abbil dung kn enden Sch ler bis zur Vorbeifahrt an der ausgestreckten Fu spitze gemessen Das von der Lerngruppe erstellte Konzept sieht vor die Zeitabschnitte 7 f r das Durchfahren der Abschnitte von jeweils 2 m dann jeweils durch Differenzbildung zu ermitteln Dorn F Physik Hannover Schroedel 1983 164 Abbildung 62 Stoppuhrmessung Man beachte die Aufstellung der Sch ler links an Messpunkten in Abst nden von 2 m Hiermit wird bewu t eine Analogie zur der diskreten Verschiebung des Objektes auf dem Bildschirm hergestellt 2 Schienengebundener Wagen mit elektrisch zeitgetakteter Messvorrichtung Auf einer Metallschiene gleitet reibungsarm ein Metallwagen im Bild rot zu sehen auf Rollenlagern W hrend der Bewegung m Bild von links nach rechts z eht er einen Streifen Cadmiumpap er durch eine zeitgetaktete Messvorrichtung Die Zeit Weg Registrierung funktioniert dergestalt dass in einem einstellbaren Zeitintervall von t 100 ms oder 20 ms durch einen Induktionssto kurzzeitig eine elektrische Spannung zwischen zwei Kontakten angelegt wird Das Cadmiumpapi er gleitet w hrend der Messfahrt zwischen den beiden Kontakten und verf
296. keiten Gutachter des European Academic Software Award EASA Andre Bresges 316
297. kierung Die Systemgr en zu denen m Modell eine grafische Verbindung besteht werden im Feld Eing nge dargestellt andere Variablen als die in diesem Feld ge zeigten k nnen nicht f r Ausdr cke innerhalb dieses Dialogfeldes verwendet werden und werden vom internen Spell checker abgewiesen Mit hnlichen Dialogfeldern k nnen auch Werte f r exogene Gr en und Startwerte f r Zustandsgr en zugewiesen werden Im Anschluss an die Eingaben kann das System verhalten simuliert werden Die Modellbildungswerkzeuge stellen eine Reihe von Tools zur Auswertung bereit u A Diagramme f r den zeitlichen Verlauf einer Variablen und Phasendiagramme E Feitdiagramm duffing dyn Abbildung 8 s v Phasendiagramm des Duffing Oszillators DYNASYS Die Abbildungen zeigen die Weg Zeit Beschleunigung Zeit und Geschwindigkeit Weg Diagramme die das Modellbildungssystem nach der Eingabe der exogenen Gr en und der 32 Startwerte f r die Zustandsgr en erstellen k nnen ohne das von Seiten des Bedieners eine Programmierung erfolgen muss Man erkennt deutlich das typische Verhalten des Duffing Oszillators sich nach einer endlichen Zahl von Perioden stabil in der N he eines der beiden Attraktoren einzuschwingen Mit dem Modellbildungssystem kann nachgewiesen werden dass es von mikroskopischen nderungen der Eingangsbedingungen Zustandsgr en und exogene Gr en abh ngt f r welchen der beiden Attraktoren s ch der Duffing
298. l einer Sammlung experimentalpraktischer Versuche zum Thema Rege lungstechnik Die Sch ler bearbeiteten die Versuche weitgehend selbstst ndig unter Anlei tung des Lernmoduls Das Vorgehen Verhalten und die Kommentare und Reaktionen der Sch ler wurde m dritten Teil dieses Kapitels dokumentiert und ausgewertet 5 2 Erster Teil Praktische Erprobung der Objektorientierten Modellbildung im Projekt COLEEN Komponentenbasierte Lernsoftware f r die Lehrerausbildung Physik und Technik in den Sekundarstufen I und Il sowie Lernbereich Sachunterricht Naturwissenschaften Technik und f r die integrierten Studieng nge Physik Diplom I und II 5 2 1 Problemhintergrund und Aufgabenstellung des Projektes 5 2 1 1 Mehrfache Nutzung des fachlichen Grundlagenwissens Die beteiligten F cher bieten die Lehramtsstudieng nge f r die Sekundarstufen I und II in den F chern Physik und Technik dar ber hinaus an der GMU Duisburg die Vorlesungen Experimentalphysik I IV f r die Studieng nge Physik Diplom VII und an der GHS Essen Lehrveranstaltungen f r das Fach Sachkunde Naturwissenschaft Technik im Lehramts studiengang f r die Primarstufe an Eine Reihe von Grundlagen spielen dabei in allen betei ligten F chern eine bedeutende Rolle Grundlagen der Mess Steuerungs und Regelungstechnik Diese Grundlagen sind zum experimentell analytischen Vorgehen bei der quantitativen Erfassung naturwissenschaftlicher Ph nomene ebenso wic
299. lassendiagrammen bei der Arbeit mit Gruppen die nicht mit UML vertraut sind zu verzichten Die Einf hrung und Nutzung von Assoziationen sind bei der programm er technischen Umsetzung fr h genug angesetzt wenn hre Darstellung berhaupt notwendig sein sollte Kollaborationsdiagramm Die Objekte eines Systems arbeiten zusammen um die Funktion des Systems zu erf llen Beispiel sind zum Beispiel die verschiedenen Objekte die zusammen das System einer Am pelsteuerung bilden Alle diese Objekte haben bestimmte Eigenschaften und Methoden mit 93 denen sie zum Gesamtsystemverhalten beitragen und reagieren in definierter Art auf be stimmte Ereignissen Die Zusammenarbeit zwischen den Objekten eines Systems beschreibt das Kolla borationsdiagramm Hierbei werden die Objekte w ederum durch rechteckige Felder dargestellt die mit dem Namen ihrer Klasse bezeichnet sind Die Klassendiagramme mit ihren eingezeichneten Eigenschaften Methoden und Ereignissen k nnen direkt bernommen werden Dies ist sinnvoll um sich bei der Modellierung des komplexen Systems ber die Eigenschaften und Methoden der Objekte bewusst zu bleiben Es ist jedoch genauso m glich die Darstellung der Eigenschaften Methoden und Ereignisse in den 3 unteren horizontalen Abschnitten des Klassendiagramms entfallen zu lassen Es verbleibt dann ein Rechteck das den Namen der Klasse enth lt zu der das Objekt geh rt Kollaborationsdiagramme unter Wegfall der eingez
300. lemstellungen eingrenzen und Probleme strukturieren 2 Anforderungen an ein Modell aufstellen 3 Ein reduziertes Modell f r die Problemstellung definieren 4 Eine erste L sungsstrategie entwerfen Die Autoren der Richtlinien heben ausdr cklich den didaktischen Vorteil der Objektorientierung hervor da hierbei die relevanten Objekte in vielen Phasen gleich sind und der Entwicklungsprozess spiralf rmig verl uft Zentrale und herausragende Gesichtspunkt bei der Modellerstellungen in der Informatik 1 Die Beschreibung des Modells geschieht kollaborativ durch eine gro e Personengruppe Schon die Entwicklung eines Softwaremodells mittlerer Gr e ist ein komplexer Prozess und verlangt die Mitarbeit e von sp teren Anwendern e von Softwareentwicklern und e von Geldgebern die ber die Liefertermine und das zur Verf gung stehende Budget entscheiden Sowohl das Modellbildungswerkzeug als auch der Prozess der Modellerstellung muss also f r Gruppenarbeit geeignet sein Das hei t z B die Modellierungssprache muss aus einfachen Symbolen aufgebaut sein die sowohl an einer Tafel gezeichnet als auch mit dem Computer gesetzt und elektronisch dokumentiert und verschickt werden k nnen die Symbole m ssen sich schnell erfassen lassen und man sollte sie einfach re arrang eren k nnen um ver schiedene Varianten durchzuprobieren 6 Ebd 6 Ebd Seite 12 56 2 An die Eindeutigkeit und die Verst ndlichkeit des Modells durch Nic
301. len Oberstufe zu qualifizieren d h den Abschluss FOR Q FachOberschulReife Qualifiziert zu erhalten Es ist daher mit einer Lernmotivat on zu rechnen die ber der des normalen Pflichtkurses G Kurs Physik in der gleichen Jahrgangsstufe liegt Gleichzeitig kann man aufgrund der Lernvorgeschichte der Sch ler die schlie lich zur Qualifikation f r den E Kurs gef hrt hat mit etwas besser ausgepr gtem mathematischen Verst ndnis und besser verankertem physikalischen Vorwissen aus der Jahrgangsstufe 8 rechnen Diese Unterschiede sind aber gradueller Art im brigen muss man mit der f r Gesamtschulen typischen hohen Heterogenit t der Lerngruppe rechnen Dies macht eine anspruchsvolle Binnendifferenzierung notwendig 5 3 1 4 Bedingungsanalyse Vergleichsgruppe Bei der Vergleichsgruppe handelt es sich ebenfalls um zwei E Kurse der gleichen Gesamtschule mit insgesamt 28 Sch lern Die beiden Kurslehrer f hren ihren Unterricht parallel zum Unterricht der Labor Lerngruppe durch Sie richten sich dabei weitgehend nach dem Lehrbuch Cornelsen CVK Physik f r die Jahrgangsstufe 9 10 Der Unterricht der beiden Lehrer ist reich an physikalischen Experimenten F r die Lerngruppe der beiden E Kurse gilt m brigen das f r die Labor Lerngruppe bereits gesagte 5 3 1 5 Bedingungsanalyse Feldversuchsgruppen Im Feldversuch sollten die bei der Laboruntersuchung gewonnenen Erkenntnisse mit einer gr eren Stichprobe von Sch lern und einer
302. ler der Klasse ein Handy dieses Modells erstanden hat Voraussetzung daf r ist dass der So z alneid Parameter eine von 0 verschiedene Einstellung erh lt Je nach St rke des Sozial neid Parameters treten explosionsartige Erh hungen des Handy Absatzes in der s mulierten Schulklasse auf Damit wird das Modell auch f r den Einsatz im soz alwissenschaftlichen Unterricht brauchbar und erkl rt dort Ph nomene wie e die bekannte Fr hjahrsmode und andere Modeerscheinungen e die Existenz von Lifestyle Produkten e sozialpsychologische Probleme wie z B den Gruppenzwang Gruppenzwang hier in seiner Auspr gung als Konsumzwang ist f r Jugendliche immer ein ernstzunehmendes Problem gewesen das bis zum psychischen Komplex oder bis zur Angst vor sozialer Ausgrenzung f hren kann Auf der anderen Seite zeigt die Simulation welch ein m chtiger Wirtschaftsfaktor der Sozialneid darstellt Die Auseinandersetzung mit dieser Si mulation k nnte m Unterricht geeignet eingesetzt das Bewusstsein von Jugendlichen daf r sch rfen wie gut Konzerne das Spiel mit Mode Image und Neid zur Verbesserung ihrer Absatzlage zu nutzen verstehen 5 6 3 3 Der Aufbau der Software Simulation Der Markt f r Mobilfunkger te so wie er in der Simulation dargestellt wurde besteht aus 3 Klassen von Objekten und den daraus abgeleiteten Instanzen e Der Klasse Firma Die Firmen stellen die Ger te her und liefern sie an den Handel Glei
303. lern eingesetzt Bei Auftreten einer Exception springt das Programm zu einer definierten Marke an der der Programmierer Ma nahmen vorsehen kann die das Programm wieder in einen stabilen Zustand berf hren k nnen 3 Schmuller 2000 Seite 26 60 V iktorian schen Romans Victorian Novel der stellvertretend f r d e Klasse der text orientierten Spezifikationen aus der Zeit vor dem Durchbruch der strukturierten Analyse DeMarcos steht We have to stop writing Victorian novel specifications enormous docu ments that can only be read from start to finish 3 3 2 Strukturierte Analyse und modulare Programmierung 80er Jahre Das Verfahren der strukturierten Analyse wurde 1978 von Tomas DeMarco publiziert und war damit das erste einigerma en verbreitete und konsensf hige Modell mit dem Software Analyse systematisch spezifiziert werden konnte F r Tomas DeMarco waren die Probleme der Entwicklungsdokumente der 60er und 70er Jahre e zu hohe Redundanz der Information e zu hohe Wortlastigkeit e zu hohe Ausrichtung auf die physikalische Struktur des Computersystems Implementationsdominierung e zu hohe Anstrengung beim Lesen und Schreiben DeMarco beschreibt folgenden Ansatz als Grundlage seiner strukturierten Analyse Offen sichtlich ist die Analyse eines Systems umso komplexer je gr er das System ist Wir k nnen nicht viel tun um die Gr e eines Systems zu limitieren aber es gibt intell
304. lform noch deutlich ein fundamentales Prinzip des Handelns ableiten Am Ursprung jeder Handlung die zu einem s nnvollen Ergebnis f hren soll steht ein Konzept ein Begriff eine sinnvolles Modell von Verlauf Ziel und Ausgang der Handlung Erst wenn das Handeln des Sch pfenden m Einklang mit dieser vor Stellung steht ist er n der Lage in die urspr ngliche Unordnung Struktur zu bringen Nestle E Hrsg Novum Testamentum Graece Stuttgart 1 Auflage 1898 Hebr isch Tohu Wa Bohu Vergleiche hierzu auch Genesis 1 2 1 4 8 Bei Goethe k nnen wir lesen was f r das menschliche Handeln folgt wenn es nicht mehr durch dieses Prinzip geleitet wird Goethe ist auch die verk rzte bersetzung von Logos nicht entgangen so l sst er seinen Dr Faustus ber den gleichen Zeilen br ten Geschrieben steht Im Anfang war das Wort Hier stock ich schon Wer hilft mir weiter fort Ich kann das Wort so hoch unm glich sch tzen Ich muss es anders bersetzen Wenn ich vom Geiste recht erleuchtet bin Geschrieben steht m Anfang war der Sinn Bedenke wohl die erste Zeile Dass deine Feder s ch n cht bereile Ist es der S nn der alles w rkt und schafft Es sollte stehn m Anfang war die Kraft Doch auch indem ich dieses n ederschreibe Schon warnt mich was dass ich dabei nicht bleibe Mir hilft der Geist Auf einmal seh ich Rat Und schreib getrost Im Anfang war die Tat Deutlich markiert ist die Stelle
305. lich die Konzepte des Probleml sens bei der Softwareentwicklung erfolgreich vermittelt werden k nnen anstatt wie sonst vor allem die Details einer Programmiersprache Ein wichtiges Merkmal der UML ist ihre M glichkeit sich unterschiedlichsten Komplexi t tsn veaus anzupassen W hrend mit einem vereinfachten Symbolschatz bereits n der 10 Klasse effizientes Arbeiten mit Sch lern m glich ist Vergleiche die Erprobung Unterrichts reihe Einsatz Objektorientierter Modellbildung bei der Analyse technischer Systeme im Technikunterricht der Jahrgangsstufe 10 im vierten Kapitel dieser Arbeit ist UML f r Techniker und Software Ingenieure heute ein verbreitetes und anerkanntes Mittel zur technischen Kommunikation Diejenigen die bereits in der Schule die Grundlagen von UML bei ihren Probleml sungen nutzen haben damit den Vorteil fr hzeitig eine aufwuchsf hige Methode kennen gelernt zu haben die sie bei einer Vielzahl m glicher Ausbildungswege und T tigkeiten in Informatik Naturwissenschaft und Technik begleiten wird Wie bereits eingangs erw hnt ist die Entwicklung der Objektorientierung durch eine Vielzahl konkurrierender und sich erg nzender Methoden und grafischer Modellierungssysteme gepr gt worden Auf die Vielzahl der Ans tze einzugehen w rde den Rahmen dieser Arbeit sprengen statt dessen soll die Auseinandersetzung mit den Objektorientierten Modellbildung in der Informatik vorwiegend anhand der Unified Modeling Lan
306. ll eine Darstellung des theoretischen Hintergrundes sein Die Sch ler wurden in der ersten Stunde der Reihe ber diese Anforderung informiert es war al lerdings zu diesem Zeitpunkt nicht m glich weitergehende Fragen zu kl ren da die Sch ler ja mit den Versuchen noch nicht vertraut waren Aus diesem Grund wurde die Gruppenarbeit durch regelm ige Gespr chsrunden m Plenum zu unterbrochen Diese Gespr chsrunden dienen 1 Dem Erfahrungsaustausch der Gruppen 2 Der R ckmeldung zum Lehrer ber die Qualit t der einzelnen Medien 3 Dem Abgleich des Wissenstandes der einzelnen Gruppen 4 Der Suche nach einem Konsens ber die f r das Protokoll relevanten Erkenntnisse 5 Der Kl rung von Fragen der Sch ler zu meinen Anforderungen an die Protokolle n Bezug auf den konkret durchgef hrten Versuch 5 4 5 Durchf hrung der Unterrichtsreihe 5 4 5 1 Einstieg und Kl rung der Aufgabenstellung 1 Stunde Die Unterrichtsreihe begann mit einem kurzen Rundgang durch den Kursraum wobei den Sch lern die Ger te gezeigt wurden mit denen sie die n chsten Stunden arbeiten sollen Die meisten Ger te sind ihnen vom Sehen bekannt ein Motor Generator Satz stand seit l ngerem f r meine pers nliche Vorbereitung auf dem Tisch bei den Rechnern und wurde schon mehrfach von den Sch lern interessiert begutachtet Mit weiteren wichtigen Ger ten wie Netzteil Multimeter und ESTU System und den Visual Basic PC haben die Sch ler schon gear
307. llkraft die f r das chaotische Verhalten des Duffing Oszillators verantwortlich ist Die DGL f r den Duffing Oszillator hat die Form 1 ms Ds Rs Cs wobei o Ds die R ckstellkraft des einfachen Fadenpendels ist Annahme anders als in der Abbildung geringe Ausschl ge so dass sin x tan x x o Rseine schwach d mpfende Reibungskraft die als proportional zur Geschwindigkeit angenommen wird o Cs die Nichtlinearit t die durch das Potential der Magnete hervorgerufen wird Nach Division durch m und Substitution von r R m an Dim B C m v a S5 Ergibt s ch f r a der Ausdruck 2 a rv s ps Im DYNASIS Modell von P Goldkuhle wird der Zusammenhang der Zustandsgr en s und v ber a als Zwischengr e dargestellt und hervorgehoben als alpha hergestellt wobei die Zwischengr e a von den exogenen Gr en r B und abh ngig ist Die Modellbildungs werkzeuge verf gen ber Dialogfenster und Assistenten mit deren Hilfe sowohl die Ver nderungsgr en als auch die Zwischengr en durch einen Ausdruck mit einen oder mehreren Abh ngigkeiten beschrieben werden k nnen Objektdialog X Funktionen Eing nge Y k r woz Abbrechen Abbildung 6 Objektdialogfeld von DYNASYS 31 Die Abbildung zeigt das Objektdialogfeld von DYNASYS es kann komplett mit der Maus bedient werden Im unteren Feld st der Zustandsgr e alpha der Ausdruck 2 zugewiesen worden Mar
308. llt das von jedem Sch ler zu bearbeiten und unter seinem eigenem Namen abzugeben ist Auf dem Arbeitsblatt ist im rechten Bereich eine Abbildung der Schule die mit einer Digital kamera aus einer gut geeigneten Beobachtungsposition auf dem Schulhof geschossen wurde Markante Elemente der Fassade wie die zur Wegbestimmung hilfreichen Fensterb nke sind auf der Abbildung gut zu erkennen Die Sch ler wurden auf dem Arbeitsblatt schriftlich aufgefordert einen Versuch zu entwerfen mit dem die Eigenschaften des bereits erstellte Software Objektes an der realen Bewegung eines frei fallenden Objektes berpr ft werden k nnen Diese allgemeine Zielsetzung wurde durch eine differenzierte Fragestellung erg nzt a entsprechen die Bewegungen des Software Objektes Moorhuhn berhaupt der Bewegung eines fallenden Gegenstandes b wie muss man die Parameter des Programms anpassen damit das Software Objekt auf dem Bildschirm m glichst gleich schnell w e der Gegenstand f llt In dem Fragenteil b war wiederum eine Referenz auf den Parameter enthalten den die Sch ler als elementaren Programmbestandteil der Simulation kannten und mit deren Bedeutung sie gut vertraut waren Einige Testfragen im Vorbereitungsgepr ch mit den Sch lern stellten sicher dass den Sch lern die Identit t des auf dem Blatt referenzierten Parameters mit dem Software Bestandteil klar war 174 Es wurde weiterhin auf dem Blatt vermerkt dass auf eine Reihe
309. ln Grundbegriffe der Messtechnik Sensoren und Messger te Daten bertragung Steuern von Prozessen Grundbegriffe der Regelungstechnik Regelkreise Regler Regelstrecken Komponentensammlung Grundlagen der Thermodynamik Grundbegriffe der Thermodynamik W rmelehre Energie und Entropie Kreisprozesse Hohlraumstrahlung Komponentensammlung Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik Reflektion Totalreflektion Dispersion Absorption Bandbreite bertragungsrate Lichtwellenleiter 130 5 2 3 Beschreibung der Projektergebnisse Erstellte Software 5 2 3 1 Gesamtdarstellung Die m Projekt Komponentenorientierte Lernsoftwareentwicklung erstellten Softwarekom ponenten sind in das Component Oriented LEarning ENvironment eingeordnet worden Dabei handelt es sich um ein wissensbasiertes System das im Intranet der beteiligten F cher und im begrenzten Rahmen auch im Internet zur Verf gung steht Der Zugang zu den Ressourcen kann erfolgen l ber eine LOM Datenbank in der die in COLEEN enthaltenen Informationen nach dem Learning Object Metadata Standard des Learning Technology Standards Comittee der IEEE http ltsc ieee org klassiert enthalten sind und eine Metasuche nach Stichworten vorgenommen werden kann 2 ber eine grafische Repr sentation des Wissensnetzwerkes mit der die Bez ge der Komponenten untereinander dargestellt werden k nnen Welcome to COLEEN CMap Service This page cove
310. ln f r Logarith musfunktionen stark vereinfachen und wir erhalten t I KR 5X Be RX t amp Y K xll e Ein PT Glied reagiert daher auf einen St rsprung bei t 0 mit einem Anstieg des Ausgangs signals beginnend mit dem Anfangswert Y 0 denn e 1 Der Anstieg folgt dabei einer umgekehrten Exponentialfunktion Der Anstieg wird mit zunehmendem t schw cher und n hert sich einem Grenzwert an F r gro e Zeiten t gt geht die Exponentialfunktion gegen 0 als Grenzwert bleibt dann X x also ein Wert der erwartungsgem proportional zur Eingangsgr e ist 5 4 4 7 Effekte die im geschlossenen Regelkreis auftreten k nnen closed loop Betrach tung Bei den Vorversuchen fiel die relativ gute Regelbarkeit der Strecke auf Bei nicht zu hoher Last am Ausgang des Generators konnte der einfache P Regler die St rung nach einiger Zeit bis auf eine deutliche bleibende Regelabweichung ausregeln Auch wenn dieses Verhalten nicht ideal ist eignet es sich doch gut dazu die Begriffe der Ausregelzeit Zeit bis die Regel gr e nach Aufschaltung eines St rsprungs in wieder in einen vorgegebenen Toleranzbereich eintritt und der bleibenden Regelabweichung zu verdeutlichen Viel mehr ist von einer einfachen P Regelung an einer PT Strecke auch nicht zu erwarten da weder beim Regler noch bei der Regelstrecke ein I Ante l zu finden ist der die Regelgr e in endlicher Zeit auf den Sollwert f hren k nnte Daher bl
311. log zum Vorgehen n der allgemeinen Technologie durch Wirkungslinien dargestellt Ein Regel kreis ist in Abgrenzung zu einer Steuerung dadurch gekennzeichnet dass diese Wirkungs linien zusammen mit den Funktionsbl cken einen geschlossenen Wirkungsweg bilden Dabei findet eine R ckkopplung statt Um eine der Definition einer Regelung entsprechende Angleichung der Regelgr e an die F hrungsgr e zu erreichen wirkt des Ausgangssignal eines Gliedes im schw chenden Sinne auf den Eingang eines anderen Gliedes zur ck Man 1 DIN 19226 Regelungstechnik und Steuerungstechnik Begriffe und Benennungen Berlin K ln Beuth 1968 Seite 3 244 spricht hier auch von einer Gegenkopplung in Abgrenzung von einer Mitkopplung bei der das Ausgangssignal im verst rkenden Sinne zur ckwirkt Unter ung nstigen Umst nden kann es m Zusammenwirken der einzelnen Glieder eines Reglers dennoch zur Mitkopplung kom men was n der Regel zu einer Instabilit t des Reglers zu Schwingungen usw f hren kann 5 4 4 5 Begriffsbestimmungen Die beiden wesentlichen Glieder eines Regelkreises sind die Regelstrecke und die Regel einrichtung Die Regelstrecke st nach DIN derjenige Teil des Wirkungsweges welcher den aufgabengem zu beeinflussenden Bereich der Anlage darstellt Im Gegensatz dazu bil det die Regeleinrichtung eine Ansammlung von Ger ten die unmittelbar f r die aufgaben gem e Beeinflussung der Strecke ben tigt werden
312. lus element factor setkd to x t Display AR SE Abbildung 53 Hardware Im Bereich Informations umsatz wurde eine Problem DE output to stellung aus der Regelungstech Voltage reduction N rn ann DE _ tors als Leit less than SY current to Zr experiment gew hlt Die Diagramme controlling nalog Distal Converter consists of zeigen neben dem generellen i Aufbau die Sbit serial output to Comparating Operational Ampliber Probleml sungs ebenen im Hard und Measurement and Control FC Softwarebereich 135 Tabelle Komponenten des Themenbereiches Messtechnik Technische Funktionsbeschreibung Ausf hrung Ansteuerungskomponente Interaktiv mit Hard ActiveX Ohne dass sich der f r Messinterface und Softwareschnitt Designer um Parameter stelle der Schnittstelle und deren Initialisierung k m mern muss kann er durch einfache Anweisungen auf das Messinterface zugreifen Fehler werden abge fangen Die Komponente ist Teil der Vorleistung des Faches Technologie und Didaktik der Technik an der Universit t Duisburg Bezeichnung Kategorie Dokumentationen zum Dokumentation Text Dokumentation zum Ein Einsatz des Interfaces satz der Ansteuerungs komponente f r die Fern steuerung und Fernmes sung einer Solaranlage Bereich Informations umsatz Plotter Interaktiv mit Soft ActiveX Komfortables Control f r wareschnittstelle x y bzw x t Dia Eingangsgr en x gramm
313. m Bereich der Modellprogrammierung der Sachanalyse der Bild oder der Videoschnittbearbeitung Abbildung 54 Die Hauptlast der Programmiert tigkeit wird von Studierenden der Lehramtsstudieng nge Physik und Technik getragen Damit wird gezielt die Gestaltungs und Anwendungskompetenz im Bereich neuer Lernmedien gef rdert Der Projektteil am Standort Duisburg wurde von einer Lenkungsgruppe bestehend aus Herrn Prof Harreis Herrn Prof Treitz und mir gef hrt Externer Kooperationspartner des Projektes war die Willy Brandt Schule Gesamtschule der Stadt M lheim an der Ruhr Herr Klatte und das Helmholtz Gymnas um Essen Herr Nowak Der Einsatz und die Erprobung der Komponenten im naturwissenschaftlichen und technischen Unterricht der W lly Brandt Schule dient dem Nachweis der bertragbarkeit auf den Unterricht allgemeinbildender Schulen wobei die Softwareumgebung der Komponenten den Unterrichtsbedingungen und Unterrichtsvoraussetzungen angepasst werden kann Die Ansprechpartner der angeschlos senen Schulen begleiten das Projekt gleichzeitig als Qualit tspaten Entwicklungsablauf einer Lernsoftwarekomponente Duisburg Der Entwickler entscheidet s ch f r einen Gegenstand aus den oben genannten Themen bereichen und f hrt eine qualifizierte Sachanalyse einschlie lich Literaturerhebung durch Er stellt vor der Lenkungsgruppe seine Auswahl dar und beleuchtet dabei die Gegenwarts die Zukunfts und die exemplarische Bedeutung
314. m ganze filmwissenschaftliche Bibliotheken gef llt worden Die H2 Das Problem Informationen in einer geeigneten zeitlichen Abfolge mit unterschiedlichen Graden der Akti vierung des Rezipienten zu vermitteln ist dar ber hinaus sehr verwandt mit den didaktisch methodischen Ent scheidungen die Lehramtsanw rter in der zweiten Phase ihrer Ausbildung bei der Vorbereitung von Unterrichts stunden und Unterrichtsreihen treffen m ssen Auch hier wird vielfach eine tabellarische Darstellung des geplan ten Unterrichtsverlaufes gew hlt die die Ziele Inhalten Methoden und Medien der jeweiligen Unterrichts 106 Dramaturgie von Filmen folgt im allgemeinem einem der klassischen Griechischen Trag die entlehnten Dreischritt aus Exposition oder setup Vorstellung der Protagonisten und ihrer Geschichte Konfrontation das zu berwindende Problem oder Hindernis wird dargestellt und Aufl sung das Ergebnis der Ausgang der Handlung In groben Schritten kann man diese Struktur die den europ ischen Wahrnehmungsgewohnheiten entspricht aufgreifen wenn man den Rezipienten f r die Benutzung der Lernsoftware oder die Betrachtung eines Videos zun chst einf hren und situieren will dann problemorientiert die eigentlichen Inhalte vermittelt und zum Schluss zu einem pr fbaren Ergebnis h nf hrt oder ein solches Ergebnis darstellt Dieser Dreischritt gibt aber nur einen u erst groben Rahmen f r den Aufbau eines Lehrfilmes oder eines I
315. missionskoeffizienten des Gef es als grauer Strahler und vielleicht noch weiteren Faktoren Das Symbol f r eine Zwischengr e ist ebenfalls ein Kreis der grafisch erkennbare Unterschied zur exogenen Gr e st lediglich das die Zwischengr e ber pfeilf rmige Verbindungen mit weiteren Eingangsgr en verbunden ist Manche Modellbildungs werkzeuge unterst tzen eine farbliche Kennzeichnung so werden z B bei DYNASYS exogene Gr en durch einen roten Kreis gekennzeichnet Zwischengr en durch einen blauen 34 Aus Goldkuhle 1997 Seite 189 29 Aufbauend auf diesen Symbolen lassen sich komplexe Modelle mit dynamischem Verhalten erstellen die teilweise keine geschlossene L sung mehr zulassen Das Beispiel zeigt das DYNASIS Modell eines Duffing Oszillators er F dv nach a F 1 gt cz Abbildung 4 DYNASIS Modell des Duffing Oszillators Goldkuhle 1997 Der Duffing Oszillator wird beispielsweise durch ein bifilares Fadenpendel realisiert das in einer Ebene ber zwei auf dem Boden eingelassenen Magneten schwingt Abbildung 5 Bifilares Pendel ber zwei Magneten Duffing Oszillator 35 Aus Ebd Seite 119 30 Die Eisenkugel des Duffing Oszillators kann aufgrund der bifilaren Aufh ngung lediglich entlang der Achse pendeln die durch die beiden Magnete geht Die Potentialfunktion V s entlang dieser Achse hat zwei Minima symmetrisch zum Ursprung Dies ergibt die Nichtlinearit t der R ckste
316. mit Einsatz von Computern eine technische L sung entwickeln sollen die unter wechselnden Lasten die Drehzahl eines Motor Generator Satzes m glichst konstant halten soll Die Unterrichtsreihe n den Kontext dessen was bisher thematisiert wurde und was n der Jahrgangsstufe 13 1 folgen w rd einordnen k nnen Die Klausurrelevanz der Unterrichtsreihe einsch tzen k nnen S ch n Arbeitsgruppen organisieren Unterst tzung durch das Lernmodul Das Lernmodul stellt auf einer einf hrenden Karte das Z el der Gruppenarbeit dar 5 4 4 8 3 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Elektrotechnik Lernziele Die Sch ler sollen Die grundlegende Funktionsweise der elektrotechnischen Anlagen verstehen die n den praktischen Versuchen eingesetzt werden Dazu sollen ste Die Lorentzkraft als das physikalische Wi rkprinzip kennen lernen auf dem sowohl die Funktionsweise eines Generators als auch die Funktionsweise eines Elektromotors beruht Die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine sich bewegende elektrische Ladung be schreiben k nnen Das Ma der Ablenkung der Ladungen von der geradlinigen Bewegung mit der St rke des Magnetfeldes n Verbindung bringen k nnen 252 Den prinzipiellen Aufbau eines Gleichstrom Motors beschreiben k nnen Den prinzipiellen Aufbau eines Gleichstrom Generatos beschreiben k nnen Die Wirkung des durch die Feldwicklungen erzeugten Magnetfeldes auf die in den Ankerwicklungen frei beweglichen
317. mit Hilfe von Autorensystemen Flash Macromedia Director E la x Datei Bearbeiten Ansicht Einf gen Modifizieren Text Steuerung Fenster Hilfe Planck3 fla 1 E Haz amp Szene 1 Eu u LA Pfeil EP Arbeitsraum LA Isolator LA KS a Kolben _ _____ l jE J textadiabate LA KSPunkt Cr xj 5 Faromischer E Faten fP 7 P mfo or G fio BE B fz04 ns Alpha 100 Isotherme und isobare Kompression ri Jene Jen Eso 2 Kein Ton ausgew hlt Effekt Kein Effekt Sync Ereignis Putz01 bmp o quadrat r hd a o o Oe E Quant v ago adi gt Arl Az Mstar 1 EI INSERVER Serpts Bresg 53 Flash 5 Planck3 fla IL 1007 Abbildung 49 Autorensystem Macromedia Flash Autorensysteme orientieren sich vielfach an der Spur Metapher von Schnittsystemen In der Abbildung sehen wir die Oberfl che von Macromedia Flash Im oberen Teil sind die ein zelnen Spuren hier Ebenen zu sehen die einzeln bearbeitet werden k nnen aber ber ein einheitliches Zeitnormal verf gen Jede Ebene kann ein einzelnes oder eine Reihe von Objekten erhalten Die Objekte werden m Arbeitsbereich unten add t v berlagert ange zeigt werden je nach Vorgabe transparent verschwinden oder bewegen sich Zus tzlich ist es m glich den Ablauf der An mation an bestimmten Stellen anzuhalten oder n eine Endlosschleife zu f hren Aus dies
318. mmieren T iT gt lt TD EI rn rn iT H ufung Feldversuch auf 100 normiert Yerkehr Eigenes Fahrrad usw Computer assoziiert Fhesikunterricht Fhusik Knobelaufgaben Programmieren T T 3 yi iU rn rn T Im brigen unterscheiden sich die Gruppen in der Beantwortung der Frage 4 nicht wesentlich Die Unterscheidung ob die Sch ler ein Verkehrsmittel oder den Stra enverkehr an sich mit dem Thema in Verbindung bringen ist nur schwach aussagekr ftig Eine Assoziation mit dem Computer z B im Zusammenhang mit Computerspielen wurde kaum genannt Das beruhigt 227 insofern als dass die bertragung des Software Modells von Geschwindigkeit und Beschleu n gung aus dem Computer in die Realwelt von den Sch lern offenbar vorgenommen wird Auf der anderen Seite l sst sich so nat rlich kein verst rktes Interesse an der Programmierung mechanischer Modelle nachweisen Der Anteil der mit keine Assoziation antwortenden Sch ler st bei allen Gruppen unangenehm hoch wenn auch in den Versuchsgruppen noch ge ringer als in den Vergleichsgruppen Eine stichprobenhafte Durchsicht der entsprechenden B gen f rdert an dieser Stelle vielfach trotz ge Antworten zu Tage In andere B gen im Feld versuch vor allem denen der M dchen findet sich an dieser Stelle direkt im Anschluss an das keine Erinnerung h ufig 20 Laborgruppe 11 Feldversuch die nett gemeinte Aussage es sei trotzdem sehr
319. n 1 2 zu 1 3 Objektrelationen Stoff Energie und Informationsfluss zwischen den Objekten analysieren v AA 1 4 1 Objektattribute Typische Eigenschaften der Objekte ihre Ein und Ausgangsgr en und deren W ertebereiche beschreiben 1 4 2 Methoden Verhaltensmerkmale der Objekte beschreiben Y 1 4 3 Ereignisse beschreiben die im System auftreten und von Objekten verarbeitet werden y 1 5 Abnahme des Systemmodells durch Experten 1 Objektorientierte Systemanalyse a Was sind die Ein und Ausgangsgr en des Systems b Welche Objekte agieren miteinander c Durch welche Eigenschaften und Methoden werden die Objekte gekennzeichnet d Wie unterscheiden sich diese Eigenschaften und Methoden von den vergleichbarer oder konkurrierender Systeme e Welche Ereignisse treten im System auf f Wer reagiert auf diese Ereignisse und wie 2 Mediendidaktische Konzeption v a Was ist das Charakteristische Besondere und 2 1 1 Informationen ber die Zielgruppe und Lernziele einholen oder antizipieren 2 1 2 Bestimmung der Lernhaltigkeit der Objekte und ihrer Attribute getrennt f r die Zielgruppen SI allgemein SI Fachpublikum L Hochschullehre 2 1 3 Zug nglichkeit und mediale Darstellbarkeit der Objekte ermitteln Innovative des darzustellenden Konzeptes gt Zielgruppe Ku
320. n und dass diese Kenntnisse lediglich aufgefrischt werden m ssen Das Lernmodul bietet grundlegende Informationen ber Schaltungen mit Transistoren ein interaktives Diagramm zur Spannungsverteilung im Kollektor Emitter Kreis bei einer Reihenschaltung mit konstantem Lastwiderstand und Informationen zur Lage der Anschl sse beim konkret verwendeten Trans stortyp PTY55 auf der ESTU Platine 1505 2 Durch einen Text mit Skizze und bewester Darstellung die die Lage der Anschl sse bei der von mir gefertigten Interfacekarte zum DA AD Wandler RTX 03A der Firma Conrad Electronic darstellen 5 4 4 8 6 Realisierung der softwareseitigen Voraussetzungen Lernziele Die mess und steuerungstechnischen Probleme bei der Ansteuerung einer gegebenen Regel strecke mit AD DA Wandlerkarten durch den Einsatz h herer Programmi ersprachen l sen k nnen Dazu sollen ste e Externe Objekte die die Funktionen der AD DA Wandler Karte in der Program mierumgebung zur Verf gung stellen in ihr Softwareprojekt einbinden e Die Objektschnittstellen zielgerichtet einsetzen k nnen e Ihrem Projekt Benutzersteuerelemente hinzuf gen mit denen die Steuerung des Gleichstrom Motors zur Laufzeit also zum Beispiel durch Schieberegler erfolgen kann e Eine Zeitsteuerung entwickeln die in regelm igen Abst nden Messwerte vom Ein gang 1 des AD Wandlers erfasst und auf dem Bildschirm darstellt Unterst tzung durch das Lernmodul Das Lernmodul unterst tz
321. n Modellen werden dann weitere Detaillierungsstufen dargestellt Dies entspricht dem hierarchischem Konzept der Systemtheorie in der Darstellung gem Ropohl Die strukturierte Analyse DeMarcos wird damit als eine Auspr gung der Systemtheorie nach dem Stand der 1970er Jahre erkennbar die f r die spezielle Anforderung der strukturierten Programmierung entworfen worden ist Die Weiterentwicklung die durch die strukturierte Analyse stattgefunden hat wird vor allem durch die Betrachtung der Data Flow Diagrams deutlich Die Kontrollflussdiagramme die bei der strukturierten Programmierung benutzt werden zeigen mit ihren Ja Nein Entscheidungen Verzweigungen und Schleifen den Fluss der Kontrolle durch die Software Das Datenflussdiagramm zeichnet die Perspektive der Daten also von Information bei ihrem Fluss durch das System Wichtige prinzipielle Unterschiede von Datenflussdiagrammen zu Kontrollflussdiagrammen e Kontrolle st keine der fundamentalen Flussgr en Stoff Energie und Information e Der Kontrollfluss ist stark von der gew hlten Programm mplementierung abh ngig so dass Kontrollflussdiagramme zu den Implementationsgetriebenen Entwurfsformen gez hlt werden m ssen e Kontrollflussdiagramme zeigen die Perspektive der Prozesse die auf den Daten arbeiten 1 Ebd 92 Ebd 62 Elemente des Data Flow Diagram s nd e die Datenquelle oder Datensenke die als au erhalb der Systemgrenze zu betrachten ist Typis
322. n Verdienst der gew hlten Jahrgangsstufen Unter den 6 verschiedenen Lehrkr ften im Feldversuch waren 2 Frauen Mathematische Leistungen von den 149 Sch lerinnen und Sch lern haben 101 entweder an einem Mathematik Erweiterungskurs einer Gesamtschule oder am Mathematikunterricht n der Mittelstufe eines Gymnasium teilgenommen 48 Teilnehmer haben an einem Mathematik Grundkurs der Gesamtschule oder einem Mathematikkurs der Realschule teilgenommen Die behandelten Inhalte n den verschiedenen Schulstufen s nd unterschiedlich so dass der Kennt n sstand der Sch ler nicht direkt vergleichbar ist Jedoch l sst sich mit dieser Klassierung eine grobe Gruppierung der Sch ler n 2 mathematische Leistungsniveaus vornehmen von denen das obere Leistungsniveau mit 101 Sch lern deutlich st rker besetzt ist 5 3 1 6 Einordnung in den Rahmenlehrplan der Laborversuchsschule F r die E und G Kurse Physik hat die Fachkonferenz Physik Kurssequenzen vorgeschlagen die eine gute Koordination unter den die Kurse unterrichtenden Fachlehrern gew hrleisten sollen Die Kurssequenzen sind inhaltliche Ausf llungen der f r die Jahrgangsstufe gegebenen Richt linien des Lernbereichs Naturwissenschaften Inhalte der Jahrgangsstufen sog Abteilung 5 6 sind demnach gt Temperatur und W rme gt Der elektrische Strom und seine Wirkung gt Einf hrung in den Kraft und Arbeitsbegriff 156 Inhalte der Abteilung 7 8 sind gt Licht und Schatten gt
323. n am Besitz eines Mobiltelefons wird in der Einheit DM gemessen Es ist ein Ma daf r wie viel die Person f r die Nutzung eines Mobilfunkger tes zu zahlen bereit st Hat eine Person einen Bedarf von b s zu 700 DM an der Benutzung eines Mobilfunkger tes wird sie ein f r 580 DM angebotenes Mobilfunkger t kaufen wenn keine anderen Gr nde dagegen sprechen Widersprechende Gr nde w re der Mangel an Ressourcen Geld oder die Existenz von g nstigeren Anbietern Die Existenz von g nstigeren Anbietern wird in der Simulation durch die Annahme eines Monopolmarktes ausgeschaltet die Existenz der Ressource ist ein wichtiger Teil der Simulation da auch in der realen Schulklasse die H he der d R von den Eltern zur Verf gung stehenden Ressource nicht nur stark das Kauf verhalten beeinflusst sondern auch insgesamt ein Sozialfaktor von durchgreifender Bedeu tung ist Im Ausgangszustand der S mulation wird der Bedarf der Mitglieder durch einen Zufalls generator auf einen Wert zwischen 0 DM und 1000 DM eingestellt Das Bed rfnis ist gleich verteilt bei einem angenommenen Preis von 500 DM entspricht einem Markenger t zuz g lich der monatlichen Festkosten bei einer Vertragslaufzeit von 2 Jahren und einer gen gend gro en Anzahl von Sch lern h tte die H lfte der Sch ler der Klasse Bedarf an einem Ger t die andere H lfte nicht Der Zeitpunkt zum Kauf eines Ger tes ist dann nur davon abh ngig ob der Sch ler bereits ber gen
324. n auch ein Verhalten Z B ver ndern sie ihren Ort ihren F llstand oder ihre Leistungsf higkeit mit der Zeit oder im Beispiel eines Kessels ver ndern sie ihren Druck in Abh ngigkeit von der Temperatur Die gesammelten F higkeiten zur aktiven Ver nderung werden als die Methoden des Objektes bezeichnet In einem einfachen Merksatz formuliert die Eigenschaften der Objekte definieren was sie sind die Methoden der Objekte definieren was sie tun Mit Hilfe seiner Methoden kann ein Objekt den gesamten Systemzustand akt v beeinflussen m Beispiel des Kessels wirkt sich die Druckver nderung z B auch auf die mit dem Kessel verbundenen Objekte aus An dieser Stelle wird wiederum deutlich wie sich die Objektorientierte Modellbildung auf das System der allgemeinen Technologie abbilden l sst dort wurden die Methoden als Funktionen bezeichnet und ebenfalls den einzelnen Subsystemen die den Objekten in der Objektorientierten Modellbildung entsprechen zugeordnet Die Zuordnung von Eigenschaften geschah nicht Man sieht aber genauso das Neue an der Objektorientierten Modellbildung n mlich die Kapselung von Funktionen und Daten d h Methoden und Eigenschaften in einem abgeschlossenen Objekt Jedes Objekt im Kontext der Objektorientierten Modellbildung ist ein abgeschlossenes Gebilde im Sinne der Systemtheorie da es seinen internen Zustand seine Eigenschaften und seine Aktivit ten selber verwaltet Aufgabe 1 4 3 Ereignisse b
325. n ausgegeben werden Die T tigkeiten die die Objekte auszuf hren in der Lage sind werden als ihre Methoden bezeichnet s e entsprechen den Verben d e den Hauptw rtern eines Satzes zugeordnet und mit einem bestimmten Hauptwort z B einer Person m Verlauf eines Textes verbunden werden Die Eigenschaften der Objekte die im Satz als Attribute erscheinen hei en auch bei der objektorientierten Programmierung Eigenschaften Die Grundlage der Objektorientierten Programmierung bilden also Objekte die durch ihre Eigenschaften und Methoden definiert sind Die Objekte Eigenschaften und Methoden m ssen irgendwann einmal in einer Objektklasse definiert worden sein und k nnen dann in unterschiedlichen Kontexten gebraucht werden Die der Objektorientierten Programmierung vorausgehende Objektorientierte Modellbildung hat das Ziel die Objekte Eigenschaften und Methoden das Verhalten derselben und den Zu sammenhang zwischen ihnen zu definieren Das daf r angewandte Verfahren ist die Objekt orientierte Analyse die gezielte Suche nach Objekten in einem realen Kontext Die durchg ngige Verwendung des Objektparadigmas von der Analyse ber die Modellbildung zur Programmierung ist der Grund f r den enormen Erfolg und die weitgehende Verbreitung der Objektorientierung l Vgl Booch 1994 Seite 111 Kilberth 1993 Seite 2 3 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg R
326. n dann eine entsprechende Markierung auf dem Kabel So konnte nicht nur die gesamte Fallstrecke vermessen werden sondern es konnten auch die L ngen der durch die Fensterb nke markierten Streckenabschnitte einzeln bestimmt werden Die schwarzen Fensterb nke heben sich im Video deutlich von den hellen Fassadenelementen ab und s nd daher sehr gut als Referenzpunkte geeignet Beim eigentlichen Fallversuch wurden 3 Tennisb lle aus dem Fenster des 3 Stockes ge worfen die W rfe wurden aus verschiedenen Perspektiven gefilmt Die signalgelben Tennis b lle waren bei jeder Perspektive gut sichtbar bei den ersten Aufnahmen konnte der filmende Sch ler jedoch den Impuls nicht unterdr cken die Kamera dem bewegten Objekt nachzu f hren was die Aufnahmen ungeeignet machte 178 Die anderen Sch ler versuchten vom Schulhof aus mit verschiedenen Stoppuhren die Zwischenzeiten beim Vorbeiflug an den Fensterb nken zu stoppen Die Sch ler u erten jedoch von s ch aus den Vorschlag diese Werte wegen offensichtlicher Ungenauigkeit der Messung zu verwerfen 5 3 2 10 Auswertung des Versuches Die von der Kamera digital erfassten V deodaten wurden ber den IEEE1394 Ausgang der Kamera Firewire oder Sony Produktbezeichnung Li nk digital in einen Videoschnitt rechner bertragen wo s e mit der Software Adobe Premiere betrachtet und digital weiter verarbeitet werden k nnen Durch kontinuierliche digitale Bearbeitung bleibt d
327. n der besseren Verst ndlichkeit ad quat sein diese Informationsredundanz einzubringen Dies sollte die Entscheidung des Lehrers bzw Projektleiters oder Referenten bleiben F r die in dieser Arbeit verwendeten Diagramme wird die redundanzarme Darstellung in Anlehnung an den UML Standard beibehalten Vergleich Weg Schritt Diagramm oder Funktionsdiagramm Die Weg Schritt Diagramme sind in der Technologie etablierte Darstellung der Sequenz in der ein technischer Prozess abl uft Der Prozess wird aus der Perspektive der beteiligten Sensoren und Aktoren dargestellt Sie unterscheiden sich von der Perspektive der Objektorientierten Modellierung dahingehend dass e Objekte gr ere zusammenh ngende Einheiten darstellen deren Subsystemgrenze mehrere zusammenh ngende Sensoren und Aktoren umfassen kann e Objekte diskrete und kontinuierliche Eigenschaften auch gemischt besitzen k nnen w hrend Weg Schritt Diagramme wegen hrer N he zu Zustandsdiagrammen lediglich diskrete Eigenschaften bezeichnen k nnen e die zeitliche Abfolge in Prozessschritten geordnet ist 10 Koch F Pyzalla G Einf hrung in die Technologie K ln M nchen Stam Verlag 8 Auflage 1989 91 Trennung der Modelle Ward und Mellor sprechen sich daf r aus bei verschiedenartigen Objektrelationen getrennte Modelle zu fertigen Treten n einem System parallele Stoff Energie und Informations fl sse auf so w ren getrennte Modelle zu fertigen die
328. n f cherverbindenden Seminaren und Praktika der Universit t Duisburg oder e im Rahmen mehrerer Modellversuche an allgemeinbildenden Schulen mit in einem Fall 149 beteiligten Sch lern Dort wo empirische Daten erhoben wurden findet die Auswertung unmittelbar anschlie end an die Beschreibung des Versuchsablaufes statt Die Zusammenfassung und kritische Reflektion der gewonnenen Erfahrungen und gefundenen Ergebnisse bilden das Schlusswort in Kapitel f nf Damit ist der Aufbau meiner Arbeit in groben Z gen dargestellt Allen Lesern w nsche ich nun dass die Auseinandersetzung mit der in meiner Arbeit dargestellten Begriffswelt ihnen im Nachhinein als eine Sinn stiftende T tigkeit erscheinen m ge 11 2 Wissenschaftstheoretische Bedeutung der Modell bildung Mittels Modellbildung ist es m glich die zun chst unstrukturierten Ausgangsdaten eines Erkenntnisgegenstandes der wissenschaftlichen Untersuchung mit Hilfe formaler Abbildungen strukturiert darzustellen Abbildung 1 Bezug von Begriffen der Modell und der Realit tsebene zueinander Planspiel Simulation ER MODELL Transfer Gedankenexperiment Modellattribut Induktion Induktion Modellebene Realit tsebene Deduktion Deduktion Deduktion nn Experiment p MENER ORIGINAL Originalattribut Die folgenden Abschnitte beschreiben einige zentrale Merkmale von Modellen 2 1 Abbildungsmerkmal In der wissenschaftlichen Begriffswelt sind Modelle nic
329. n k nnte oder e zur korrekten Messung erf llt sein m sste SI Non vita sed scholae discimus Seneca Epistula morales 106 12 Rom ca 65 n Chr 215 w hrend die Definition auf eine beschleunigte Bewegung auf gar keinen Fall zutreffen k nnte Da Geschwindigkeit aber eine Messgr e ist die auch auf eine beschleunigte Bewegung festgestellt werden kann f hrt die Trennung der Begriffe mit Hilfe der Definition der konstanten Bewegung von vorne herein in eine geistige Sackgasse Diese Antwort st auf keinen Fall befriedigend und deutet eher darauf hin dass hier Begriffe und Definitionen nicht sinnvoll genutzt werden sondern von den Sch lern je nach dem Kontext aufgerufen werden innerhalb dessen sie urspr nglich vermittelt wurden Diese Reaktion ist nicht spezifisch f r eine Gruppe wie der Vergleich zwischen den Ergebnisse des Feldversuches und der Ver gleichsgruppe zeigt Die brigen und eher w nschenswerten Antworten sind im wesentlichen Verlagerungen der Antworten die f r die Fragen 2a und 2b erwartet wurden 10 11 der Sch lerinnen der Laborgruppe und der Vergleichsgruppe versuchten sp testens an dieser Stelle eine halb quantitative Beschreibung der Begriffe Geschwindigkeit und Beschleunigung im Feldversuch waren es sogar 18 Ebenfalls 10 der Sch lerinnen der Laborgruppe nannten erst an dieser Stelle die Formeln die Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Objektes beschrei ben und verglichen diese Immerhin 1
330. n mit dazu einige berechtigte Beschwerden Die Karte mit den Informationen ber die Leistungsverst rkung mittels Transistoren wurde ben tigt w hrend die Sch ler die Motorsteuerung realisierten Wie man sieht ist eine Interpretation der Zeitanteile der einzelnen Karten nicht unkritisch Solange jedoch der Unterricht n cht durch zuviel Leerlauf beherrscht w rd kann man in guter N herung davon ausgehen dass sich sie Sch ler gerade mit einem Problem auseinan dersetzen dass einen Bezug zu der zuletzt angezeigten Karte hat Fasst man daher die einzelnen Karten zu thematisch verwandten Kapiteln zusammen hier bietet sich die Gliederung an die auch schon in der Navigationsleiste des Lernmoduls verfolgt wird so ist die Verteilung der Zeitanteile auf die einzelnen Kapitel Abbildung 87 ein brauchbares Ma daf r mit welchen Themen sich die Gruppe schwerpunktm ig ausein andergesetzt hat 274 Zeitanteile in den einzelnen Kapiteln Hardware Programmier Aufgabenstellung technik Elektrotechnik Regelungs technik Abbildung 87 Aufenthaltsdauer der Gruppe Platoon in den einzelnen Kapiteln W e m Abschnitt Strukturierung der Unterrichtsreihe und des Lernmoduls dargestellt wurde orientiert sich die Struktur des Lernmoduls in gewissen Grenzen an den Stufen eines technischen Entwicklungsprozesses nach Pahl und Beitz Entsprechend lassen sich die einzelnen Kapitel einordnen Kapitel Stufe
331. n mit der Unified Modeling Language UML 15 6 2000 Dirk Buddenkotte Operationsverst rkern 22 6 2000 F llt aus Fronleichnam 29 6 2000 nicht belegt Andre Bresges Modell eines Kraftwerksprozesses Mart n Lentz 6 7 2000 F llt aus Berufungsvortrag MG257 Frau Friedrich 13 7 2000 E inf hrung in den Videoschnitt mit Andre Bresges Adobe Premiere Stefan Hoffmann Markus Rehbach Andre Bresges Marc Andre Wolf Christian v g Hassend Marc Andre Wolf 145 Ziel des Seminars ist die Entwickler der Lernsoftware mit Ihren Anwendern in Verbindung zu bringen Die Teilnehmer mussten zur Erlangung einer Teilnahmebescheinigung die Anwendung einer Lernsoftwarekomponente vor der Seminargruppe pr sentieren wobei die Pr sentation unter dem Einsatz neuer Medien erfolgt Hierzu standen den Studenten die Pr sentationssoftware PowerPoint alternativ HTML Programmierung ein PC und ein Videoprojektor zu Verf gung Weiterhin wurde jedem Studierenden der eine Komponente zu pr sentieren hatte der Ent wickler der Komponente zur Seite gestellt Der Entwickler sollte den Studenten e bei der Installation der Software e beim Einstieg in die Bedienung und e beider Integration in PowerPoint beratend zur Seite stehen Dabei lernt der Entwickler eventuelle Probleme der Komponente kennen die von Benutzerseite aus deutlich werden und kann im Rahmen der Weiterent wicklung reagieren Die Pr sentationsdateien wurden m Anschlus
332. n relevanten Eigenschaften und Methoden innerhalb des Rechteckes also in Form eines Klassendiagramms ist bei vorhandenem Platz m glich Da die Objekte im Sequenzdiagramm wechselseitig auf ihre ffentlichen Eigenschaften und Methoden zur ckgreifen ist es nat rlich wichtig die von den Klassen jeweils definierten ffentlichen Eigenschaften und Methoden der Objekte mit der richtigen Bezeichnung zu kennen Somit ist eine Darstellung der Klassendiagramme im Kopf des Sequenzdiagramms durchaus sinnvoll wenn es nicht zu Platzproblemen f hrt Die y Achse ist die Zeitachse des Sequenzdiagramms dies sollte auch entsprechend an der Achse notiert werden Die Zeitachse ist ordinal aber nicht intervallskaliert da die einzelnen Aktivit ten m glicherweise zu gro e Laufzeitunterschiede haben um im gleichen Diagramm noch bersichtlich dargestellt werden zu k nnen Von den einzelnen Klassen laufen die sogenannten Lebenslinien als d nne gestrichelte Linien nach unten Ist das technische System in Betrieb oder findet der physikalische Vorgang statt haben wir es mit einer in der Zeit im Sequenzdiagramm nach unten ablaufenden Interaktion verschie dener Objekte zu tun Die Objekte ggf mit ihren Eigenschaften und Methoden sind durch ihr Klassendiagramm m Kopf des Sequenzdiagramms beschrieben Auf den Lebenslinien der Objekte kann nun gezeichnet werden wann die Objekte im Betrieb aktiv sind Die Aktivierung eines Objektes wird angezeigt indem
333. n von Bei spielrechnungen die im Rahmen des Laborversuches noch als erfreuliche Ergebnisse notiert werden konnten haben s ch im Feldversuch leider nicht wiederholt Zum Gl ck auch nicht wiederholt hat sich die Antwort einer Sch lerin der Vergleichsgruppe die einen Mengen begriff zur Geschwindigkeit u erte Es gibt eine Menge davon auf der Autobahn 209 Im direkten Vergleich wird eine unterschiedliche Auspr gung zwischen Laborgruppe und Vergleichsgruppe deutlich Besonders markant und erfreulich ist dass insgesamt 31 der Sch ler der Laborgruppe zur Beantwortung der Frage was verbindest Du mit Geschwin digkeit den formelm igen Zusammenhang nennt Dieses Verhalten ist bei den Jungen der Laborgruppe besonders deutlich ausgepr gt 50 bei den M dchen sind es lediglich 20 Im Vergleich dazu hat kein einziges Mitglied der beiden Vergleichskurse einen Versuch un ternommen den Begriff Geschwindigkeit mit Hilfe einer Formel zu erl utern Der Feld versuch mit 149 Beteiligten best tigt die Beobachtung in der Laborgruppe hier enthalten 38 der Antworten aller Sch ler die Formel Die Asymmetrie zwischen den Geschlechtern wird im Feldversuch nicht best tigt Laborgruppe Formelm iger Zusammenhang 1 f i nicht genannt genannt En Cramer s V 0 31 Cramer s V 0 45 Abbildung 72 Vergleich der Bevorzugten Assoziationen in der Laborgruppe und im Feldversuch Feldversuch Formelm iger
334. nach Standards und existierenden L sungen 4 Realisierung einer eigenen Probleml sung 5 Kostenrechnung 6 Praktische Erprobung Ich habe mich dazu entschieden sowohl n der Ablaufplanung der Unterrichtsreihe als auch bei der Strukturierung der Informationseinheiten des Multimedia Lernmoduls diesen Stufen prozess aufzugreifen Ich weiche an folgenden Stellen davon ab Kostenrechnung Die Kostenaufstellung ist ein wesentlicher Bestandteil eines technischen Entwicklungsprozesses Auch im Technikunterricht allgemeinbildender Schulen ist dieser Punkt relevant schlie lich wird Technik definiert als Zielorientierte Ver nderung der Um welt unter konkreten wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Bedingungen dabei ist es ihre Aufgabe eine Optimierung zwischen dem technisch Machbaren dem wirtschaftlich vertretbaren und dem gesellschaftlich W nschbaren anzustreben Im konkreten Beispiel bietet es sich aber nicht an die Kostenrechnung vorwegzunehmen da sich die Kosten nicht richtig einsch tzen lassen schlie lich kostet es auf den ersten Blick nicht mehr mit der glei chen Hard und Software einen PID Regler zu programmieren als einen reinen P Regler Den Sch lern d rfte jedoch der erh hte Aufwand auffallen der zur Optimierung eines PID Reg lers n Hinblick auf Regelgenauigkeit und schnelles Einregeln notwendig wird Somit l sst sich die wirtschaftliche Optimierung besser im Nachhinein mit den Personalkosten als Sch
335. nander im Gleichge St rsprungantwort eines wicht gt P Verhalten Das Einstel Gliedes mit PT Verhalten len des Gleichgewichtes wird aller dings vornehmlich durch die Tr g heit der rotierenden Massen verz gert gt T Verhalten St rsprungantwort eines Gliedes mit T Verhalten Abbildung 32 St rsprungantworten verschiedener Glieder W hrend sich unter Vernachl ssigung der Massetr gheit ein typisches P Verhalten einstellen w rde dass s ch beschreiben l sst durch y K p x Taucht das Tr gheitsmoment als weiterer zur nderung der Stellgr e 2 entspricht beim t Gleichstrommotor der Winkelbeschleunigung proportionaler Term n der beschreibenden Gleichung auf die damit von einer Proportional zu einer Differentialgleichung wird a T y K x a Y P Glieder dieser Art k nnen also durch eine inhomogene Differentialgleichung 1 Ordnung beschrieben werden Sie werden deshalb auch als Verz gerungsglieder I Ordnung bezeich net T st bis jetzt nur eine noch zu bestimmende Konstante Zur L sung dieser Gleichung bietet sich der Seperationsansatz an Durch Trennung der Variablen erh lt man 248 I gu Vers T Die Integration beider Seiten ergibt Y t o fa 5 y Kpx I amp In K x IncK x Nun lassen sich beide Seiten der Gleichung in exponentieller Form darstellen t amp pU Kox nl Kpr Z oT Die linke Seite der Gleichung l sst sich durch Anwendung der Rechenrege
336. nd bringt den Automaten damit in den Zustand Getr nkeauswahl anzeigen 2 ein internes Ereignis sein eine Ampel wechselt von Gr n auf Gelb weil der interne Taktgeber der Ampel eine definierten Anzahl von Takten fortgeschritten ist 3 von weiteren Eigenschaften abh ngig sein je nach Anzahl der eingeworfenen M nzen f hrt der Druck auf einen Auswahlknopf dazu dass ein Getr nk ausgeworfen wird oder nur dazu dass eine Fehlermeldung angezeigt wird Automaten die sich wie in 3 verhalten werden als Mealy Automaten bezeichnet Demzufolge ist ein Getr nkeautomat ein Mealy Automat eine einfache zeitgesteuerte Verkehrsampel ohne Druckkn pfe oder Messschleifen jedoch noch nicht Zustandsdiagramm In Abh ngigkeit von bestimmten Eigenschaften Zustandsvariablen und bestimmten Ereignissen die in der Vergangenheit der Systemgeschichte eingetreten sein m gen kann ein technisches System oder ein physikalischer Prozess sich in verschiedenen Zust nden befin den die das von au en beobachtbare Antwortverhalten des Systems bestimmen k nnen Vielfach kann sich der Zustand eines Systems durch eine oder mehrere quantitative Formeln beschreiben lassen So ist die Klemmspannung U eines Kondensators direkt von der Ladungs menge Q in dem Kondensator und seiner Kapazit t C abh ngig nach Wobei die verbleibende Ladungsmenge Q im Kondensator durchaus von einer komplizierten Vorgeschichte abh ngig sein kann Dennoch l sst sich
337. nd neuen Medien abgesto en w rden Auff llig ist jedoch die mehr als doppelt so hohe Standardabweichung der Antworten der M dchengruppe verglichen mit den Antworten der Jungengruppe Die insgesamt hohe Standardabweichung der Antworten der Versuchsgruppe m Vergleich zu den Vergleichs gruppen wird also fast ausschlie lich von den Antworten der M dchen hervorgerufen Hier d rften noch grundlegendere Ursachen als die Kursinhalte selbst eine Rolle spielen 192 Vergleich der Mittelwerte und Standardabweichungen nur F M dchen zwischen Versuchsgruppe und Vergleichsgruppen Mittelw Grafischer Vergleich M DCHEN Laborgruppe 0 7 1 7 N 10 Feldversuch 0 89 N 70 Vergleichs gruppen N 17 Die Standardabweichung der Antworten der M dchen der Versuchsgruppen deutlich ber der Standardabweichung der Antworten der M dchen der Vergleichsgruppe Diese Form des computerunterst tzten Unterrichtes scheint also zu einer ungew hnlichen Polarisierung der M dchen zu f hren Am ausgepr gtesten ist die Polar sierung unter den M dchen die unter den stark kontrollierten Bedingungen der Laborgruppe gelernt haben Bei den 70 M dchen die am Feldversuch teilgenommen haben tritt diese Polarisierung nicht mehr so scharf zum Vorschein Wir gehen davon aus dass hier die zahllosen nicht zu kontrollierenden Vorbe dingungen und Randbedingungen an den unterschiedlichen Schulen f r die teilweise Ver deckung eines in der Laborgrupp
338. nd scheint daher f r den Einsatz im Physikunterricht sehr sinnvoll sogar sinn voller als die systemtheoretisch begr ndete Unterscheidung zwischen exogenen und endo genen Gr en bei STELLA und DYNASYS wobei sich beide Arten der Bezeichnung ja nicht unbedingt gegeneinander ausschlie en Die Eingabe der die Gr en beschreibenden Gleichungen findet genau wie bei STELLA und DYNASYS statt mit VisEdit und PAKMA ist es ebenfalls m glich Simulationsl ufe am System durchzuf hren Dabei ist bei VisEdit durch die Kombination mit dem Messwert erfassungssystem PAKMA f r den hervorragenden Datenabgleich mit dem Realexperiment gesorgt gt http didaktik physik uni wuerzburg de visedit visedit _beisp_06 html 34 3 1 3 Numerische Probleme bei der Realisierung von Modellen und Simulationen in der Physik Wie bereits festgestellt ist eine der wichtigsten Aufgaben der Physik aus der gezielten Beobachtung von Abl ufen der realen Natur Gesetzm igkeiten zu entwickeln mit deren Hilfe man wiederum Vorhersagen f r hnliche Naturabl ufe gewinnen kann Dies ist der Physik unter Einsatz mathematischer Methoden m glich entsprechend besteht an physi kalische Modelle der Anspruch quantitative Vorhersagen zu liefern Ist f r ein Problem keine analytische L sung bekannt kommen daher numerische Verfahren zum Tragen Alle oben diskutierten Modellbildungssysteme der Physik bieten nicht nur die M glichkeit der Visualisierung der Systemzusammenh
339. nde Sekund relektronen schnell durch das elektrische Feld n Richtung des Z hlrohrfadens beschleunigt Diese Elektronen bewirken einen schwachen Z hlimpuls der durch eine geeignete Elektronik verst rkt werden muss Man nennt diesen Bereich lonisationskammerbereich weil ein analoger Vorgang in Ionisationskammernachweis ger ten geschieht Die h ufigste Betriebsart des Geiger M ller Z hlrohrs st der Proportionalbereich Je h her die Energie der Quanten ist desto mehr Atome werden durch prim r und Sekund rprozesse onisiert Die freien Ladungstr ger werden durch das innere Feld be schleunigt und k nnen innerhalb hrer freien Wegl nge noch genug Energie sammeln um in weitere lonisierungen zu bewirken Dies u ert sich in einer gut messbaren Ladungs menge die den Eingang der Verst rkerschaltung erreicht die insgesamt messbare La dungsmenge selbst ist proportional zur Z hlrohrspannung daher die Bezeichnung Pro portionalbereich Wird die Z hlr hrspannung noch weiter erh ht f hrt jedes Z hlereignis durch die Viel zahl der ausgel sten und beschleunigten Elektronen zu einem Lawineneffekt Der durch die freien Ladungstr ger vermittelte Ladungstransport h lt so lange an wie unter diesen Umst nden die Z hlrohrspannung aufrecht erhalten werden kann Dies f hrt zu einem messtechnisch sehr leicht erfassbaren Einbruch der Z hlrohrspannung aus der sich auf der anderen Seite aber keine Information ber
340. ndel lnvestor b Welche physikalischen Prinzipien oder technischen y 2 2 Casting Auswahl der in den Komponenten tats chlich darzustellenden Objekten Eigenschaften und Methoden I Methoden werden hier exemplarisch genutzt gt Formallernziele f r die Zielgruppe Unterricht c Werden Teile der Zielgruppe mit den ausgew hlten Attributen der Komplexit t des Systems oder dem Abstraktionsgrad der Darstellung berfordert gt LOM Klassierung SV SIV L f r eine Skalierung der 2 3 Storyboarding Tabellarische Festlegung der zeitlichen oder logischen Abfolge der Informationsvermittlung in der Unterrichtsreihe dem Film oder der Software letztere sollte dem Lerner mehrere alternative Lernwege erm glichen 2 3 1 Definition des Funktionszieles der einzelnen Szene Komponente 2 3 2 Nennung der in der Szene Komponente auftretenden Objekte Eigenschaften und Methoden 2 3 3 Skizze Sketch Schnappschuss oder Funktionsmodell Spike der geeigneten Visualisierung 2 3 4 Erstellung des kommentierenden Textes Komplexit t nutzen v 4 Abnahme des Storyboards durch Experten mit besondere Augenmerk auf den kommentierenden Text gt 3 Medien Produktion v 3 1 Aufgabenverteilung gem den Neigunge n und Spezialisierungen der Projektmitglieder v 3 2 1 Visualisierung von Eigensch
341. ndruck dass die Filme au ergew hnlich viel Information transportieren w rden Daf r sei der Schnitt ein wenig hektisch e Es sei sehr schwierig von den Fragen auf die richtigen Stellen im Text zu schlie en e Es war noch nicht deutlich wozu die dargestellten Gleichungen der Regler dienen sollten Nicht jeder hat wahrgenommen dass die Werte ber die Schieberegler in die Gleichung eingesetzt wurden e Die Analogien wurden auf breiter Front gelobt Die Beispiele wurden als gro e Hilfe bezeichnet und waren f r die Sch ler offenbar der wesentliche Schl ssel zum Verst ndnis der Vorg nge 5 4 5 4 Realisierung der hardwareseitigen Voraussetzungen 3 4 Stunde bei einigen Gruppen noch 5 Stunde Die Gruppen starteten beim Betreten des Unterrichtsraumes selbstst ndig die Bildschirmger te und begannen mit der Arbeit an diesem Kapitel Beim Zeichen zum Stun denbeginn waren bereits alle Gruppen mit der Aufgabe besch ftigt unter Zuhilfenahme der Informationen aus dem Lernmodul den Motor Generator Satz n Betrieb zu nehmen Eingriffe von meiner Seite waren zun chst nicht n tig wie sich aber zeigte bezogen alle 3 Gruppen ihre Messgr e die Tachospannung nicht wie von mir vorgesehen aus dem aus dem Aus gang des Tachogenerators Statt dessen schlossen sie nach gr ndlicher Pr fung mit Multi metern den Messeingang an den Gleichstrom Ausgang der Erregermaschine an Dies ist 262 unkritischh da die Spannung d
342. nen Elementen zwischen denen Beziehungen als mathematische Funktionen definiert sind F r die verschiedenen Elementtypen sind bestimmte Symbole definiert Zustandsgr en werden mit einem einfachen Rechteck dargestellt Die Bezeichnung des Zustandes wird ber STELLA oder unter das Rechteck DYNASYS geschrieben Temperatur In dynamischen Systemen sind es die Zustandsgr en die Ver nderungen gem einer bestimmten Ver nderungsrate unterliegen Diese Ver nderungen werden als Zufl sse Ver nderungsraten mit positivem Vorzeichen oder Abfl sse negatives Vorzeichen symbolisiert Z 3 nur positive Werte von R werden zugelassen 0 lt R t lt Z R L 5e nur negative Werte von R werden zugelassen lt R t lt 0 74 R Bien f r R werden beliebige Werte zugelassen 20 lt R t lt Abbildung 2 Symbole f r Ver nderungsraten in STELLA Schecker 1998 Die Ver nderungsraten R selbst steuern die Zu bzw Abfl sse Entsprechend werden die Ver nderungsraten als Ventile symbolisiert kreisf rmiges Symbol die auf den zu oder Abfl ssen reiten und steuernd auf diese eingreifen Wenn die abflie enden Str me das System verlassen bzw der Zufluss einer zu einer Zustandsgr e von au erhalb des Systems r hrt wird dies durch ein Quellen Senken Symbol dargestellt Diese Symbole bilden die Schnittstellen des Modells nach au en 28 emperatur nderung Temper tur_der_Fl ssigkef Temheraliahe nahm
343. nes Fil terpr fstandes gezielt zudosiert Die Partikel m ssen normierten Eigenschaften entsprechen Bei allen Objekten sind es die gleichen Eigenschaften die f r das Gesamtsystem von Interesse sind z B die Partikelgr e die Magnetisierbarkeit die Energie eines Gas teilchens Die Werte dieser Eigenschaften streuen aber m glicherweise zwischen den ein zelnen Objekten Energieverteilung gem Boltzmann bei Gasteilchen bei einer bestimmten Temperatur T Bei einem Auftreten dieses Musters sollte der Analyst eine die einzelnen Objekte beschrei bende Klasse definieren Dies tr gt wesentlich zur Reduktion der Komplexit t bei dennoch wird ber die definierten Objekteigenschaften die M glichkeit erhalten die Objekte als unterscheidbare Entit ten zu erhalten Aufgabe 1 3 Objektrelationen Stoff Energie und Informationsfluss zwischen den Objekten analysieren Die Objektorientierte Modellbildung hat ihren Ursprung in der Informatik wo sich der Aus tausch der Software Objekte untereinander auf den Austausch von Informationen beschr nkt Die Schnittstellen eines solchen Software Objektes nach au en werden also durch die Art und Weise definiert w e das Objekt mit seiner Au enwelt Informationen austauscht 98 Objekte die innerhalb technischer Systeme oder naturwissenschaftlicher Prozesse zu finden sind tauschen mit ihrer Au enwelt nicht nur Information sondern auch Stoff und Energie aus Dies machen sich auch die An
344. nformationssystems vor Durch die Objektorientierte Analyse und Modellbildung mit Hilfe von UML ergeben s ch eine ganze Reihe weiterer Struk turierungsm glichkeiten auf die im folgenden Abschnitt eingegangen wird Aufgabe 2 3 2 Nennung der in der Szene auftretenden Objekte Bei einem guten Drehbuch werden die Akteure schrittweise mit ihren charakteristischen Eigenschaften eingef hrt um den Zuschauer nicht zu berfordern und an den Plot zu ge w hnen hnlich behutsam sollte man bei der Planung einer Sequenz vorgehen die die einzelnen Objekte eines komplexen Systems darstellt Die Objekte werden nacheinander in der Sequenz eingef hrt so dass Zeit bleibt ihre charakteristischen Eigenschaften zu verstehen Anders als bei einer Unterrichtsplanung besteht keine M glichkeit eine offensichtliche berforderung des Rezipienten wahrzu nehmen und mit einer Wiederholung oder einer Verz gerung des Tempos zu reagieren Das Storyboard muss daf r sorgen dass gen gend Zeit zur Aufnahme und Verarbeitung von In formationen besteht bevor darauf aufbauende Informationen geliefert werden Gegebenfalls sollten also auch entspannende Sequenzen in Form von sthetischen Bildern der bereits gezeigten Objekte eingef gt werden Diese Bilder enthalten dann keine neuen Informationen oder Objekte aber tragen dazu bei d e Eigenschaften und Methoden der bisher gezeigten Objekte nachhaltig im Bewusstsein der Rezipienten zu verankern F r die Strukturi
345. nformieren 2 Planen 3 Entscheiden 4 Ausf hren 5 Kontrollieren 6 Bewerten Die Bewertung von Ergebnis und Bearbeitungsablauf und die Kl rung der Frage was beim n chsten Mal besser gemacht werden kann schlie t an dieser Stelle den Kreis und f hrt zum n chsten Problem respektive zur n chsten Aufgabenstellung Die vollst ndige Handlung schlie t alle Punkte der Wissenschaftstheorie des kritischen Rat onalismus ein und pr zisiert und erweitert sie an vielen Stellen Die Problemerkenntnis findet in der Informationsphase der Vollst ndigen Handlung statt Hier wird eine m glichst komplette Vorstellung ber den Problemgegenstand und bereits existierender L sungswege gepr gt Die Phase der Planung dient dazu den erforderlichen Arbe tsablauf in Gedanken vorwegzunehmen gedanklich also probezuhandeln Der Ausf hrende legt sich hierbei eine Theorie des machbaren Probleml sungsvorganges zurecht Wichtig ist das zu diesem Zeitpunkt bereits Kontrollkriterien f r die Qualit t der Arbeitsausf hrung also den Erfolg der Handlung festgelegt werden Dies ist grunds tzlich auch eine wissenschaftliche Handlung jedes Aufstellen einer Theorie ist verbunden mit der M glichkeit ihrer Fals f z erung Um Theorien falsifizieren und zu einer Theorie f hrende Experimente reproduzieren zu k nnen m ssen konkrete Informationen gegeben sein Die Entscheidung ber die Durchf hrung einer Handlung f llt unter Beachtung aller bis dahin
346. ngen Realisierte technische Anlagen sind zwar in der Regel direkt zug nglich jedoch ist f r eine Weiterentwicklung im Sinne einer technischen Optimierung ein Modellverst ndnis der Anlage notwendig Auch in der Technik die ja auf Erkenntnissen der Naturwissenschaften aufbaut finden wir Prozesse die sich der direkten Beobachtung entziehen z B solche die Vorg nge auf Mikro und zunehmend auch auf Nanoebene einschlie en Die Notwendigkeit des Arbeitens mit Modellvorstellungen bertr gt s ch entsprechend auf die naturwissenschaftliche und technische Bildung denn erstens sollen hier die Methoden der jeweiligen Bezugswissenschaft vermittelt werden und zweitens finden wir das Problem der fehlenden Zug nglichkeit der Originale hier h ufig n noch st rkerer Form 2 2 Verk rzungsmerkmal Modelle sind im Vergleich zum Original vielfach um einige Merkmale verk rzt k nnen aber auch um nicht dem Original entsprechende zus tzliche Attribute erweitert werden Beides kann intendiert oder n cht intendiert sein e nicht intendierte Verk rzung Es sind noch nicht alle Originalattr bute bekannt es handelt s ch vielleicht um eine vorl ufige Modellvorstellung Nicht intendierte Verk rzungen werden vor allem m R ckblick auf historisch gewachsene Modellvor M ller 1992 Seite 78 1 Popper K Wissenschaftslehre in entwicklungstheoretischer und in logischer Sicht In Popper K Alles Leben ist Probleml sen M nchen Piper 6 Aufl
347. ngs f r die Sch ler zu h ren dass sie das Lernmodul nicht zu verlassen brauchten sondern dass es nur in den Hintergrund des Betriebssystems gelegt wer den sollte Ich zeigte den Sch lern wie man es durch die alt Tab Tastenkombination wieder in den Vordergrund holen kann um Hinweise daraus zu beziehen Weiterhin demonstrierte ich den Ableger des Lernmoduls das Helferlein das die Arbeit der Gruppen in der Entwicklungsumgebung von Visual Basic unterst tzen soll Die Gruppen kamen danach z gig zum Erfolg wobei sich die Sch ler der verschiedenen Gruppen gegenseitig unterst tzten wenn der Debugger von Visual Basic zum Beispiel auf einen Pro grammierfehler in einer bestimmten Programmzeile verwies wurde diese Zeile mit der Nach bargruppe verglichen Da es sich vor allem um kleinere Syntaxfehler handelte habe ich dieses Vorgehen bef rwortet um schnell zum Ziel zu kommen durch Verst ndnisfragen an die Gruppenteilnehmer konnte ich ausschlie en das die Sch ler ganze Programmteile von einander abgeschrieben haben Dazu hatten die Sch ler auch gar kein Bed rfnis denn sie wollten tats chlich ihren jeweils eigenen L sungsweg verwirklichen Entsprechend indivi duell wirken auch ihre Programme Interessanterweise verzichtete die Gruppe Elite v llig auf den Einsatz des Helferlein Diese Gruppe hatte sich vorgenommen die Programmierung des AD DA Wandlers mit Bordmitteln also ohne die Kontrolle durch Assistenten
348. ngs gem exponentieller Zusammenh nge in chaotischen Systemen wie dem Duffing Oszillator herrschen grund s tzlich n chtlineare Zusammenh nge F r solche Systeme ist sind Euler Verfahren unge eignet da s e n jedem Fall auf der Grundlage eines linearen Verlaufes der Steigung zwischen den beiden St tzpunkten basieren Bei der einfachen Exponentialfunktion Y t exp t Y t exp t w rde das Halbschritt Verfahren st ndig von einem zu kleinen Mittelwert ausgehen Da die Ableitung einer Exponentialfunktion wiederum eine Exponentialfunktion ist sind die Steigungen auf der rechten Seite des Halbschrittes alle zu gro auf der linken Seite zu klein Dieser Fehler kulminiert Die Betrachtung nichtlinearer Systeme wie dem Duffing Oszillator hat gelehrt dass hier schon sehr kleine nderungen des Systemzustandes zu makroskopisch gro en nderungen des Systemzustandes f hren Wenn diese Eigenschaft auf das Modell bertragen wird bedeutet das aber dass die Vorhersagen des Modells bei geringen Fehlern im Algorithmus schlicht falsch werden F r solche Systeme lohnt es sich nach genaueren Algorithmen als dem Euler Algor thmus zu suchen 38 3 1 3 3 Runge Kutta Verfahren 4 Ordnung F r die Betrachtung nichtlinearer Systeme werden h ufig Runge Kutta Verfahren h herer Ordnung gew hlt Das Halbschritt Verbesserung des Euler Verfahrens l sst sich auch als die Anwendung einer Taylor Reihenentwicklung verstehen die nach dem
349. nhang zwischen dem zeitlichen Abstand der At der Taktschritte der nderung Av der Geschwindigkeit und der Beschleunigung a korrekt anwenden und erkl ren k nnen Um den Bezug zur Physik des realen Geschehens herstellen und absichern zu k nnen sollen die Sch ler auf der Grundlage der mit dem S imulationsmodell gewonnenen Erkenntnisse einen Versuch zur Messung der Bewegung realer Objekte selbstst ndig planen durch f hren auswerten und interpretieren Sie sollen die gewonnenen Erkenntnisse in den Bezug zur Software S mulation stellen und die in der Realit t gewonnenen Messwerte zur Verbesserung des Software Modells d h zur weiteren Ann herung des Modells an die Realit t nutzen 5 3 2 Durchf hrung der Pilot Unterrichtsreihe in der Laborgruppe 5 3 2 1 Analyse eines existierenden Modells Nach einer Bestimmung des Begriffes Dynamik als einen Teilgebiet der Physik das die Lehre von der Bewegung von Objekten unter dem Einfluss von Kr ften darstellt wurde der Gruppe die Aufgabe gegeben das Bewegungsprofil besonderer Software Objekte zu erfassen Es handelte sich hierbei um die computergrafische Darstellung von Moorh hnern als Be standteil eines zu diesem Zeitpunkt u erst popul ren zu Werbezwecken frei verteilten Computerspiels Die Moorh hner steigen hierbei regellos vom Boden auf und fliegen entlang typischer Bahnen bis sie entweder von sich aus im Gel nde niedergehen oder vom Spieler mit einem Flintenschuss
350. nigung sind wenig signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen erkennbar Dass innerhalb der Laborgruppe vor allem durch 33 der Jungen eine naiv lebensweltliche Ver bindung mit schnellen Fahrzeugen gezogen wurde entt uschte zun chst Im Feldversuch trat diese Antwort allerdings nicht h ufiger auf als in der Vergleichsgruppe Bei allen 3 Gruppen war die Beschreibung Beschleunigung ist wenn ein Gegenstand schnel ler wird in irgendeiner Form dominierend jeweils ber die H lfte der Beteiligten ant worteten auf diese Weise Ebenfalls bei allen Gruppen von 20 25 der Sch ler genannt wurde die Beschreibung dass Beschleunigung die Zunahme von Geschwindigkeit sei In der Vergleichsgruppe gaben 25 dieser Sch ler eine Antwort die auf das Vorhandensein einer quantitativen Vorstellung der Art Beschleunigung Geschwindigkeits nderung pro Zeit schlie en lassen explizit in Form einer Formel beschrieben hat dies jedoch kein einziges Mit glied der Vergleichsgruppe Dies geschah aber signifikant h ufiger durch die Sch lerinnen der Laborgruppe 20 der Sch lerinnen und durch 20 der Sch lerinnen und Sch ler des Feldversuches Hier sind es vor allem die M dchen 24 die sich durch Angabe des formelm gen Zusammenhanges vor den Jungen 16 hervortun 21 N Es ist auch hier nicht zu erkennen dass die M dchen durch die stark am Computer ausgerichtete Struktur der Unterrichtsreihe eine Benachteiligung er
351. nktionsmodelle der visu ellen Darstellung zentraler Objekte eigenen sich hervor ragend als Grundlage f r Ge spr che mit Auftraggebern Experten und zuk nftigen Nutzern j ni i Mit Hilfe von Spikes kann das Produkt konkretisiert und sein Look and feel f r alle verbindlich definiert werden Erfahrungsgem sind die ersten Spikes stets die Ausl ser anhaltender und auch tats chlich produktiver Diskussionen Als Skizzen eignen s ch rohe aber m glichst perspektivische Zeichnungen eine Aufnahme oder einer zu erstellenden Computergrafik CGI Computer Generated Image Sollen Realaufnahmen einer existierenden Anlage erstellt werden sollten schon bei der Begehung lS McLuhan M Powers B R The Global Village Der Weg der Mediengesellschaft in das 21 Jahrhundert Paderborn Jungfermann 1995 Seite 82 110 zahlreiche Schnappsch sse aus verschiedenen Kamerawinkeln aufgenommen werden die man dann leicht in ein elektronisches Storyboard integrieren kann zu diesem Zweck eignen sich Digitalkameras sehr gut Besteht das zu erstellenden Informationssystem in Teilen oder im wesentlichen aus interaktiven grafischen Benutzerschnittstellen GUI Grafical User Interface so sollte die Form der GUI an dieser Stelle definiert werden Mit modernen Werkzeugen des Rapid Application Development RAD wie Visual Basic Borland Jbuilder Delphi oder Forte Java ist es bereits einfacher und schneller die GUI mit den integrierten GUI
352. nn ein gewisser technischer und naturwissenschaftlicher Bildungsgrad vorausgesetzt werden aller dings sind die Entscheider nicht notwendigerweise mit dem aktuellen Stand der Forschung vertraut e Medien die f r ein reines Fachpublikum gerichtet sind an universit ren Ma st ben zu orientieren Diese Medien lassen sich f r die Hochschulbildung f r die Fachpr sentation auf Fachkongressen und f r innerbetriebliche Fortbildung einsetzen Aufgabe 2 1 2 Bestimmung der Lernhaltigkeit der Objekte und ihrer Attribute Nachdem die Zielgruppe im Punkt 2 2 1 in Verbindung mit dem Auftraggeber definiert worden ist werden jetzt die aus der Analyse und Modellbildung im Abschnitt 1 ergebenden Objekte einzeln mit den Anforderungen aus der Zielgruppenanalyse verglichen Zahlreiche Objekte sind zwar zum Betrieb des gesamten Systems zwingend erforderlich bringen dem Betrachter aber keine neue Information Zum Beispiel ist sind zahlreiche Systeme auf die Versorgung mit einer Vielzahl verschiedener Gleich und Wechselspannungen angewiesen weshalb ein Netzteil zentraler Bestandteil dieser Systeme ist Dennoch gibt die Betrachtung des Netzteils in der Regel keinen zus tzlichen Aufschluss ber das Ziel oder die Funktion des Systems Dasselbe gilt f r Pumpen oder Ventilatoren zu F rderung eines Stoffflusses In manchen F llen z B Netzteil w re damit gedient die gesamte Systemgrenze ent sprechend zu bewegen so dass das Netzteil nun au erhalb der Sy
353. nn es vor kommen dass die Interaktion nicht oder nicht vollst ndig vom Benutzer gesteuert werden kann weil er Schaltfl chen bersieht oder die Bedeutung von Schaltfl chen falsch inter pretiert Aus diesem Grund ist die formative Evaluation mit Versuchspersonen zwingender Bestandteil der komponentenorientierten Lernsoftwareentwicklung Unter der format ven Evaluation versteht man jede Evaluation deren Ergebnis unmittelbar in eine Verbesserung des konkreten Pr fgegenstandes m ndet Die formative Evaluation von Lernsoftwarekomponenten wird in der Universit t Duisburg im Rahmen von Studenten workshops bei gr eren Projekten als Teil von Seminarveranstaltungen zum Einsatz neuer Medien im Unterricht teilweise auch mit Hilfe von Sch lern bei den schulpraktischen Studien der Lehramtsstudenten durchgef hrt Die Versuchspersonen sollten s ch n jedem Fall aus der Zielgruppe des Mediums rekrutieren Sie sollten die Software das Video oder die Software komponenten noch nicht kennen Im Verlauf der format ven Evaluation wird die Versuchsperson alleine oder in Gruppen mit max mal 3 Personen mit dem Medium konfrontiert Ein Versuchsbetreuer der Medien entwickler selber oder eine von hm eingewiesene Hilfskraft setzt sich dazu greift aber nach M glichkeit nicht ein Die Versuchspersonen werden angewiesen ber ihre Wahrnehmungen und ber die von ihnen geplanten Aktionen laut nachzudenken Sie sollen beschreiben was sie sehen wie
354. nnen nur die Arbeitsergebnisse die nach der mehr oder weniger erfolgreichen Anwendung einer Lernstrategie entstehen Der derzeitige Wissenstand erlaubt es noch nicht Lernstrategien zuverl ssig zu identifizieren Die Benotung der Lernstrategie r ckt das Lernen mit Multimedia Software in eine v llig ver nderte Perspektive Insbesondere kann man in diesem Fall nicht mehr von selbstge steuertem Lernen sprechen da die Bewertungskriterien von au en festgesetzt werden DS Finigen Gruppen von Lehramtsanw rtern nicht technischer F cher wurde die Aufgabe gestellt mittels auf Arbeitsbl ttern dargebotener Informationen aus einfachen Bauteilen eine Schrittmotorsteuerung zu realisieren Dabei hatte ein Gruppenmitglied die Aufgabe den Weg der Informationsaufnahme aus Arbeitsblatt Diskussion mit Betreuer Versuch und Irrtum Vorwissen festzuhalten Damit sollte die Gruppe anschlie end ein Flussdiagramm ihrer Lernstrategie erstellen Dies f hrte zu erstaunlich komplexen Strukturen die in der normalen Gruppenarbeit ohne den eigenen Beobachter in der Regel nicht wahrgenommen werden 239 Das Lernmodul Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors benutzt SQL Anweisungen um in einer Access Datenbank den Zugriff auf die 15 Informationskarten mit Zeitpunkt und Dauer f r jede einzelne Gruppe festzuhalten Dar ber hinaus wird protokolliert wann die Leitfragen zu den einzelnen Kapiteln beantwortet wurden und welche Punktzahl dabei erzielt wu
355. noch sehr stark eingeschr nkt sogar auf eine passive oder nur einfach interaktive Nutzung reduziert In fachdidaktischen Lehrveranstaltungen kann sich der Umgang mit neuen Medien aber nicht auf diese Form der Nutzung beschr nken Es ist dabei insbesondere die Multiplikatorwirkung der Lehrerausbildung zu beachten Der Lehrer wird seinen Sch lern schon durch die Gestaltung seines Unterrichtes die Haltung und Arbeitsweise weiter vermitteln die er im Umgang mit neuen Medien an der Hochschule erworben hat Z el muss es daher sein bei den angehenden Lehrern eine echte Handlungskompetenz m Zusammenhang mit neuen Medien zu entwickeln Das hei t es muss der handelnde kreativ schaffende und probleml sende Umgang mit Lernsoftware und den Werkzeugen zu deren Erstellung grundgelegt werden 5 2 1 4 Einsatz in den Lehrveranstaltungen Vorlesung Die Komponenten lassen sich sowohl in geschlossener Lernsoftware oder Internet Ressourcen f r das selbstgesteuerte Lernen als auch im Demonstrationseinsatz in Vorlesungen nutzen Der nnere Aufbau und die Funktionsweise von Messger ten d e Struktur eines Regelkreises und das Verhalten von Reglern und Regelstrecken l sst sich mit n der Hochschule vorhandenen Ger ten PC Notebook V deo Beamer aus den beschriebenen Gr nden wesentlich besser demonstrieren als mit konventionellen Medien Besonderer Vorteil ist hier wieder die interaktive Var ierbarkeit von Parametern mit dem Ziel eine vertiefte Vors
356. nstellung Programmiier technik Elektrotechnik Regelungs technik Abbildung 93 Aufenthaltsdauer der Gruppe Schlecht in den einzelnen Kapiteln 280 5 4 7 Die Klausur vom 9 6 1998 Problemstellung In einer Verfahrenstechnischen Anlage wird ein Reaktionsofen aufgestellt dessen Temperatur durch einen lbrenner konstant gehalten werden soll Aufgabe 1 Regelkreise Zeichne den S gnalflussplan eines Regelkreises der diese Regelungsaufgabe bernehmen kann Beschrifte die Funktionsbl cke und trage alle wichtigen Gr en mit hrer physika lischen und regelungstechnischen Bezeichnung ein Aufgabe 2 Regelstrecken Der Ofen verf gt nur ber eine beschr nkte W rmeisolierung Wie wird er sich bei einer pl tzlichen nderung der W rmezufuhr verhalten wie eine P Regelstrecke oder wie eine I Regelstrecke Begr nde Deine Entscheidung Skizziere dazu auch den zeitlichen Verlauf von Sprung und Sprungantwort Aufgabe 3 Regler Der gro e Ofen reagiert sehr tr ge auf Einfl sse von au en nderung der Umgebungs temperatur usw F r den verfahrenstechnischen Prozess ist es jedoch sehr wichtig eine be stimmte Temperatur m glichst genau einzuhalten Der Verfahrensingenieur muss sich jetzt gut berlegen welchen Regler oder welche Kombination von Reglern er einsetzen soll Charakterisiere f r jeden Reglertyp P I D Regler einzeln ob sein Einsatz notwendig sinnvoll oder
357. ntretender Ereignisse gesteuert werden sollten Der Methode ist in einer Klammer nachgestellt auf welche Eigenschaft sie w hrend der Ausf hrung lesend zugreift d h von welchen Eigenschaften der Ablauf der Methode abh ngig ist Greift die Methode schreibend auf eine Eigenschaft zu ver ndert sie also Eigenschaftswerte so soll diese T tigkeit Teil des Methodenbezeichners sein Beispiel geschwindigkeit ndern Zeit Beschleunigung Ereignisse die die Ausl sung und den Ablauf von Methoden beeinflussen In jeder grafischen oder textuellen Beschreibung werden Ereignisse durchg ngig mit einem davor gestellten Blitz Symbol X hervorgehoben Tritt ein Ereignis nicht nur einfach auf sondern st noch quantitativ beschreibbar werden d e genauen Werte n einer Klammer mit bergeben Beispiel beschleunigungGe ndert 9 81 79 amp Zeit amp Ort amp Geschwindigkeit Beschleunigung ort ndern Geschwindigkeit Zeit geschwindigkeit ndern Beschleunigung Zeit X beschleunigungGe ndert Abbildung 30 Beispiel f r ein Klassendiagramm in der dUML Zust nde Eigenschaften Automaten Im Systemdiagramm nach wurde bereits deutlich dass ein System au er seinen Subsystemen den Relationen der Subsystemen untereinander und seinen Ein und Ausgangsgr en mit S Stoff E Energie I Information gekennzeichnet noch eine weitere wichtige Eigenschaft besitzt den internen Zustand engl state Diese internen Zust nde beschreiben
358. nz und spannungsstabil mit elektrischer Energie versorgen e Das Anfertigen der Protokolle st Te l der Gruppenarbeit und soll daher auch n den Gruppen w hrend der Unterrichtszeit erfolgen Dabei sollen sich die Gruppen koor dinieren k nnen so dass die Gruppen individuelle Schwerpunkte ihrer Arbeit betonen k nnen W hrend der gesamten Laufzeit der Unterrichtsreihe also auch beim Fertigen der Protokolle steht den Sch lern das Lernmodul zum Nachschlagen zur Verf gung In der Diskussion wurde deutlich dass die Sch ler bis zu diesem Punkt keine Fragen zur Aufgabenstellung haben die Anforderungen erscheinen ihnen klar soweit sie das bis dahin beurteilen konnten Dies wurde aber gleichzeitig verst ndlicherweise als gro er Kritik punkt ge u ert Die Sch ler f hlten sich sehr ungewiss dessen was auf sie zukommt Inwie weit sie die an sie gestellten Anforderungen berhaupt erf llen k nnen muss ihnen noch v llig unklar erscheinen Mit den im ersten Teil des Informationsblatt genannten Titeln der 6 Versuche die sie durchf hren sollen k nnen sie bei ihrem derzeitigen Kenntnisstand definitiv noch nichts anfangen Das einzige was die Sch ler bereits einsch tzen k nnen ist dass die vor ihnen liegende Unterrichtsreihe f r sie pers nlich arbeitsintensiv wird Dies verbunden mit der oben ge nannten Ungewissheit erzeugt in ihnen ein entsprechendes Ma an Skepsis Diese Skepsis wird von den Sch lern Sabine Ayhan und Ma
359. nzelnen Objekt zugeordnet in unserem Beispiel dem Kessel Die anderen Objekte im Verbund k nnen auf diese Eigenschaft des Kessels zur ckgreifen um ihren eigenen Druck geeignet zu bestimmen Innerhalb einer Rohrleitung w rde demnach der Kesseldruck oder ein unter Einbeziehung von Rohrreibung und Druckminderern abge wandelter Kesseldruck herrschen In der Objektorientierten Modellbildung k nnen die anderen Objekte des Systems den Druck des Kessels Objektes referenzieren Hierzu wird die Dot Notation Schreibweise verwandt z B Leitungsdruck Druckminderungsfaktor Kessel Druck Hierdurch bleibt die Eigenschaft Druck dem Objekt Kessel fest zugeordnet Eine pr zise Erfassung und gelungene Zuordnung der Objekteigenschaften an dieser Stelle erleichtert wesentlich die Arbeit der Mediengestaltung im Abschnitt 3 2 1 Hier m ssen f r die jeweiligen Systemzust nde geeignete Visualisierungen gefunden werden Die Zuordnung der Zust nde zu Objekten erleichtert nach den bisherigen Erfahrungen die Arbeit erheblich da dann einem definierten visuellen Objekt innerhalb des Mediums eine Eigenschaft auch 100 sichtbar zugeordnet werden kann Z B kann sich der Kessel je nach Temperatur geeignet verf rben oder sein F llstand kann durch eine S ule angezeigt werden Aufgabe 1 4 2 Methoden Verhaltensmerkmale der Objekte beschreiben Viele aber nicht alle Objekte zeigen nach au en nicht nur ihre typischen Eigenschaften sie zeige
360. o steigt es nach einer zufallsbestimmten Flugzeit ann hernd im 45 Winkel zu Erde ab Dabei ndert es die Vorw rtsge schwindigkeit n cht es wird lediglich eine konstante Abw rtskomponente berlagert Hier ist eventuell ein Vergleich mit dem Geschwindigkeitsverlauf auf der schiefen Ebene von Interesse Manchmal wird die Vorw rtsbewegung des Huhns von einer Rotationsbewegung berlagert Beispiele Abschuss Windm hle Einige Sch ler wollten beobachtet haben dass das Huhn nach einem Treffer erst steigt und dann f llt Eine genauere Beobachtung durch die Gesamtgruppe mit dem Video projektor w hrend einer Spielrunde ergab dass das Huhn sich durch den Treffer nach hinten berschl gt wobei der Kopf kurzzeitig ber die Flugbahn aufsteigt Die Sch ler beobachteten weiterhin dass der Bauch n herungsweise der Schwerpunkt des Huhns dabe seine H he nicht ndert Es ergibt sich daraus an dieser Stelle die M glichkeit die berlagerung translatorischer und rotator scher Bewegungen zu diskutieren und darzustellen 159 wt e N ER arsa DOL E IREIEN EBEN u GL r l i ee nah nn S j i A i mi ee ni 1 Et wi 1 a u 2 SE Wi backe wer dan ld id Kur ER ae us un nee EE RE ER GER Wr SEEN CE s l l i R x t ga in Fiqa PALERE EE N a7 Jao Huk 3 eq ada qea sarg und quadapormeg 1o t omen O eo emee b a e ee a a G G d m y m Abbildung 60 Analyse eines existierenden Softwa
361. offenen Projekt rtigen nterticht essene aE A OAE E 240 Abbildung 80 Charakteristische bergangsvorg nge zur Kennzeichnung des Zeitverhaltens 247 Abbildung 81 St rsprungantworten verschiedener Glieder eeeen 248 Abbildung 82 Typischer Sch leraufbau Auf dem Bildschirm bereits die von der Gruppe Schlecht entwickelte Steucrunsss fltw re aussen 263 Abbildung 83 Modifizierter Aufbau der Gruppe Elite neeeeeen 267 Abbildung 84 Zugriffe auf das Informationsmaterial durch die Gruppe Platoon 27A Abbildung 85 Nutzungsdauer der Karten durch die Gruppe Platoon uuneeeeennnn 274 Abbildung 86 Aufenthaltsdauer der Gruppe Platoon in den einzelnen Kapiteln 275 Abbildung 87 Zugriffe auf das Informationsmaterial durch die Gruppe Elite 276 Abbildung 88 Nutzungsdauer der Karten durch die Gruppe Elite n 278 Abbildung 89 Aufenthaltsdauer der Gruppe Elite in den einzelnen Kapi teln 278 Abbildung 90 Zugriffe auf das Informationsmaterial durch die Gruppe Schlecht 279 Abbildung 91 Nutzungsdauer der Karten durch die Gruppe Schlecht 280 Abbildung 92 Aufenthaltsdauer der Gruppe Schlecht in den einzelnen Kapiteln
362. omputersystem ausgewertet und situationsbezogen kommentiert wird Im Projekt Komponentenorientierte Lernsoftwareentwicklung f r die Lehrerausbildung Physik Technik wurde ein entsprechender Praktikumsversuch f r das werkstofftechnische Laboratorium entwickelt 122 Abschnitt 4 Einsatz und summative Evaluation Aufgabe 4 Indikatoren f r Verhaltens nderung in der Zielgruppe und in der Vergleichsgruppe statistisch verfolgen Webformular Online Nutzungsverfolgung oder Aktivit tskontrolle vor Ort Nachdem das Medium einen gewissen Zeitraum im Einsatz gewesen ist z B nach Ablauf einer Unterrichtsreihe in der das Medium eingesetzt wurde oder nach Ablauf einer Messe auf der mit dem Video Kunden angesprochen wurden sollte der Auftraggeber direkt oder fernm ndlich nach seiner Zufriedenheit befragt werden Das Interview sollte vor allem die vom Kunden wahrgenommenen Reaktionen und Lernerfolge der Rezipienten hinterfragen Da die Erfolgskontrolle in der Regel auch f r den Kunden Fachlehrer von Bedeutung ist sollte er auch schon m Vorfeld bei der Entwicklung der Fragestellung beteiligt werden Die einzelnen Fragen k nnen s ch entlang der m Abschnitt 2 1 definierten Ziele des Mediums gege benenfalls auch bis hinunter zu den im Punkt 2 3 1 entwickelten Funktionszielen der ein zelnen Szenen entwickeln Die m glichst pr zise R ckmeldung dient gezielt der Weiterentwicklung der Medienqualit t f r zuk nftige Projekte Aufgrund
363. on Rechnern im h uslichen Bereich folgendes Szena rio annehmen Sind die Sch lerinnen Einzelkinder oder gibt es in dem Haushalt nur M dchen geschieht eine selbstbewusste Nutzung des Rechners Wird der Rechner mit m nn lichen Geschwistern geteilt treten die M dchen im ersten Zweifelsfall eher von ihrem An spruch zur ck Rechner der Klasse Personal Computer sind wie der Name bereits andeutet durch zahlreiche Ma nahmen f r einen bestimmten Benutzer zu personifizieren Pers nliche Bildschirmhintergr nde Bildschirmmotive Softwareinstallationen und deinstallationen und eine n we ten Teilen auf einen bestimmten Nutzer angepasste Benutzerf hrung machen den Rechner f r eine zweite Person nur noch erschwert bedienbar Die zweite Person findet s ch auf dem fremden Rechner nicht so einfach zurecht w e der Erstbenutzer und bekommt durch die Anpassungen st ndig das Gef hl vermittelt sich auf fremden Territorium zu bewegen So kann es auf Dauer zu einer schleichenden Inbesitznahme des Computers durch den Bruder kommen In Familien mit traditionellem Verst ndnis der Geschlechterrolle ist dieses Szenario wahr scheinlicher als n Haushalten mit ausgepr gtem Bildungsdenken So k nnte es auch m Zeit 147 Harreis 1989 1 Beinke L Habel K M Harreis H Richter H Sieger H F rderung naturwissenschaftlich technischer Bildung f r M dchen in der Realschule in Nordrhein Westfalen Gie en M nster Duisburg Es
364. on solchen Antworten geordnet die jeweils den gleichen L sungsansatz der Sch ler vermuten lassen Zu den gebildeten Klassen im Einzelnen Argumentation ber das Verh ltnis von Zeit zur zur ckgelegten Strecke Beispielantwort Das untere Moorhuhn beschleunigt schneller weil es in der selben Zeit eine l ngere Strecke zur cklegt l Diese Antwort entspricht dem Ansatz s 5 und muss daher als korrekt angesehen werden Die Gleichung ist im Unterricht thematisiert worden jedoch nicht sehr ausgiebig Sehr wahrscheinlich ist jedoch dass die Sch ler die mit dem Ge schwindigkeitsbegriff verbundene Beziehung je gr er die Strecke desto h her die Geschwindigkeit n naiver Weiser auf den Beschleunigungsbegriff bertragen Argumentation ber den Parameter Beispielantwort Das untere Moorhuhn beschleunigt schneller weil der Parameter gr er eingestellt ist Diese Antwort erstaunt zun chst in der Tat aber ist in der Softwaresimulat on das In krement der Geschwindigkeit pro Zeit zun chst abstrakt als der Parameter be zeichnet worden Bei der Suche der Sch ler nach dem physikalischen Analogon wur den die Sch ler dann zur realweltlichen Beschleunigung gef hrt Dort wo Sch ler mit dem Parameter ihre Argumentation f hren zeigen sie deut lich dass sie sich geistig gerade in der Modellwelt der Simulation befinden und von dort aus argumentieren Das ist an sich nicht schlecht es muss jedoc
365. ormatik Frechen Ritterbach Verlag 1999 Booch G Objektorientierte Analyse und Design Bonn Paris Reading Addison Wesley 1994 Jacobson I Object Oriented Software Engineering A Case Driven Approach Reading MA Addison Wesley 1992 6 Rumbaugh et al Object Oriented Modeling and Design Englewood Cliffs NJ Prentice Hall 1991 6 Ward P T Mellor S J Strukturierte Systemanalyse von Echtzeit Systemen Englewood Cliffs NJ Prentice Hall 1991 http www google de search hl de amp safe off amp qg Informatik Modellbildung amp btnG Google Suche amp meta 1r 3Dlang_ de http www google de search hl de amp safe off amp gq 22computer science 22 AND 22Modeling 22 amp btn G Google Suche amp meta Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Informatik Frechen Ritterbach Verlag 1999 Seite 11ff 55 Die Richtlinien f r das Fach Informatik in der gymnasialen Oberstufe teilen s mtliche fachlichen Inhalte entweder einem der Felder d h generellen fachmethodischen Leitlinien e Modellieren und Konstruieren oder e Analysieren und Bewerten als generelle fachmethodische Leitlinien zu Das Thema ein Informat kmodell gewinnen aus dem Feld Modellieren und Konstruieren gliedert sich n die Themen l Prob
366. p gt 8400 Then y 0 Moorhuhn Height 100 Timer1i Enabled False End If End Sub 170 Quellcode 3 Eine Fallbewegung mit einer Geschwindigkeit in y Richtung die zun chst y 0 Einheiten Takt betr gt und dann pro Takt um 9 Einheiten erh ht wird Dim y As Integer Private Sub Form Load y 0 End Sub Private Sub Timerl Timer y y t 3 Moorhuhn Top Moorhuhn Top y If Moorhuhn Top gt 8400 Then y 0 Moorhuhn Height 100 Timer1i Enabled False End If End Sub 171 Die grafische Darstellung des fallenden K rpers hatte n beiden F llen d e gleiche Form Allgemein a Projekti Microsoft Yisual Basic Entwerfen Datei Bearbeiten Ansicht Projekt Format Debuggen Ausf hren Abfrage Diagramm Extras Add Ins Fenster 7 l i Timert Timer Eu w Form Dim y As Integer Private Sub Form Loadi yo End Sub Frivate Sub Timerl_ Timer i Moorhuhn Top If Moorhuhn Top gt 5400 Then y 0 Moorhuhn Height 100 Timeri Enabled False End IE End Sub Moorhuhn Top 7 re min i 1 l wi ri ar Tim a dy E F h m Der fallende Korper ist dem Grafikobjekt e L a S Meh yea E i aus Moorhuhn entlehnt 10n lat mu srafische Oberfl che der Software S Abbildung 66 172 Das zu beobachtende Grafik Objekt das den fallenden K rper darstellen sollte war aus Kon s
367. ponente entstanden die in ein Informationssystem integriert werden kann Dies ist das Grundkonzept des vom Kompetenznetzwerk Universit tsverbund MultiMedia NRW gef rderten Modellversuches Komponentenorientierte Lernsoft wareentwicklung f r die Lehrerausbildung Physik und Technik wWSC_Pr sentation Mi E Farametrierung des Dampfk aftprozesses mechanische Arbeit 1242 5kJ kg gt Wirk d 5 33 6 a zugef hrte w rme 3 n kl APS Ja Zwischen berhitzung ler Frischlampfcruck p 100 bar A H Frischdamptemperatur T 660 K al H Kkondensatdruck p 1 bar ki H Enddampfgehalt 8 H H Abbildung 47 Eine Lernsoftwarekomponente ist ein Software Modell das in seinen Eigenschaften und Methoden dem nachgebildeten Objekt entspricht und mit einer grafischen Benutzeroberfl che verbunden ist die Beobachtung und Manipulation der Eigenschaftswerte erm glicht 117 Aufgabe 3 3 1 Pr fung der Visualisierung auf m glichst intuitive Verst ndlichkeit mit Hilfe von Versuchspersonen Ist eine Visualisierung nicht intuitiv verst ndlich kommt es zwangsl ufig zu R ckfragen K nnen die R ckfragen nicht beantwortet werden z B beim selbstgesteuerten Lernen so kann die Bedeutung der Simulation nicht erschlossen werden Genauso schlimm ist das Auftreten von Missverst ndnissen bei einer Fehldeutung der Visualisierung oder das kom plette bersehen einer zentralen Information Bei interaktiven Simulationen ka
368. pr gt ist die Hilfs kraftsvertr ge m Projekt werden prinzipiell nur semesterweise geschlossen brachte erh hte Anspr che an das Projektmanagement mit s ch Schnell wurde deutlich dass f r d e Steuerung des Projektes auf etablierte Werkzeuge des Projektmanagementes zur ckgegriffen werden musste Hierzu fiel nach einer eingehenden Beobachtung der derzeitigen Entwicklung die Entscheidung zur Einf hrung der Unified Modeling Language UML n die Projektarbeit Die UML wurde m Verlaufe der Projekt laufzeit kontinuierlich an die Bed rfnisse der Lehrerausbildung angepasst und m ndete damit in der in dieser Arbeit vorgestellten didactical UML dUML 5 2 6 Ziele beim Einsatz komponentenorientierter Lernsoftware Bewusst wurde darauf verzichtet die Komponenten schon als Projektbestandteil in eine geschlossene Anwendung d h in eine fertige Lernsoftware zu berf hren Statt dessen wird den Studierenden n Vorlesungen und Seminaren die Integration der Komponenten als Beispiel f r die zielgerichtete und reflektierte Anwendung neuer Medien vermittelt 142 Grundlage bieten berlegungen zum Einsatz von Unterrichtsmedien die auf die Berliner Schule von Wolfgang Otto Wolfgang Schulz und Paul Heimann zur ckgehen und von Wolfgang Klafki in seinen neuen Studien zur Bildungstheorie und Didaktik aufgegriffen wurden Benan aee EEE der in sozio kulturell vermittelten Ausgangsbedingungen einer Lerngruppe des Lehrenden sowie
369. prachlich korrekt beschreiben k nnen Frage 2 Was verbindest Du mit dem Begriff Geschwindigkeit Beschreibe 5 3 4 3 1 Auswertung Frage 2a Assoziationen mit dem Begriff Geschwindigkeit H ufung Laborgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen besonders schnelle Gegenst nde Autos Flugzeuge Synonym zB Schnelligkeit mp v als formelma iger Zusammenhang Beschleunigung Einheit fiir Anschauliche halbguant tative Erkl rung Konstante Bewegung Mengenbegriff Differenzierung Momentan Durchschnittsgeschwindig Konstante Geschwindigkeit Beispielrechnung P Z Z at g z J3 S m fm CL 2 Du 3 E I i ma fa T fa Z 3 fm 20 I H ufung Vergleichsgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen besonders schnelle Gegenst nde Autos Flugzeuge 45 454 Synonym zB Schnelligkeit 18 151 Beschleunigung Einheit f r w 36 363 Anschauliche halbguantitative Erkl rung EIER Konstante Bewegung 19 191 Mengenbegriff Differenzierung Momentan Durchschnittsgeschwindig Konstante Geschwindigkeit Beispielrechnung HI 2 7 m 5 a D IE z amp T AE 3 3 All m ZU a call P m 5 ge i 2 Z J s Ya D 5 Ta H ufung Feldversuch auf 100 normiert M dchen Jungen Bei der Vergleichsgruppe dominiert statt einer Antwort mit Formeln die Assoziation mit schnellen Gegenst nden wie Autos und Flugzeugen die Antworten
370. ption 3 Medien Produktion 4 Einsatz und berpr fung e Konsequenterweise soll am Ende der Unterrichtsreihe ein Produkt stehen hier in Form eines an der Realit t gepr ften Software Modells der gleichf rmigen und be schleunigten Bewegung von Gegenst nden m Schwerefeld der Erde e Die Unterrichtsreihe soll konform zu den Richtlinien der betreffenden Schulstufe sein 14 Pennington N Cognitive Components of expertise in computer programming A review of the literature Tech Rep No 46 University of Michigan Center for Cognitive Science Ann Arbor MI 1982 M Wobei die Fehlersuche beim Programmieren wie in keinem anderen Handwerk ein integraler Bestandteil des Produktionsprozesses ist wie jeder der ein wenig Programmiererfahrung hat best tigen wird 153 e Der Kenntnisstand der vermittelten physikalischen Inhalte soll bei den Sch lern der Versuchsgruppen mindestens vergleichbar mit dem Kenntnisstand der Vergleichsgrup pen sein e Der Bezug zum realen Experiment und zur gegenst ndlichen Bedeutung der Attribute des Software Modells muss zu jedem Zeitpunkt erhalten bleiben Auf keinen Fall darf ein Software Modell von den Sch lern als Tr ger der absoluten Wahrheit inter pretiert werden Im Gegensatz sollen die Sch ler dazu angehalten werden Software Modelle kritisch zu hinterfragen und Modellvorstellungen generell als mit Grenzen behaftet wahrzunehmen Zeitliche Planung des Unterrichtsversuches Herbst 2000
371. r Normen und Bestimmungen z B f r das technische Zeichnen zu erhalten Die Gruppe f llt die Entscheidung zur eigenst ndigen Entwicklung eines angepassten h henverstellbaren Gel nderfu es mit 10 mm Verstellweg Die Sch ler bestimmen die Ma e legen den Werkstoff fest und legen eine technische Zeichnung des Gel nderfu es an F r die Realisierung des technischen Gegenstandes also dem Transfer des Modells vom Abbildungs raum in den Gegenstandsraum wird von den Sch lern ein Arbeitsablaufplan formuliert der die einzelnen Arbeitsschritte und die f r jeden Schritt notwendigen Arbeitsmittel beschreibt blicherweise schlie t nun die Realisierungsphase der vollst ndigen Handlung an Die f r diese Phase zur Verf gung stehenden Arbeitsmittel setzen dem Anspruch der gesamten Unterrichtsreihe enge Grenzen Wenn die Realisierung mit den Arbeitsmitteln der Berufs schule nicht vollzogen werden kann k nnen Teilleistungen von den Sch lern in den Be trieben vollzogen werden denen sie zugeordnet sind Weiterhin haben die Kreis handwerkerschaften der Regionen sogenannte berbetriebliche Lehrwerkst tten BL eingerichtet n denen die Sch ler Werkst cke w e den beschriebenen Gel nderfu fertigen k nnen Aufgrund der zahlreichen in der Zielsetzungs Planungs und vor allem der Entscheidungs phase fixierten Qual t tskriterien kann der Erfolg der Realisierungsphase eindeutig und pr zise bewertet werden Wichtig ist hier auc
372. r ck liegen 3 Die Informatik nutzte in den siebziger Jahren hnliche Konzepte der Modellbildung und Modellerstellung Im direkten Vergleich wird aber deutlich dass diese Konzepte hier in der Zwischenzeit eine besonders starke Weiterentwicklung erfahren haben Dies ging einher mit einem deutlichen Wechsel der grunds tzlichen Ausrichtung hin zum sogenannten Objektparadigma eine Entwicklung die in den Natur und Technikwissenschaften nicht n dieser Deutlichkeit sichtbar st Inwieweit diese heutzutage ebenfalls sehr stark vom Einsatz von Softwaretechnologie gepr gten Wissenschaften den gleichen Paradigmenwechsel nachvollziehen k nnen oder sollen ist eine der wesentlichen Fragen die diese Arbeit aufwirft F r die letztgenannte Frage bedeutsam ist die ebenfalls im Kapitel 3 beschriebene von der Informatik betriebene Entwicklung hin zu einer Unified Modeling Language UML Beim 299 Besuch von Fachtagungen und Workshops z B denen des Universit tsverbundes Multi Media des Landes NRW wird dem Betrachter deutlich dass UML derzeit Einzug in die Projekte verschiedener Ingenieurwissenschaften h lt Erwartungsgem geschieht dieser Einzug zun chst vornehmlich m Rahmen der Entwicklung der n tigen Software z B zur Prozessleittechnik Da damit UML bereits eine hohe Verbreitung in allen technikwissenschaftlichen Disziplinen erreicht erscheint es sinnvoll und zwangsl ufig dass UML fr her oder sp ter auch f r n cht software
373. r Informations vermittlung im Vordergrund Dieser objektivistischen Sicht steht die Konzeption dieser Unterrichtsreihe und des Multimedia Lernmoduls entgegen die s ch eindeutig an konstrukti vistischen Positionen orientieren Hierbei dient das Multimedia Lernmodul als cognitive tool als Werkzeug f r einen Lernenden um sich in einer Lernumgebung mit m glichst vielen Wegen und Hilfen eine Vorstellung vom Wissensgebiet zu schaffen Hier stehen f r die wi ssenschaftliche Beobachtung eindeutig die Prozesse der Informationssuche im Vordergrund Vertiefende Literatur zu diesem Thema findet sich in allgemeinen Didaktik kaum Die Diskussion wird vor allem von Mediendidaktikern getragen ein gro er Teil des theoretischen Hintergrundes st tzt sich dabei auf Erkenntnisse der p dagogischen Psychologie 5 4 4 Planung der Unterrichtsreihe 5 4 4 1 Der Kontext der Unterrichtsreihe Das Thema des Kurshalbjahres 12 2 ist im Technikunterricht an der Willy Brandt Schule der Informationsumsatz in technischen Systemen Dies wurde bis zum Beginn der Reihe an ver schiedenen Gegenst nden der Digitaltechnik bearbeitet von einfachen logischen Verkn p fungselementen ber Z hlerschaltungen bis zum Schieberegister Den bergang zum aktu ellen Thema bildete eine kurze Reihe ber die Wandlung analoger in digitale Signale und um gekehrt Dabei kam schon von einem Sch ler die Idee dass man durch einen D A Wandler mit einem Computer einen Motor
374. r abgestimmt sein m ssen um zu einer schl ssigen Theorie der beobachteten Vorg nge zu kommen Ein Beispiel daf r ist die BCS Theorie der Supraleitung die wiederum das Modell der Cooper Paare enth lt um das Verschwinden des spezifischen Widerstandes in Fest k rpern bei geringen Temperaturen zu erkl ren Theorien beinhalten also Modelle Gesetze und Vorhersagefunktionen dazu kommt noch dass man Theorien mit einem bestimmten Diskussionsstand n der wissenschaftlichen Gemeinde n Verbindung Moore G E cramming more components onto integrated circuits Elektronische Publikation 1965 Quelle http www intel com research silicon moorespaper pdf 23 bringen kann Aus der Sicht des Didaktikers ist bedeutsam dass f r eine erfolgreichen Theorie m Lauf der Zeit vielfach Erkl rungsmodelle entwickelt werden die die Theorie einer breiteren ffentlichkeit zug nglich machen Dadurch ist es mittlerweile z B gelungen die spezielle Relat vit tstheorie im Physikunterricht der Oberstufe den Sch lern zug nglich zu machen 24 3 Modellbildungskonzepte verschiedener Bezugswissen schaften 3 1 Vorgehensweisen zur Modellbildung und Modellerstellung in der Physik Goldkuhle betrachtet es als die wohl wichtigste Aufgabe der Physik aus der gezielten Beobachtung von Abl ufen der realen Natur Gesetzm igkeiten zu entwickeln mit deren Hilfe man wiederum Vorhersagen f r hnliche Naturabl ufe gewinnen kann Wie Goldkuhle b
375. r an der gleichen oder an einer vergleichbaren Problemstellung arbeiten sind die Relationen zwischen den Aufgabenbereichen der Programmierer ebenso klar wie die 58 Relationen zwischen den Anwendungsfeldern der von ihnen programmierten Software Eine einheitliche Strukturierung der Programme die sogenannte strukturierte Programmierung erm glicht den Teammitgliedern das Verst ndnis der verwendeten Algorithmen Damit wird ihnen eine Anpassung der Programme an neue oder ver nderte Problemstellungen m glich Voraussetzung daf r ist allerdings dass die Programme im Quellcode zur Verf gung gestellt werden was sich vielfach nicht mit Urheberrechten oder Geheimhaltungszwang vereinbaren l sst und dass gemeinsame Programmiersprachen und Programmierkonzepte verwendet werden Die seit damals gebr uchlichen grafischen Beschreibungssprachen s nd sogenannte Kontrollflussdiagramme Kontrollflussdiagramme stellen grafisch d e Abfolge der Befehle beim Programmablauf und die m glichen Verzweigungen die im Programmablauf auftreten k nnen dar Die gebr uchlichen Formen von Kontrollflussdiagrammen sind der Programmablaufplan PAP und das Struktogramm Algorithmus Dienstzeit Bildschirmaufbau Summe Arbeitszeit 0 SummeFahrzeit 0 Zustandsgr e 0 Zuwachsrate 2 Zustandsgr e Zustandsgr e Zuwachsrate Ist Zustandsgr e gt Eingabe Arbeitszeit 20 bis Arbeitszeit gt 0 und Arbeitszeit lt 10
376. r deutlich dass mit der Erfahrung als Pro grammierer der Grad des reflektiven und absch tzenden Verhaltens zunimmt und der Grad 0 Webb N Cognitive Requirements of learning computer programming in group and individual settings AEDS Journal 18 3 Seite 183 193 BI Cathcart W Effects of LOGO instruction on cognitive style In Journal of Educational Computing Research 6 1990 Seite 242 32 Mohamed M The effects of learning LOGO computer language upon higher cognitive processes and the analytic global cognitive styles of elementary school students Doktorarbeit an der Universit t Pittsburgh In University of Ohio Hrsg Dissertation Abstracts International 3 Alspaugh C Identification of some components of computer programming aptitude In Journal of Research in Mathematics Education 3 Seite 89 ff b4 VanMerrienboer J Relationship between cognitive learning style and achievement in an introductory computer programming course In Journal of Research on Computing in Education 29 1988 Seite 181ff 151 des mpulsiven Verhaltens abnimmt Lie e sich diese Verhaltens nderung nicht nur im engeren Kontext von Informatik und Programmierung nachweisen sondern auf das generelle Probleml sungsverhalten z B m Physik oder Technikunterricht bertragen so w re das nicht ohne Konsequenzen f r die Fachdidaktiken technischer und naturwissenschaftlicher F cher Das Vermitteln von Programmierkenntnissen zur St rkun
377. rabel nur mit der Beschleunigung n y Richtung zusammen h ngen kann 229 Die Sch ler hatten die M glichkeit das eingezeichnete Koordinatensystem zu nutzen um ihre Aussage zeichnerisch zu begr nden Die Aufpunkte der Grafiken die die fallenden K rper repr sentierten wurden der Eindeutigkeit wegen hervorgehoben Bei den dargestellten K rpern handelte es sich wieder um die bekannten Moorh hner Die Entscheidung f r diese Darstellung fiel nach einigem Abw gen Entscheidend war letztend lich das die Moorh hner aufgrund der hohen Popularit t des originalen Spieles Moor huhnjagd der Phenomedia AG sowohl bei den Sch lern der Versuchsgruppe als auch bei den Sch lern der Vergleichsgruppen gleich bekannt ist Von der Versuchsgruppe wird allerdings nach Absolvieren des Kurses eine andere Betrach tung der auf dem Bildschirm dargestellten Bewegung erwartet als von den Vergleichs gruppen Diese andersartige Betrachtung dieser und hnlicher Bewegungen zu erfassen und zu bewerten ist letztlich Ziel der Erhebung Frage 5 5 Zwei Moorh hner bewegen sich auf dem Bildschirm mit gleicher Geschwindigkeit nach rechts Pl tzlich ab der Stelle A beschleunigen beide nach unten und folgen der gezeigten Flugbahn Welches Huhn beschleunigt schneller das obere oder das untere Begr nde 230 5 3 4 6 1 Auswertung Frage 5 enth lt eine offene Fragestellung Bei der Auswertung wurden die Sch lerantworten in Klassen v
378. rbeitet Forrester an einem Computerprojekt f r die Re gierung das die Erstellung eines Gesamtmodells der US Wirtschaft zum Inhalt hat mit dem die Regierung kritische Faktoren berwachen und Auswirkungen ihrer Entscheidungen im Vorfeld simulieren kann 32 Meadows D et al Die Grenzen des Wachstums Bericht des Club of Rome zur Lage der Menschheit Stuttgart 17 Auflage 2000 33 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Physik Frechen Ritterbach Verlag 1999 27 In der Sektion Physik des Arbeitsbereich Modellierung und Simulation dynamischer Systeme des Medienservers Learn Line des Landes NRW befanden sich im Juni 2001 genau 52 Modelle dynamischer Systeme aus Gebieten wie Mechanik Thermodynamik Radioaktivit t und Elektrodynamik die im Forrester Schema formuliert und in einem der genannten computergest tzten Modellbildungssystemen einsetzbar s nd Der Arbeitsbereich enth lt auch eine Reihe von Verweisen zu den Herstellern computergest tzter Modell bildungssysteme jedoch sind nur Produkte aus der Reihe der oben genannten vertreten Damit scheint zumindest in Nordrhein Westfalen die Position des Forrester Schema als Model l erungswerkzeug f r den Physikunterricht gefestigt Ein Modell im Forrester Schema besteht aus aufeinander bezoge
379. rbt sich durch den Spannungssto punktuell schwarz So erh lt man eine Reihe regelm iger Markierungen auf dem Cadmiumpapier Die Abst nde zwischen den Markierungen stellen den Weg dar den der Wagen in dem Zeitintervall zwischen den beiden Spannungsst en zur ckgelegt hat 165 rg 3 3 Br u EEI Abbildung 63 Messung am schienengebunden Wagen mit elektrisch zeitgetakteter Messvorrichtung Die beiden Experimente unterscheiden sich qualitativ Zu 1 das Experiment mit dem Rollwagen und der Stoppuhrmessung das von der Sch ler gruppe auf dem Gang vor dem Unterrichtsraum durchgef hrt wird ist gekennzeichnet durch e eine feste Strecke S 2 m zwischen den Messpunkten als unabh ngige Variable e das zeitliche Intervall 7 f r die Zeit die der Wagen zum Zur cklegen der Strecke S braucht als Messgr e Zu 2 das Experiment mit dem schienengebundenen Wagen mit elektrisch zeitgetakteter Messvorrichtung ist gekennzeichnet durch e cine festes zeitliches Intervall 100 ms zwischen den Messpunkten als unabh ngige Variable e die Strecke S die der Wagen innerhalb des zeitlichen Intervalls zur cklegt als Messgr e Dies ist von besonderer Bedeutung f r das bertragen der Modellattribute in die Simulations welt Die bisher den Sch lern bekannten Programmversion ist gekennzeichnet durch e Ein fest vorzugebenes zeitliches Intervall t zwischen den Aktivit ten des Timer Objektes als unabh ngige Variable
380. rd Das Unterprogramm wird durch den Timer alle 40 ms aufgerufen also ebenfalls 25 mal pro Sekunde Mit dem Umrechnungsfaktor 1 Pixel 2 2 mm ergibt sich f r die gemessene Beschleunigung mm Pixel 29418 7522 9 492 S S 6 85 Pixel 2 2 40msY Das ist eine mit lediglich 4 zufriedenstellend geringe Abweichung vom Literaturwert f r g 9 81m s Das Verfahren erf llt also auch die an einen Unterrichtsversuch im Physik unterricht zu stellenden Anspr che an die Messgenauigkeit Eine Fehlerdiskussion wurde mit den Sch lern durchgef hrt die Sch ler nannten als m gliche Fehlerquellen Messungenauig keit und systematische Fehler wie die Luftreibung hielten aber auch einen ortsbedingten Fehler f r m glich einige Sch ler hatten aus dem Physikbuch entnommen das der exakte Wert f r g je nach Lage auf der Erdkugel in tats chlich in der ersten Nachkommastelle quator 9 78ms Nordpol 9 83ms schwanken w rde Dieses Intervall ist mehr oder weniger willk rlich gew hlt worden 185 5 3 3 Planung der begleitenden Untersuchung F r eine bessere Vergleichbarkeit wurde die aufgewendete Zeit f r dieses Unterrichtsreihe auf die gleiche Zeit beschr nkt die auch f r die Unterrichtsreihen der Vergleichsgruppen anf el Der Aufwand f r die Programmierung des Computermodells in differentiellen Schritten ging auf Kosten des L sens von bungsaufgaben mit Hilfe von Formeln d h geschlossenen L sungen Daher ist a
381. rde Die Lerngruppen melden s ch aus diesem Grund mit Namen und Passwort am Lernprogramm an Die Datenbanken k nnen mit Standardsoftware zum Beispiel MS Office Professional gelesen und dargestellt werden Lesebeispiele finden sich im Abschnitt Analyse der Zugriffs Statistiken des Kapitels Reflexion 5 4 3 Multimedia und Projektmethode Besonderes Gewicht und langfristigen Nutzen hat ein Lernmodul zum Einsatz m technisch naturwissenschaftlichen Unterricht vor allem dann wenn es s ch gewinnbringend zur Unterst tzung von Projektarbeit einsetzen l sst Hier hat das Lernmodul vor allem dort Vorteile wo zur L sung eines technischen Teilproblems Sachinformationen vermittelt werden m ssen was ansonsten eine Unterbrechung der Projektarbeit zugunsten eines Lehrgangs Frontalunterrichtes zu Folge h tte Medi ZNS BRT Montage Demontage 1 Konventionelle Computer als a Informationsmedium NL Systeme Internet CD ROM Pa 0 Kritische Be AR Betrachtung O 07 arme PON Ns Maade Animationen HTML Lerngruppe Neri Lerngruppe Naturwissen schaftliches Experiment Induktions m prinzip f Computer als Q Z ndanlage Kommunikationsmedium A Em eMail News Telematik und Lehrkraft Telemetrie Abbildung 80 Die denkbaren Einsatzfelder von multimediaf higen Computern im offenen projektartigen Unterricht 240 technischer Die Abbildung 80 zeigt das denkbare Einsatzfeld von multimediaf h gen PC be
382. rden eigene Komponenten f r die Integration von externer Hardware der F rma Modul Bus zum Messen Steuern und Regeln entwickelt Damit ist die Konstruktion von Laborversuchen zu Ausbildungszwecken m glich bei denen ohne Wechsel des Mediums die Informationssammlung die Versuchsvorbereitung die Durchf hrung und der Vergleich mit dem Modell m glich ist Bei komplexen technischen Systemen ist es vielfach nicht m glich das Systemverhalten an einzelnen messbaren Gr en zu pr fen Hier ist das Urteil des Experten ber das erwartungsgem e Verhalten des Systems besonders wichtig l Ein bekanntes kommerzielles Beispiel ist die Entwicklung von Flugsimulatoren die von Piloten erprobt und mit ihnen weiterentwickelt werden die mit dem zu modellierenden Flugzeugtyp sehr gut vertraut sind 119 Aufgabe 3 4 Authoring Realisierung der zeitlichen oder logischen Abfolge mit Autorenwerkzeugen oder Videoschnittsystemen Auf die planerischen Schritte zur Strukturierung des Informationssystems und die Festlegung der zeitlichen oder logischen Abfolge der Informationsvermittlung ist im Abschnitt 2 3 Storyboarding eingegangen worden An dieser Stelle sollen nur kurz die medientechnischen Werkzeuge zur Realisierung der Abfolge vorgestellt werden Adobe Premiere a x Datei Bearbeiten Projekt Clip Schnittfenster Fenster Hilfe EE TER 0 00 54 00 0 00 55 00 0 00 56 00 0 00 57 00 0 00 58 00 0 00 59 00 0 01 00 00 0 01 01 00 0
383. re Modells Auszug aus einem Sch lerheft 160 5 3 2 2 Einf hrung in die Objektorientierte Programmierung Die Sch ler erhalten nun eine Einf hrung in die Objekt Orientierte Programmierung OOP Hierbei wurde den Sch lern kurz die Leistungsf higkeit der Programmiersprache Visual Basic demonstriert Zwei Sch ler die aus dem Wahlpflichtkurs Informationsumsetzende Maschinen bereits mit Visual Basic vertraut sind programm erten in etwa 3 Minuten ohne Vorbereitung ein Moorhuhn das bei Druck auf eine Schaltfl che sprunghafte Bewegungen ber den Bildschirm ausf hrt Die anderen Sch ler konnten das Vorgehen ber einen Video Projektor verfolgen Im Anschluss wurde die Bedeutung der Begriffe Objekt Eigenschaft Methode Ereignis m Unterrichtsgespr ch an lebensweltlichen Beispielen erarbeitet e Objekte k nnen Gegenst nde oder Personen sein e Diese Objekte haben bestimmte Eigenschaften Personen haben z B unterschiedliche Haarfarben Manche Eigenschaften k nnen von au en ge ndert werden einen Stuhl kann man anders anstreichen manche Eigenschaften kann das Objekt nur selbst ndern eine Person kann in einer hohen oder tiefen Stimmlage sprechen manche Eigenschaften Rasse Geschlecht lassen s ch n der Regel gar nicht ndern e Objekte k nnen bestimmte T tigkeiten ausf hren oder Aufgaben erf llen wie Menschen Nach welcher Methode s e diese T tigkeit ausf llen muss hnen aber er
384. ren so dass ein Verst ndnis dieser Verfahren nicht ohne Verst ndnis des Euler Verfahrens m glich ist Wenn man we wie sich das System in dem Zustand in dem es zum Zeitpunkt t ist innerhalb eines Zeitraums At ver ndert kann man den Zustand des Systems zum Zeitpunkt t At absch tzen Wenn man also wei e wo ein Fahrrad zum Zeitpunkt t ist e wie schnell es sich zu dieser Zeit t bewegt e und wie stark in m s es bei dieser Geschwindigkeit durch Reibung verz gert wird so kann man in einem Rechenschritt auf der Grundlage dieser Werte e mit H lfe der Geschwindigkeit auf den Ort des Fahrrades nach Ablauf des Zeitraums At schlie en 38 Eine Internetrecherche mit der Suchmaschine Google am 10 Juni 2001 ergab 33 000 Treffer auf den Suchbegriff Runge Kutta 36 e mit Hilfe der Verz gerung die neue Geschwindigkeit v t At des Fahrrades bestimmen d e es nach Ablauf des Zeitraumes At noch haben wird Damit ist das System zum Zeitpunkt t At wieder bestimmt die Verz gerung als Zwischengr e ergibt sich ja direkt aus einem formelm igen Zusammenhang in den die Geschwindigkeit eingeht Mit anderen Worten wird beim einfachen Euler Verfahren der Zustand des Systems zum Zeitpunkt t At aus der Steigung der Tangente zum Zeitpunkt t errechnet Y t At Y rf Y t Ar denn die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t ist nichts anderes als die Steigung der Ortskurve zu diesem Zeitpunkt Und damit ist auch das wes
385. ren Antworten auf die Frage 6a sehr wohl den Wunsch ge u ert Computer weiterhin im Unterricht einzusetzen Hier ist die Frage was bedeutet den M dchen die Arbeit mit dem Computer Wie haben die M dchen von dessen Einsatz profitiert 5 3 4 6 3 Gruppengespr ch Das Gruppengespr ch befragte zun chst gezielt die Untergruppe der M dchen Wie hat hnen die Arbeit mit dem Computer gefallen Welche Vorteile sehen sie beim Einsatz des Computers Die M dchen u erten man k nnte es sich so viel besser vorstellen Bei der Nachfrage welchen Vergleichsma stab die M dchen daf r ansetzten wurden vor allem die Lehrb cher genannt Generell scheinen die M dchen vor allem die Visualisierungsm glichkeiten des Computers beim Umgang mit schwer vorstellbaren oder schwer beobachtbaren Vorg ngen zu sch tzen Dies w rde bedeuten dass die M dchen nicht unmittelbar Wert auf ein handlungs orientiertes Umgehen mit dem Computer und eigenes Programmieren legen w rden Die an die Untergruppe der Jungen gerichtete Frage richtete sich auf den Wert der physikalischen Experimente f r hre Arbeit Wenn den Jungen pr m r am Programmieren m Physikunterricht gelegen w re m sste die direkte Auseinandersetzung mit realen Physik experimenten f r sie nebens chlich und m glicherweise sogar berfl ssig erscheinen Das wurde von den Jungen jedoch heftig bestritten Was man lernt muss man auch umsetzen k nnen war der erste Einwand und
386. ren erfolgt die Nutzung in folgender Weise e Informationsbeschaffung zu einem Thema mit Hilfe der vorhandenen Module e Integration der vorhandenen Komponenten in die eigene Arbeit Beispiel vorhandene An mationen werden n einer HTML Darstellung zusammenge fasst in einen neuen Zusammenhang gestellt und dabe durch Erl uterungen aufgewertet ActiveX Komponenten wie z B die simulierten Darstellungen von Messger ten und elektronischen Bauelementen werden mit einer Visual Basic Entwicklungsumgebung zum interaktiven Modell eines bestimmten Laborversuches zusammengef gt e Neue oder verbesserte Komponenten erstellen Beispiel Anpassung an einen neuen technischen Stand der Darstellung hinzuf gen von mehr Interaktivit t Addition von kommentierendem Ton zu einer Animation Program mierung einer ActiveX Komponente die das Verhalten eines neuartigen Bauteils darstellt und s ch n das bestehende Modell eines Laborversuches integrieren l sst Auf diese Weise ist die st ndige Weiterentwicklung des Medienangebotes explizit gew hr leistet da beides Aufgabe und genuiner Bestandteil des Seminarkonzeptes ist Unseres Wis sens nach werden diese Einsatzperspektiven die durch das Konzept der Synthese aus wohl dokumentierten Softwarekomponenten erm glicht werden von keinem der bislang n diesen Lehrgebieten existierenden Angebote erm glicht 5 2 2 Inhalt und Umfang der Komponentensammlungen Komponentensammlung Messen Steuern Rege
387. rgrundes kaum auf die Anforderung vor gemeinsam mit Spezialisten die visuelle Repr sentation komplexer technischer Systeme oder naturwissenschaftlicher Prozesse zu planen und zu entwickeln Kommunikationsprobleme zwischen Medienentwicklern und Kunden f hren am Projekt Ende zur Unzufriedenheit auf beiden Seiten Objektorientierte Modellbildung ist auf die Anforderungen von Medienentwicklern zugeschnitten und gr ndet dabei auf etablierten Standards w e Objektorientierung und der Unified Modeling Language UML Damit bietet sich Objektorientierte Modellbildung als Vorgehensmodell an das eine Grundlage f r gemeinsame fach bergreifende Arbeit m Bereich der Medienentwicklung bietet Ja 66 f r alle die Sch lern n der allgemeinen Bildung aufwuchsf hige methodische Grundlagen f r das Leben in einer Medien und Informationsgesellschaft vermitteln wollen Wie das Spektrum an Gebieten zeigt in denen in dieser Arbeit die Ja 302 Konzepterprobung stattfand ist Objektorientierte Modellbildung weder an bestimmte F cher noch an bestimmte Gegenst nde gebunden Es handelt sich um ein betont allgemein gehaltenes Konzept das aus praktischen Erfordernissen entstanden ist Dabe bildet die Anwendung des Konzeptes selbst eine Lernhandlung die Aufschluss auf die Denkweise gibt die heutzutage den Aufbau unserer Informationsgesellschaft bestimmt Objektorientierte Modellbildung und dUML bietet sich daher als zukunftsorientierte Alternative
388. rigkeiten zwischen Medien produzenten und Fachexperten bei der Sachanalyse und der Auftragsgestaltung b Strukturierung der Informationsmenge und Identifizierung zentraler Inhalte c Erstellung einer klaren und pr zisen Modellvorstellung zur m glichst fr hzeitigen Abnahme durch den Auftraggeber Fachexperten und als Grundlage der gemeinsamen Arbeit d die effiziente Herstellung einer Dokumentation und e e n f r alle Beteiligten transparenter Workflow n der Produktion Der Entwurf des Konzeptes geschah m zeitlichen und praktischen Zusammenhang mit der tats chlichen Produktion von Lern und Informationsmedien Die Methode der formativen Evaluation wurde genutzt um die Nutzbarkeit des Konzeptes bei der Produktion von Lern 300 und Informationsmedien zu kontrollieren So wurden die Erfahrungen aus dem ersten Einsatz des Konzeptes direkt ausgewertet und zur Verbesserung des Konzeptes genutzt Das Konzept selbst wurde im Kap tel 4 am beispielhaften Einsatz bei der Produktion des Informationsfilms Pr fstand f r Kfz Innenraumfilter f r das Fachgebiet Verfahrenstechnik der Universit t Duisburg dargestellt Zu den weiteren Projekten die zur Entwicklung des Konzeptes genutzt und in denen das Konzept erfolgreich eingesetzt wurde geh ren e Das vom Uhniversit tsverbund MultiMedia UVM des Landes NRW gef rderte Projekt Komponentenorientierte Lernsoftwareentwicklung e Der Informationsfilm Rapid Prototyping
389. ringer nicht sein 197 Grafischer Vergleich JUNGEN Akzeptanz Computer Laborgruppe Feldversuch Vergleichs gruppen Auch in den Gruppen der M dchen ist der Wunsch nach Einsatz von Computern vorhanden Dies betrifft sowohl die M dchen der Versuchsgruppen als auch die der Vergleichsgruppen Jedoch differenziert sich das Antwortverhalten der M dchen generell wesentlich st rker aus Wir finden bei E inzelbetrachtung der Frageb gen zahlreiche M dchen die den Wunsch nach Einsatz von Computern sehr deutlich u ern 3 M dchen die sich zur ckhaltend ussern 1 und M dchen die den Einsatz von Computern doch eher ablehnen 1 2 Im Mittelwert also ein positives Votum f r Computer aber eindeutig eine Frage an der s ch bei allen M dchen die Geister scheiden Frage 6a Mittelw Grafischer Vergleich nur M DCHEN M dchen Akzeptanz Computer Laborgruppe Feldversuch Vergleichs gruppen Die Mittelwerte der Antworten zu 6a f r alle Gruppen ohne Differenzierung der Geschlechter ist eine Aussage mit geringem Wert Da die Antworten der M dchengruppen und die Ant 198 worten der Jungengruppen jeweils in der gleichen Gr enordnung liegen wird die H he des Mittelwertes nur von der jeweiligen Verteilung der Geschlechter in der Gruppe bestimmt Bei getrenntgeschlechtlicher Auswertung ist sichtbar dass die Akzeptanz von Computern bei den M dchen der Versuchsgruppen insgesamt zwar vorhanden aber
390. ristiges Interesse an den Inhalten des Kurses bei den Versuchsgruppen insgesamt deutlich h her als bei den Vergleichsgruppen Die hohe Standardabweichung verr t aber auch das die Urteile breit gestreut sind An dieser Stelle ist es sinnvoll die Gruppen auf eine innere Polarisierung hin zu berpr fen Gibt es innerhalb der Gruppen Untergruppen die sich jeweils in ihrem Urteil deutlich unterscheiden und lassen sich diese Untergruppen noch an anderen Merkmalen voneinander unterscheiden 30 9 149 2 4 191 Von besonderer Brisanz ist hierbei die Frage F hrt das Kurskonzept das ja besonders inten siv auf den konstruktiven Einsatz von Computern beruht zu einem erh hten Interesse bei Jun gen und einem korrespondierenden Desinteresse bei M dchen Zur Beantwortung dieser Frage sollen die Antworten der Sch ler der Laborgruppe daher zu n chst nach Geschlechtern getrennt ausgewertet werden 5 3 4 1 2 Ergebnisse nur Laborgruppe Geschlecht Mittelw Grafischer Vergleich au Zu M nnlich 1 3 3 3 0 82 M Wie man sieht ist das Interesse sowohl der Jungen als auch der M dchen an den Inhalten des Kurses im Mittelwert recht gut Die Differenz von 0 6 Punkten zwischen den Gruppen ist schon aufgrund der Wertestreuung nicht s gnifikant hoch Formal kann man also n cht davon sprechen dass M dchen m allgemeinen von einem Kurskonzept mit dem Ansatz Objekt or entierter Modellbildung unter konstruktiven Einsatz von Computern u
391. rkus auch umgehend ge u ert S e wurden allerdings bemerkenswerterweise von hren Mitsch lern hier vor allem von den Leistungstr gern Matthias und Dirk etwas damit beruhigt dass sie ja die genannten Begriffe noch gar nicht kennen k nnen und die Begriffe und Probleme erst w hrend der Versuchs reihe kennen lernen werden Zu ihrem ersten Eindruck von der vor ihnen liegenden Unterrichtsreihe gezielt befragt u erten fast alle Sch ler vor allem echte Neugier auf das was auf sie zukommt Dies gilt nicht nur f r die echten Leistungstr ger auch die Sch ler des Mittelfelds beispielsweise Patricia u erten sich gezielt in diese Richtung Die Leistungstr ger wirkten allerdings be sonders gespannt auf die noch unbekannten Problemstellungen und wirkten insgesamt sehr angetan von der Aussicht diese unter Zuhilfenahme der Computer l sen zu k nnen Die Sch ler wurden ebenfalls nach ihrer Einstellung zu den Protokollen befragt Wie sich zeigte sahen alle befragten Sch ler durchaus den S nn der Protokolle 258 Die Sch ler entschieden 2 Gruppen mit 4 Personen und eine Gruppe mit 3 Personen zu bilden Dies wurde von den Sch lern als Optimum angesehen zwischen e der f r die Protokolle aufzuwendenden Arbeit und e dem noch bequem machbaren Arbeiten vor dem Bildschirm mit der Gruppe 5 4 5 2 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Elektrotechnik 2 3 Stunde Den Sch lern wurde sofort zu Stundenbeginn die Anweisung gege
392. rn der Jahrgangsstufe 10 ist aufgrund der alters spezifisch geringen Konzentrationsf higkeit durch ein abwechselungsreiches Frage bogendesign verst rkt auf diesen Effekt R cksicht zu nehmen a Bresges A Hunger A Schwarz F Werner S Einf hrung neuer Medien in die Hochschulausbildung sozialkognitive Aspekte der Software Evaluation In Scheuermann F Hrsg Campus 2000 Lernen in neuen Organisationsformen Tagungsband Seite 347 354 M nster Waxmann 2000 196 Bei den hier dargestellten Grafiken wird die Streuung der Werte mit der Standardabweichung als Ma n beide Richtungen vom Mittelwert der Antworten als blau schraffierte Fl che ange deutet Bei einer Normalverteilung enth lt diese Fl che 63 aller Antworten Dabei habe ich mich dazu entschieden mit der angedeuteten Streuung innerhalb des Wertebereiches der Ant worten zu bleiben Da keine Antworten X aus der Menge X lt 3 A X gt 3 m glich waren macht es auch keinen Sinn eine Streuung in diesen Wertebereich hinein anzudeuten 5 3 4 2 1 Ergebnisse Frage 6a Frage 6a Grafischer Vergleich Akzeptanz Computer Laborgruppe Feldversuch Vergleichs gruppen Die Antworten auf Frage 6a spiegeln exakt die in Frage 1 gefundene geschlechtsspezifische Problemstellung Der Wunsch aller Jungen Computer in Zukunft bzw weiterhin m Physik unterricht einzusetzen ist deutlich die Streuung der Antworten innerhalb der Jungen der Laborgruppe k nnte ge
393. rnen mit Multimedia 309 7 2 Hyperlinks http COLEEN uni duisburg de http didaktik physik uni wuerzburg de visedit visedit_beisp 06 html http www hps inc com http www learn line nrw de angebote modell systemO0 htm http www intel com research silicon moorespaper pdf 310 8 Abbil dungsverzeichnis Abbildung 1 Bezug von Begriffen der Modell und der Real t tsebene zueinander 12 Abbildung 2 Symbole f r Ver nderungsraten in STELLA Schecker 1998 00000000000 seen 28 Abbildung 3 Abk hlung einer Fl ssigkeit Goldkuhle 1997 000022222222222220020ssnnnnneeennnenenneeeeeennen 29 Abbildung 4 DYNASIS Modell des Duffing Oszillators Goldkuhle 1997 30 Abbildung 5 Bifilares Pendel ber zwei Magneten Duffing Oszillator uueeseeeeeeeeeseeeeeenneen 30 Abbildung 6 Objektdialogfeld von DYNASYS uuuuuuueesssessssssssesssnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnneen 31 Abbildung 7 s t a t Diagramme des Duffing Oszillators erstellt mit DYNASYS 32 Abbildung 8 s v Phasendiagramm des Duffing Oszillators DYNASYS eeee 32 Abbildung 9 Zusammenfassung der grafischen Symbole des Forrester Schemas 33 Abbildung 10 das dynamische Systemmodell eines Federpendels 02020022222000sssnnnnnnssneennenn 34 Abbildung 11 Dialogfeld zum numer
394. rogramme vermeiden vor allem aus der Erfahrung heraus dass Sch ler erst am Ende der Stunde zum ersten Mal zum Speichern ihrer Programme neigen 5 4 4 8 7 Einsatz Erprobung und Optimierung verschiedener Reglertypen Ein wichtiges Ziel des Technikunterrichts ist die Sch ler in die Lage zu versetzen aus einer Reihe von gegebenen M glichkeiten die f r das gegebene Einsatzz el geeignete L sung auszuw hlen und zu optimieren 5 4 4 8 8 Gemeinsame Erstellung der Projektdokumentation Ein weiteres Ziel des Technikunterrichtes ist die Sch ler in die Lage zu versetzten begr ndete Entscheidungen f r eine L sung zu treffen und z B einem Kunden oder Auftraggeber gegen ber entsprechend zu dokumentieren 5 4 4 8 9 Die Rolle der Gespr chsrunden am Ende von Gruppenarbeitsphasen Karl Frey nennt in seinem Buch Die Projektmethode ein typisches Merkmal f r Lernen nach der Projektmethode Die Teilnehmer an einem Projekt informieren sich gegenseitig in gewissen Abst nden Die gegenseitige Information bezieht s ch auf Aktivit ten Arbeitsbedingungen und eventuell auf ergebnisse Auch wenn die Unterrichtsreihe kein echtes Projekt im Sinne der Definition bei Frey darstellt m chte ich dennoch dieses Merkmal projektartigen Lernens nutzen Das Arbeitsergebnis der I3 Frey 1996 Seite 16 256 Unterrichtsreihe sollen ausf hrliche Protokolle der 3 Arbeitsgruppen ber alle 6 Versuche sein Bestandteil der Protokolle so
395. rohr F r das Zeichnen von Zustandsdiagrammen gelten eine Reihe von Konventionen die n der UML definiert worden sind e Die Zust nde werden durch Rechtecke dargestellt deren Ecken gerundet sind Damit soll einer Verwechselung mit dem Klassensymbol vorgebeugt werden e Die berg nge eines Systems von einem Zustand in den n chsten werden als gerichtete Pfeile sog bergangsvektoren dargestellt e Die Ereignisse die zum Zustands bergang f hren werden an den korrespondierenden Pfeil gezeichnet e Jedes System muss sich vom Systemstart weg in einem definierten Zustand befinden Um diesen Zustand zu definieren zeichnet man den Start durch einen schwarzen gef llten Kreis Vom Startpunkt weg zeigt ein bergangspfeil auf den ersten Zustand den das System vom Start weg ann mmt e Ebenso kann der Ausstieg aus dem Ablaufschema des Automaten durch einen schwarz ausgef llten Kreis dargestellt werden der von einem nicht ausgef llten Kreis umrandet ist sog Bullseye e Bestimmte Ereignisse f hren nicht dazu dass der Zustand gewechselt wird Ist der Tank eines Autos leer kann man auch durch wiederholtes Bet tigen des Anlassers nicht den Motor starten Dies kann angedeutet werden indem man den bergangsvektor wieder auf das Ereignis selbst zur ckf hrt 84 Aktivit tsdiagramm Das Aktivit tsdiagramm beschreibt die zeitliche Abfolge von Aktivit ten wie sie im System ausgef hrt werden In technischen Sy
396. rricht st das Verfahren mehrschrittig und komplex Beispielsweise das Runge Kutta Verfahren so besteht die Gefahr dass der Sch ler den Blick auf das dahinter stehende physikalische Problem verliert Wichtige Vertreter numerischer Verfahren sind e die Varianten des Euler Algorithmus e das Runge Kutta Verfahren e der Leapfrog Algorithmus 35 Die Modellbildungssysteme STELLA und DYNASYS verwenden intern das Euler Cauchy Verfahren und das Runge Kutta Verfahren Das numerische Verfahren wird dabe sorgf ltig vor dem Benutzer verborgen sein Einwirken beschr nkt sich auf einen Auswahldialog bei dem er das zu verwendende Verfahren ausw hlt und einige Grundeinstellungen wie Schritt weite und Schrittzahl einstellen kann Rechenrerf hren C Euler Cauchy Abbrechen Runge Kutta Startzeit 0 0 Endzeit 100 0 eitinterrall dt 1 00 Gpeicherintervall 1 00 Abbildung 11 Dialogfeld zum numerischen Verfahren DYNASYS Euler Verfahren Runge Kutta Verfahren und Leapfrog Verfahren sind n einschl giger Literatur z B in mathematischen Formelsammlungen umfassend und mathematisch pr zise dokumentiert Die folgenden Darstellen sollen daher vor allem die Hintergr nde Prinzipien und Vor und Nachteile der Verfahren umrei en 3 1 3 1 Euler Verfahren Das Euler Verfahren st das am einfachsten zu verstehende numerische Verfahren gleichzeitig bietet es die Grundlage f r alle fortgeschritteneren Verfah
397. rrichts reihe als Einstieg in die Programmierung mit Visual Basic hatten sie bereits eine Formel sammlung programmiert die eingegebene Werte gem programmi erter Funktionen umwan delt und ausgibt 267 Mit diesem Vorwissen verbunden reichte der von mir gegebene Impuls bei allen Gruppen um bei mindestens einem Gruppenmitglied sofort eine Initiative auszul sen Im Anschluss daran programmierten die Gruppen weitgehend selbstst ndig die P Regler Bei der Gruppe Schlecht war es zus tzlich notwendig den Hinweis zu geben dass man ein Timer Control f r ein regelm iges Einlesen und verarbeiten des Istwertes benutzen kann Die anderen Gruppen hatten das Timer Control ja bereits in ihre Programme integriert Die realisierten P Regler funktionierten erwartungsgem noch nicht sehr zufriedenstellend Eine Kombination aus P Regler und P Regelstrecke ist zwar stabil die station re Genauigkeit ist jedoch nicht ausreichend Bei nahezu jedem Betriebszustand tritt eine gro e bleibende Regelabweichung auf die der Regler nicht mehr ausgleichen kann Dies fiel bei den hier realisierten Regelstrecken deutlich auf Der Istwert erreichte bei einer Kenngr e Kp des Reglers von 1 m allgemeinen nicht mehr als 60 70 des Sollwertes Bei kleineren Kp wurde die Regelung bedingt durch eine geringe Totzeit bei der bertragung der Messdaten durch das Netzwerk sogar instabil Dieses Verhalten wurde von mir mit den einzelnen Gruppen qualitativ
398. rs Information about entire COLEEN Server structure Tee Component Oriented Kama Haan COLEEN COVES Measurement amp Control Technology Fibre Link Technology with the experiments with the simulatve Experiments Probe testing Kemote controlled Total Kellechon bode Dispersion with DMS and Excel Felton Turbine in optical Fibres amp Fowrer plant model wath FID Governor ir Abbildung 51 grafische Repr sentation der Coleen Komponenten und ihrer Relationen auf der Webseite des COLEEN Servers 131 F r die Erstellung Nutzung und Verwaltung wird die Concept Mapping Software CMap des Institute for Human amp Machine Cognition der University of Western Florida verwendet CMap kann f r den Gebrauch in Forschung und Unterricht kostenlos von der Website http www coginst uwf edu bezogen werden In der ROOT Map des Netzwerkes wird die grunds tzliche Aufteilung in die Bereiche Lichtwellenleiter Messtechnik und Thermodynamik wiederum deutlich Die eigentlichen In halte finden sich in den Tochter Netzwerken die den eben genannten Hauptknoten zuge ordnet sind und durch einen Mausklick auf das Netzwerksymbol amp erreicht werden k nnen Die Komponenten des Themenbereiches Messtechnik sind anhand dreier exemplarischer Leitexperimente entwickelt worden die jeweils den Veranstaltungen der drei Teilgebiete Stoffumsatz S Energieumsatz E und Informationsumsatz I des Technikstudiums entnommen sind e Aus dem Teilgebiet
399. rst ndnis unserer nat rlichen und technischen Umwelt sorgt so fassen die Richtlinien f r das Fach Physik in der gymnasialen Oberstufe die Aufgabe des Physikunterrichtes in der Sekundarstufe I kompakt zusammen Das hei t im Physikunterricht 152 Nur die Sch ler die erstmals bei 2c quantitative oder halbquantitative Antworten gaben Die Wiederholung von bereits zu 2a oder 2b gelieferten Formeln f hrte zu einem Eintrag bei Wiederholung gegebener Antworten I3 Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Physik Frechen Ritterbach Verlag 1999 216 der Sekundarstufe I erworbene Kenntnisse d rfen nicht unverbunden im Kopf des Sch lers verankert sein der Sch ler soll auch den Zusammenhang mit lebensweltlicher Wahrnehmung verstanden haben und wiedergeben k nnen Wie differenziert sich die Versuchsgruppe nun vor dem Hintergrund der Vergleichsgruppen aus Besonders positiv f llt auf dass lediglich aus dieser Gruppe Sch ler direkt quantitative Zusammenh nge Formeln korrekt mit dem Begriff der Geschwindigkeit verbunden haben Dies erstaunt um so mehr als das dass Auswendig lernen von Formeln beileibe nicht Gegen stand der Unterrichtsreihe gewesen ist 5 3 4 3 5 Gruppengespr ch Im Gruppengespr ch mit den Sch lern der Laborgruppe sollten Ursachen
400. rt werden Diese Aufgabe wird weitgehend in der Entwicklungsumgebung der Programmiersprache Visual Basic abgewickelt sie erfordert vorwiegend kombinatorische Leistungen der Sch ler und zahlreiche sogenannte Debug zyklen aus Programmerstellung Testdurchlauf Fehlerdiagnose und Verbesserung Man sieht in Folge dass die Frequenz der Zugriffe auf das Lernmodul geringer wird Die Sch ler haben erkannt dass sie sich die L sung des Problems selber erarbeiten m ssen und greifen nur gezielt auf bestimmte Schl sselinformationen zu Meiner Beobachtung nach wurden vor allem d e Gleichungen der Regler h ufig betrachtet und Erkl rungen f r das Verhalten der von den Sch lern programmierten Regler durch den Vergleich zu den m Lernmodul darge stellten gesucht Die Abbildung 3 zeigt welche Zeit lang in Sekunden die einzelnen Karten insgesamt zur Anzeige gekommen sind Eine besonders lange gesamte Betrachtungszeit kann darauf hindeuten dass eine Karte f r die Sch ler bei der Bearbeitung der Aufgaben von besonderem Nutzen waren Es kann aber genauso gut bedeuten dass bei der Darstellung der Informationen auf der Karte ein Verst ndnisproblem aufgetaucht ist dass die Sch ler gezwungen hat sich besonders lange mit dieser speziellen Karte auseinander zu setzen Leider l sst sich nicht feststellen ob die Karten wirklich betrachtet wurden oder ob sie z B w hrend der Programmierung in Visual Basic nur im Hintergrund standen Bei der G
401. ruppe Platoon ist das sicherlich an einer Stelle der Fall nachdem die Gruppe die Informationen zu P I und D Reglern betrachtet hat begann sie mit der programm er technischen Umsetzung in Visual Basic Wie der Vergleich mit Abbildung 86 zeigt war die Darstellung des D Reglers die letzte angezeigte Karte Die Zeit f r diese Karte lief weiter obwohl das Lernprogramm innerhalb der Windows Bildschirmanzeige von der Visual Basic Entwicklungsumgebung verdeckt wurde Die Karte die die Aufgabenstellung beschreibt enth lt relativ viel Text und wurde meiner Beobachtung nach auch aufmerksam gelesen Zus tzlich kehrte die Gruppe wie auch aus Abbildung 86 ersichtlich recht h ufig zu dieser Karte zur ck Die Karte blieb dann ebenfalls im Hintergrund 175 Culverhouse 1992 Seite 67 273 Zeitanteile der einzelnen Karten s Abbildung 86 Nutzungsdauer der Karten durch die Gruppe Platoon Die Werte der restlichen Karten wirken plausibel Die Karten zu den Grundlagen der Elektrotechnik sind wohl auch wegen der computergenerierten 3D An mationen eingehend betrachtet worden Die Karte mit der Struktur des Regelkreises wurde sehr h ufig als Dis kussionsgrundlage benutzt und war dann l ngere zeit m Vordergrund Das Informa tionsmaterial zum Objektzugriff enth lt viel Text und ist insbesondere am Bildschirm schwierig zu lesen von den Sch lern erreichte
402. s nnneeen 250 IRADE OTU DAN a E S E TE 250 344 S2 Klar ng der Aufsabenstelluni nuin E O 252 3 4 4 8 3 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Elektrotechnik ueeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeennnnnnnnnnn 232 3 4 4 8 4 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Regelungstechnik ussseeeeeeeeeeeeeeenenennnnnneennnn 253 3 4 4 8 5 Realisierung der hardwareseitigen Voraussetzungen 2222ssssseseeseeeeeeeeeeeeeeeeeenennnnnnnnnnnnn 254 3 4 4 8 6 Realisierung der softwareseitigen Voraussetzungen eeeeseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeeeeeeenennnnnnnnnnnnnennn 253 3 4 4 8 7 Einsatz Erprobung und Optimierung verschiedener Reglertypen uusseeseeeeeeeeeeeeeenneeenn 256 3 4 4 8 8 Gemeinsame Erstellung der Projektdokumentation usssseseesseeeeeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 256 3 4 4 8 9 Die Rolle der Gespr chsrunden am Ende von Gruppenarbeitsphasen uusssseseeeeeenennnnenn 256 5 4 5 Durchf hrung der Unterrichisreine 22 257 5 4 5 1 Einstieg und Kl rung der Aufgabenstellung 0002000000ssssssssessssesneeeseneeeeeeeeeeeeenen 237 5 4 5 2 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Elektrotechnik 0000200000000sseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeen 259 5 4 5 3 Vermittlung notwendiger Grundlagen der Regelungstechnik n 261 5 4 5 4 Realisierung der hardwareseiti
403. s Spannungs Dehnungs Diagrammes Einsatz von Dokumentation Dehnungsmess Streifen DMS D D x x 137 5 2 4 Themenbereich Thermodynamik Die In halte des Themen bereiches Thermo dynamik Der Infor mations a History of development DEREIEN Strahlung schwarzer rn 66 Planck the Ferson i FEW Stefan Boltzrmarn s law by Wiens displacement law the method of circular processes Informationen zur Komponente W rmedurchgang und W rme ber gang sample conditions House brick wal vold Object Example for eficient Informationen zur Komponente Prinzip des Stirlingmotors application of thermodynamic principles with the crucial parameters i 7 Upper heat ower heat bath temperature bath temperature F erolutions regenerator per minute eficiency Informationen zur Komponente Der Huclear Coal Solarthermic Wasser Dampf Kreislauf thermischer a Kraftwerke 2 are based upon a with the crucial parameters Turbine outlet Men Turbine Outlet Temperature 139 Tabelle Komponenten des Themenbereiches Thermodynamik Bezeichnung Kategorie Technis Funktionsbeschreibung Kreislauf schnittstelle metern Gay Lussac scher Interaktiv mit ActiveX Das Verhalten von Gasen bei der Drosselversuch Software Entspannung nach einer Gasdrossel ung Thermodynamischer Interaktiv mit ActiveX Der zentrale Prozess jed
404. s auf dem Internetserver gespeichert und sind somit allgemein zug nglich Sie sollen so ausf hrlich gestaltet werden dass sie zum Selbststudium geeignet sind Die Pr sentation soll folgende Themen ber cksichtigen e Sachanalyse des Gegenstandsbereiches e M glichkeiten und Grenzen des Einsatzes der Lernsoftwarekomponte zur Vermittlung des fachlichen Hintergrundes m Seminar am praktischen Beispiel e Gedanken ber Szenarien zum Einsatz der Lernsoftwarekomponente im Unterricht Im Anschluss wurde allen Teilnehmern die M glichkeit gegeben m Rechnerraum selbst st ndig mit den Komponenten zu arbeiten Daran anschlie end erfolgte eine Befragung aller Teilnehmer einschlie lich der Vortragenden mit der Bitte um eine Bewertung der Kompo nente Teilweise wurde die Befragung schriftlich n Form eines standardisierten Fragebogens durchgef hrt Die Ergebnisse der Pr sentation und der Befragung wurden in einer anschlie enden Mitarbeiterbesprechung aufgearbeitet Hierbei wurde insbesondere der jeweilige Entwickler um eine Darstellung und Bewertung seiner Wahrnehmung gebeten 5 2 7 1 Seit 2001 geregelter Einsatz in den Lehrveranstaltungen Seit 2001 befindet sich die COLEEN Datenbank mit den in ihr enthaltenen Komponenten im geregelten Einsatz Am Beispiel der Lehrveranstaltung Energieumsatz in technischen Systemen I mechanische und thermische Energie soll das Einsatzmuster erl utert werden Die Veranstaltung mechanisch
405. s der anstehenden Klausur mit erstaunlicher Effizienz gearbeitet Innerhalb kurzer Zeit konnten die Struktur eines Regelkreises mit allen wesentlichen Gr en die Merkmale von PT und I Regelstrecken und die Charakteristika von P I und D Reglern festgehalten werden Dabei wurde intensiver Gebrauch von Diagrammen gemacht d e insbesondere die Sprungantworten der beteiligten Glieder dar stellten und erkl rten Noch offene Verst ndnisfragen konnten die Sch ler innerhalb der Gruppe selbst beantworten Mein Eingreifen konnte sich darauf beschr nken Glie derungsvorschl ge zu machen und sch rfere Definitionen f r bestimmte klausurrelevante Begriffe Regelgr e Regelabweichung I D Verhalten einzufordern 269 Zwischendurch ereignete sich eine interessante und von den Sch lern fundiert getragene Diskussion dar ber wie viele und welche Reglertypen bei Menschen vork men Schon al leine am rein motorischen Verhalten des Menschen also ohne biologische und psycho logische Vorg nge konnten alle Reglertypen festgemacht werden Dabei ergab sich die bisher an keiner Stelle thematisierte Zweipunktregelung zwanglos am Beispiel eines Betrunkenen der versucht eine Stra e entlangzugehen ohne in einen der Stra engr ben zu fallen 5 4 6 Analyse der Zugriffs Statistiken Die Protokollfunktion des Lernmoduls erm glicht es ber der Zeitachse aufzutragen zu welchem Zeitpunkt gemessen vom ersten Anmelden der Gruppe an das Lernmodul
406. schaften st n keiner Weise vollst ndig denn bei der Auseinandersetzung mit dem Thema wird Modellbildung schnell als ein wesentliches und alle Wissenschaftsdisziplinen durchdringendes Prinzip deutlich Vielmehr steht diese Auswahl im Zusammenhang mit einem engen Kontakt mit diesen Disziplinen w hrend meiner wissenschaftlichen T tigkeit an der Gerhard Mercator Universit t Duisburg e in der Sektion Didaktik der Physik der Fakult t f r Naturwissenschaften und e m Fach Technologie und Didakt k der Technik innerhalb der Abteilung f r Informatik Informations und Medientechnik der Fakult t f r Ingenieur wissenschaften Nachdem diese bersicht einen Einblick in die Praxis und die Entwicklung der Modellbildung in einem Querschnitt natur und technikwissenschaftlicher Disziplinen gegeben hat soll mit Hilfe der daraus gewonnenen Erfahrungen im dritten Kapitel ein neues Konzept begr ndet werden das Konzept der Objektorientierten Systemanalyse und der Objektorientierten Modellbildung f r die naturwissenschaftliche und technische Bildung Der Kontext aus Schule Hochschule und Medienproduktion in dem der Einsatz dieses Konzeptes praktikabel sein soll ist bereits genannt worden Daraus erwachsen eine Reihe von Anforderungen an das Konzept l f r jeden Kontext muss die Darstellung eines Modells m glich sein welches das Ausgangssystem mit einem angemessenen Komplexit tsniveau repr sentiert Eine Schulklasse der Jahrgangsstufe 10 m
407. sche Formel zu mo dellieren Einem Physikbuch entn mmt das Team den Sachverhalt A lt I Qi I An dieser Stelle w rd deutlich dass eine zus tzliche Information n das Modell eingebracht werden muss n mlich die Zeit Ar die seit der letzten Aktualisierung der Geschwindigkeit vergangen ist Das Team hat nun die Design Entscheidung zu treffen ob l Diese Zeit m Inneren des Objektes nach au en unsichtbar verwaltet werden soll dies k nnte geschehen indem das Objekt die Zeit des letzten Aufrufes in einer nach Vgl Schmuller 2000 Seite 60 71 au en nicht sichtbaren privaten Variable speichert und die Differenz zur aktuellen Systemzeit berechnet 2 Oder festgelegt wird dass dem Objekt bei jeder Anfrage von au en explizit mitgeteilt werden muss w e viel Zeit seit der letzten Aktualisierung als vergangen angenommen werden soll Das Programmierteam entscheidet sich f r die M glichkeit 2 weil diese flexibler ist und zum Beispiel eine S mulation mit mehrfacher Echtzeit erm glicht Weiterhin soll die Beschleunigung des Autos mit Hilfe der Gaspedalstellung gesteuert werden k nnen Damit ist eine Erweiterung des Objektvertrages also der Klassendefinition notwendig geworden Konstante gewicht Konstante antr ebskraft Variable geschwindigkeit Methode geschwindigkeit ndern Gaspedal as double delta t as double Abbildung 26 UML Klassendiagramm Auto Die Erg n
408. sche Physik Repr sentationen Verst ndnishilfen f r Physikalische Experimente Praxis der Naturwissenschaften Physik 45 Jg Heft 4 S 12 18 1996 33 deutlich von der Symbolsprache von STELLA und DYNASYS ab Be n herer Betrachtung erkennt man aber schnell das gleichartige zugrundeliegende Konzept der Aufteilung Harmonischer Oszillator Mlassest ck an einer Feder Federh rte potentielle Energie Beschleunigung Geschwindigkeit kinetische Energie Gesamtenergie Abbildung 10 das dynamische Systemmodell eines Federpendels Zustandsgr en werden bei VisEdit als Sammelgr en bezeichnet und durch einen Kasten mit doppeltem Rahmen visualisiert im obigen Beispiel sind dies Ort und Geschwindigkeit Die Zustands nderungen oder Fl sse werden ohne Beachtung des Vorzeichens als einge lassene Pfeilspitzen mit Differentialsymbol dv dx dargestellt VisEdit unterscheidet nicht zwischen exogenen Gr en und Zwischengr en beide werden hier Funktionsgr en genannt und durch einen Kasten mit senkrechtem Querstrich auf der rechten Seite bezeichnet Im Gegensatz zu STELLA und DYNASYS sind jedoch Konstanten und Variablen bei VisEdit deutlich unterscheidbar Konstanten werden hier durch Kreise mit eingedrucktem Formelzei chen Federkonstante D Masse m dargestellt Diese Unterscheidung hat eine gr ere N he zum analytischen Vorgehen bei der Modellierung physikalischer Probleme mit Gleichungs systemen u
409. sen Verlag Polytechnik Arbeitslehre 1991 194 alter einer schichten bergreifenden allgemeinen Verf gbarkeit von Computern zu einer Be nachteiligung von M dchen unterer Schichten beim Umgang mit Computern kommen Die damit verbunden Unsicherheiten k nnten eine Erkl rung f r die vorgefundene Streuung der Computerakzeptanz bei den M dchen der Versuchsgruppe darstellen 5 3 4 1 6 Feldversuch Um diesen Faktor im Feldversuch einsch tzen zu k nnen wurde in den beim Feldversuch verwendeten Frageb gen eine zus tzliche Frage nach dem privaten Zugriff auf einen Personal Computer gestellt Das nach Geschlechtern differenzierte Ergebnis Auswertung Frage 7 Nutzungsm glichkeiten f r Rechner im privaten Umfeld H ufung Feldversuch auf 100 normi ert M dchen Jungen eigener _PL pa 5r 43 037 FL mit Bruder 21 518 F mit Schwester kein PC Internet Lafe Vor dem oben dargestellten Problem erscheint es zun chst beruhigend dass immerhin etwa die H lfte der Sch ler im privaten Umfeld Zugriffsm glichkeiten auf einen eigenen PC hat Besonders g nstig ist dass sogar mehr als die H lfte der Sch lerinnen einen eigenen PC hat der nicht mit Geschwistern geteilt zu werden teilen braucht Dass die Verteilung asym metrisch ist erstaunt zun chst Eine m gliche Erkl rung w re dass die Eltern schon aufgrund beobachteter Auseinandersetzungen um den Computer entschieden haben ihrer Tochter einen eigenen PC zu beschaffen 195
410. sonderheit ist dass dieses Experiment ber eine TCP IP Verbindung Internet gesteuert und vermessen werden kann um Sch lergruppen die Teilnahme an einem Experiment ber Telemetrie zu erm g lichen Hier sind die Komponenten nicht blo e Repr sentationen sondern aktiver Bestandteil des Experimentes 133 SIuauochus TEIETT UI ABELO A IOJSTUEI UOJSLFLTE 2 L a SISEA 3195 yuani yya saddng opel TAPILUO T iD d0 PIEI Jauhe saJnpodd ndno jg sajeauag Jo ssisuog amg 137E a UOag sjadod Topauan ayia Jo 5 S515u03 oindino 5q adur Puo dO S umeredug Pupoguoa Jo S1sI1su02 pasop pigs opuy O1 JUEHITII AG UEU SSA le AEII IOTA Ypa vorympas agepoN SIUaRTIS 40 LO ar aoz eyen aowa Tea IUdOL e JUSLUMSCKT Soun Pue Salnseall SULLISUEA PUE SAMAJ q mawamseap od PAn 0 apeo ndino JoJeJauas spea EA WaLUINSCKZT S OAU0 EIS aun D MdH pue CI Mojesocge Smaus Ein ejeg AMOJEIOGET U SpA SUMIE 134 Input Voltage Teduced by gt Darlington Transistor Supplies p Electric Engine Propels i E sets basic voltage in Output Frequency Digtal Analog Converter 5 nt oltage 12 bit serial data 1 bit serial data weight Froportional calculus element factor Software setkp weight wControler1 setX xib Integral calculus element factor yit wControler1 Y seiki weight Diferential calcu
411. soziationen im Alltag bezogen sich auf das Thema Stra enverkehr oder standen m Zusammenhang mit Fahrzeugen der Sch ler Fahrr der Mofa Fahrschulauto Dies unterst tzt massiv solche Ans tze der Fachdidaktik die den Stra enverkehr als besonders geeigneten lebensweltlichen Zugang zur Mechanik auffassen Generell scheint es nach den vorliegenden Erkenntnissen ratsam zuk nftige Unterrichtsreihen zur Mechanik und die Problemstellungen der enthaltenen Experimente noch eher als bisher schon am lebensweltlichen Gegenstand des Stra enverkehrs und seiner Verkehrsmittel auszurichten Dies ist jedoch kein Wiederspruch gegen das Konzept der Objektorientierten Modellierung m Physikunterricht es f hrt aber zu deutlichen Konsequenzen hinsichtlich der Auswahl der zur Validierung der Simulation auszuw hlenden Experimente gt Die grafische Darstellung t uscht einen wesentlich h heren mittleren Anteil in der Laborgruppe vor weil die Jungen sich zwar sehr stark in diese Richtung u ern aber weniger zahlreich sind als die M dchen 226 H ufung Laboreruppe auf 100 normiert M dchen Jungen 0 3 Yerkehr Fl Eigenes Fahrrad usw Computer assoziiert Fhesikunterricht Fhusik Knobelaufgaben Programmieren T iT yi i rn rn ET H ufung Vergleichsgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen Fe 45 454 Yerkehr 41 176 te Eigenes Fahrrad usw Computer assoziiert Fhesikunterricht Fhusik Knobelaufgaben Progra
412. ssenen Generators f r unkalkulierbare Effekte sorgen d rfte Beim durchaus h ufigeren Arbeiten mit Fremderregung wie auch w hrend dieser Unter richtsreihe stellen sich diese Probleme nicht F r Versuche mit Eigenerregung wird sich sicherlich eine L sung gefunden wie die Re paratur der Tachogeneratoren mit anschlie ender Umskalierung des Verh ltnisses zwischen Mess und Regelgr e Das grunds tzliche Funktionsprinzip ist den Sch lern n jedem Fall klar wovon ich mich bei Gespr chen mit den Gruppen berzeugen konnte 263 Zur Realisierung der Leistungsverst rkung benutzten die Gruppen zun chst die auf der Karte Transistor gegebenen Informationen Diese sind zwar zur L sung des Problems ausrei chend aber sehr komprimiert gehalten da ich bei der Planung davon ausgegangen war dass die Sch ler mit den Grundlagen der Transi stortechnik wenigstens aus der Jahrgangsstufe 8 mit der Beschaltung vertraut sind Wie sich heraus stellte war die Vorkenntnis der Sch ler in dieser Hinsicht jedoch gleich Null Dennoch gelangten die Gruppen zu einer fast korrekten Schaltung es fehlte lediglich ein geschlossener Bas skreis Dieser ist im Schaltplan auf der Karte Transistor eingezeichnet wurde von den Sch lern aber n cht erkannt Nachdem ich bei allen Gruppen eine Verbindung vom Emitter des Leistungstransistors zum OV Potential der ESTU Karte gelegt habe lie en sich die Motoren sofort ber die Trans storen s
413. st Fragen gesammelt In der Regel wechselt die Lerngruppe nun ins benachbarte Labor wo der Referent die am Experimentalaufbau durchzuf hrenden Schritte und die erforderlichen Messpunkte zeigt In der folgenden Experimentalphase ist der Referent angehalten sich zur ckzuziehen und die Qualit t seiner Instruktion anhand der Aktionen seiner Studenten zu beurteilen Im sp teren Berufsalltag wird er auf hnliche Weise die Experimente seiner Sch ler leiten und beaufsichtigen 5 2 7 4 Dritte Phase Auswertung Im Anschluss an die Aufnahme der Messwerte begibt sich die Lerngruppe wieder zur ck ins Plenum wo gemeinsam die Auswertung der Messreihen stattfindet Bei der Auswertung der gemessenen Werte wird vielfach noch einmal auf die Softwarekomponenten zur ckgegriffen weil zahlreiche Fragen erwartungsgem erst bei der Arbeit am konkreten Gegenstand auf treten Vielfach dient die Komponente auch dazu die Plausibilit t der gemessenen Werte erst einmal zu pr fen Hier ist es umso besser je umfangreicher und vollst ndiger das Modell ge staltet wurde Mit vollst ndigen Modellen die gegebenenfalls auch die Kombination unsin niger Werte erm glicht lassen sich auch was w re wenn Fragen am Modell diskutieren 148 5 2 7 5 Vierte Phase Nachbereitung Die Studentinnen und Studenten m ssen zus tzlich zum Vortrag und zur Versuchsdurchf hrung eine geeignete Darstellung des Sachverhaltes zusammen mit den Messwerten und der Aus
414. st die fehlende M glichkeit ein dynamisches Systemverhalten in der Zeit darzustellen Auch M glichkeiten den bergang des Systems von einem diskreten Zustand n den n chsten darzustellen fehlen Beispiele s nd alle Systeme die sich beim Aktivieren zun chst in einem Anfahrzustand befinden Ein Hochofen beim ersten Anfahren ein Automotor beim Anlassen oder ein Drehstrom Elektro motor der beim Stillstand des Rotors noch n ederohmig ist und daher mit Hilfe eines Vor schaltwiderstandes anfahren muss sind Beispiele f r technische Systeme die verschiedene Betriebszust nde kennen Zur Darstellung solcher Systeme m Rahmen der objektorientierten Modellbildung muss also eine geeignete Erweiterung der bereits diskutierten Symbolsysteme der technischen und naturwissenschaftlichen Bildung gefunden werden Auf der Suche nach bereits vorhandenen Konzepten wendet man sich nun den Symbolsprachen der Informatik zu 54 3 3 Vorgehensweisen zur Modellbildung und Modellerstellung in der Informatik Modellbildung ist ganz einfach ein zentraler und wesentlicher Bestandteil der Informatik Klare Hinweise darauf finden sich bei Goorhuis Rechenberg Rechenberg Pomberger und in den Richtlinien f r das Fach Informatik in der gymnasialen Oberstufe in Nordrhein Westfalen eine Reihe der namhaftesten Autoren der Informatik wie Grady Booch Ivar Jacobson James Rumbaugh Paul Ward und Stephen Mellor sind durch ihre Ver ffentlichun
415. st noch beige bracht werden e Ereignisse treten pl tzlich ein aber man ist meistens darauf vorbereitet Wenn z B das Telefon schellt dann kennt man meistens eine Methode das Gespr ch auch entgegen zu nehmen Nun wurde versucht die definierten Begriffe auf die Verh ltnisse auf dem Bildschirm zu bertragen Hierbei beteiligten sich gl cklicherweise nicht nur die erfahrenen Sch ler auch den Novizen gelang der Umgang mit den Analog en e Frage Welche Objekte sind hier von Bedeutung Antwort Command Buttons ein gra fi sches Element Kreis auf dem Bildschirm e F Welche Eigenschaften des Objektes sind im Eigenschaftsfenster sichtbar A Z B den Radius die Farbe den Abstand des Kreises von der oberen und der linken Ecke des Fensters e F Wie kann man sie beeinflussen A Zur Entwurfszeit direkt im E genschaftsfenster zur Laufzeit indem man die dot notation Objektname Eigenschaft neuer Wert benutzt e F Was st das Ereignis A Der Mausklick des Benutzers auf einen der Command Buttons e F Welche Methode soll daraufhin ausgef hrt werden A In den Event Handler des Command Buttons wird eine Anweisung in dot notation eingetragen die Top und Left Eigenschaften des Kreises geeignet zu ver ndern 161 Die Erkenntnisse ber das Prinzip der Objektorientierten Programmierungen wurden im Tafelbild festgehalten alle i waten ata d el 2 000 Be dieser At das Trog anmmiirung asbert riman mit
416. stemen folgen zahlreiche Aktivit ten einer festgelegten Reihenfolge z B das Waschprogramm einer Waschmaschine Zahlreiche Aktivit ten werden durch Ereignisse ausgel st und gesteuert zum Beispiel l uft das Notfallprogramm eines Kernkraftwerkes automatisch dann ab wenn bestimmte Grenzwerte berschritten werden Die genaue Art und Abfolge der Aktivit ten wird dann in Abh ngigkeit von der R ckmeldung der Sensoren f r Beh lterdruck K hlwasserfluss Temperatur usw gesteuert Das Akt vit tsdiagramm entspricht weitgehend dem Flussdiagramm das zur Zeit der prozeduralen Programmiertechnik eines der wichtigsten Hilfsmittel darstellte Neu ist aller dings die Steuerung durch Ereignisse In konventionellen Flussdiagrammen waren explizite Verzweigungsstellen vorgesehen an denen m Programmablauf der Zustand gegebener Variablen gepr ft wurde In Abh ngigkeit vom Ergebnis dieser Pr fung verzweigte das Pro gramm in die eine oder andere Abfolge von weiterf hrenden Aktivit ten die wiederum auch die nderung der Zustandsvariablen bewirken konnten Dadurch konnte der Ablauf des Pro gramms gesteuert werden bei dem n chsten Erreichen der Programmverzweigung kann die gleiche Abfrage der Zustandsvariablen zu einem anderen Ergebnis f hren und die Verzweigung eine andere Abfolge von Aktivit ten bewirken Die Beschreibung eines Problems in Form einer sequentiellen Abfolge von Operationen wird 102 f f als von Neumannsches Denkschema
417. stemgrenze liegt Vielfach sind die Objekte wie die genannten Pumpen aber zentraler Bestandteile vieler Kreisl ufe und k nnen nicht eliminiert werden Die Objektorientierte Modellbildung bietet die M glichkeit eines besonders flexiblen Um gangs mit diesem Problem Je nach Ma gabe der mediendidaktischen berlegungen k nnen Objekte aus dem System eliminiert aus der Systemgrenze herausbewegt oder weiterhin als black box betrachtet werden Da die Objekte ja definitionsgem bereits gekapselt sind also qua Entstehung den black box Charakter tragen ist hierzu kein zus tzlicher Aufwand notwendig Es bedeutet lediglich dass die dem Objekt zugeordneten Methoden und Eigen schaften entsprechend gekennzeichnet werden so dass m sp teren Visualisierungsprozess ihre Visualisierung entfallen kann 103 Aufgabe 2 1 3 Zug nglichkeit und mediale Darstellbarkeit der Objekte ermitteln Ein weiterer Filter f r die darzustellenden Modellattribute ergibt sich aus ihrer Zu g nglichkeit f r den Visualisierungspro zess und aus hrer medialen Darstellbar keit Sehr viele technische und naturwis senschaftliche Prozesse s nd mit blo em Auge nicht s chtbar und daher auch nicht mit Realfilm Aufnahmen darstellbar Die E genschaftswerte k nnen z B auf einer Gr enskala stattfinden die sich dem N 5 Abbildung 43 Zahlreiche technische Systeme auch die sehr fortgeschritten en machen optisch wenig her
418. stenzgr nden wiederum das Symbol eines Moorhuhns Schlie lich dient die gesamte Unter richtsreihe ja dem Projektziel eine Moorhuhn Software mit m glichst real t tsgetreuer Dar stellung der Flug und Fallbewegungen zu erstellen und die Real t tstreue durch m glichst gut mit der Simulation vergleichbare Experimente zu gew hrleisten Die beiden Programme hr Quellcode und ihr grafischer Ablauf wurde den Sch lern mit Hilfe eines Videoprojektors demonstriert Abbildung 67 Suche nach der Struktur und den Unterschieden der beiden Beispielprogramme Die Struktur des Programms konnte von den Sch lerinnen und Sch lern sofort erkannt und erkl rt werden da bei der Erstellung der kurzen Prozedur darauf geachtet wurde die hnlich keit mit der Vorg ngerversion so gro wie m glich zu halten Hinzu kommt dass durch die Beschr nkung der Bewegung auf eine Dimension y Richtung die Komplexit t der Software nochmals reduziert wurde Die Sch ler erkannten schnell dass die zuerst kaum wahr nehmbare und dann immer schneller werdende Fallbewegung mit der Iteration der Variable y um jeweils den konstanten Wert 9 zusammenh ngt und dass diese Iteration der grundlegende Unterschied zwischen Quellcode 2 und 3 ist Weiterhin wurde die Bewegung des Grafik Objektes wie sie durch Quellcode 2 bewirkt wird von einem gro en Teil der Sch ler als eine unnat rlich wirkende Bewegung bezeichnet Allerdings war sich nicht jeder Sch ler sicher insb
419. sung von 1981 waren stark am Konzept der allgemeinen Technologie orientiert Daraus resultiert insbesondere die Aufteilung der Inhalte der verschiedenen Jahrgangsstufen 11 1 Einf hrung in die allgemeine Technologie 11 2 Stoffumsatz in technischen Systemen 12 1 Energieumsatz in technischen Systemen 12 2 Informationsumsatz in technischen Systemen 13 1 Verbund technischer Systeme 13 2 Wechselwirkung technischer Systeme mit hrem Umfeld Die Studienordnungen f r das Lehramt Technik der Universit ten Duisburg und Essen orientieren sich ebenfalls am gleichen Konzept Die neuen Richtlinien f r das Fach Technik in der gymnasialen Oberstufe orientieren sich jedoch st rker am sog mehrperspektivischen Ansatz Technische Systeme werden hier bestimmten Inhaltsfeldern zugeordnet Versor gung und Entsorgung Transport und Verkehr Information und Kommunikation bei Sachs zus tzlich Arbeit und Produktion Bauen und Wohnen Auch die neuen Richtlinien stellen klar dass die allgemeine Technologie die Bezugs wissenschaft des Unterrichtsfaches Technik ist da sie im Vergleich zu den Ingenieur wissenschaften ber d e Gegenst nde technischer Entwicklung hinausgeht und sowohl die Arp H Grundkategorien technologischer Beschreibungen In tu Technik im Unterricht 15 Jg Heft 59 1991 Kultusministerium Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien f r die gymnasiale Oberstufe in Nordrhein Westfalen Technik Frech
420. t End Sub Abbildung 27 Ein mit einer objektorientierten Programmiersprache umgesetztes Modell bildet die im Klassendiagramm festgesetzte Struktur 1 1 ab 73 w Form Iof x Ente i 6279571428571 mis gp E Speedy i20 m s o fa Abbildung 28 Die grafische Schnittstelle zur interaktiven Variation von Modelleigenschaften Objektorientierung ist ein sehr umfassendes und vielschichtiges Paradigma der modernen Informatik Die enorme Bandbreite der einschl gigen Forschung Entwicklung und Programmierpraxis kann im Rahmen dieser Arbeit nicht ann hernd wiedergegeben werden an dieser Stelle konnten lediglich einige grundlegende Begriffe erl utert werden Zur Weiterf hrung muss auf Literatur z B auf die Grundlagenwerke von Booch und Rumbaugh verwiesen werden 3 3 4 Zusammenfassung Die Betrachtung der Methodiken der einzelnen Disziplinen zeigt einen interessanten Unterschied im Grad der Reife von Methoden zur Analyse und zum Design von Systemen Die st rkste Entwicklung hat in den letzten Jahren sicherlich die Disziplin des ingenieurm igen Entwurfs von Software das Software Engineering durchgemacht Ward und Mellor beschreiben eine Entwicklung die sie als den bergang vom imple mentierungsdominierten zum problemdominierten Entwurf beschreiben es scheint einen historischen Zyklus f r viele Ingenieursdisziplinen zu geben In der fr hesten Phase des Zyklus gibt es einfach keine ad quate Technologie eine spezi
421. t ndern k nnen 6 W e sie das machen steht in einem Zusammenhang mit ihren Eigenschaften Gewicht und Antriebskraft Wir benutzen diese Informationen zur Modellierung einer Klasse Auto Die von der Klasse abgeleiteten Auto Objekte sollen alle ber die Eigenschaften gewicht antr ebskraft und geschwindigkeit sic verf gen Das Gewicht und die maximale Antriebskraft werden 1m Rahmen dieser Problemstellung als Konstanten angenommen die w hrend der Programm laufzeit keine Ver nderung erfahren sollen eine intendierte Verk rzung der realen Gegeben heiten Die Geschwindigkeit st eine variable Eigenschaft Die nach au en sichtbare Aktivit t der Auto Objekte soll sein dass sie ihre Geschwindigkeit ndern Dieses Verhalten wird durch eine Methode mit der umgangssprachlichen Bezeich nung geschwindigkeit ndern modelliert Die Schreibweise entspricht der in der UML vorgenommenen Normung In einer Analogie zu den Adjektiven und Verben der Verbalsprache werden Eigenschaften und Methoden bei der Objektorientierten Modellierung und Programmierung durch Kleinschreibung des ersten gt Ebd Seite 65 ff 70 Buchstabens kenntlich gemacht Komposita werden nicht durch einen Bindestrich verbunden statt dessen schreibt man den ersten Buchstaben des folgenden Wortes n jedem Fall gro Die Eigennamen von Klassen und Objekten werden hnlich wie in der deutschen Sprache durch Gro schreibung k
422. t die Neigung der M dchen die Bestimmung der gefahrenen Strecke anhand einer Beispielrechnung zu erkl ren Formelans tze finden sich dagegen bei beiden Geschlechtern gleicherma en rechts 5 3 4 5 Frage 4 Bisher stattgefundene bertragungen des Unterrichtswissens in die Lebenswelt Frageteil 4 sollte pr fen ob die Inhalte des Physikkurses bereits zu einer ver nderten Wahrnehmung der Sch ler n hrer gegenw rtigen Lebenswelt gef hrt hat Von einer offenen Fragestellung angeregt sollten die Sch ler dar ber nachdenken wann sie das letzte Mal dem Kursthema Geschwindigkeit m Alltag begegnet s nd Frage 4 4 Wann hast Du das letzte mal etwas mit dem Problem der Geschwindigkeit zu tun gehabt Hast Du Dich dabei an die Inhalte des Physikkurses erinnert Was hast Du dabei gedacht 2253 5 3 4 5 1 Ergebnisse Frage 4 Labor Feld Vergleichs stattgefundene bertragungen des gruppe versuch gruppen Unterrichtswissens in die Lebenswelt Anteil der Sch ler mit der betreffenden Nennung Mehrfachnennung m glich Prozentsummen k nnen ber 100 sein Erinnerung im Zusammenhang mit Stra enverkehr Assoziation mit dem eigenen Verkehrsmittel i r Allgemeine Bekundung von Interesse Wenig zufriedenstellend st dass 37 der Sch ler der Laborgruppe und immer noch 29 der Vergleichsgruppe angeben sich m Alltag bis jetzt nicht an Inhalte des Physikkurses erinnert worden zu sein Fast alle genannten As
423. t die Sch ler in dieser Phase l Durch Darstellungen der grafischen Repr sentationen der Objekte und Steuer elemente die f r das Projekt benutzt werden sollten 255 2 Durch ausf hrlichen beschreibenden Text mit Programmbeispielen zum Heraus kopieren ber die Zwischenablage 3 Durch einen Ass stenten das sogenannte Helferlein Dieses Objekt setzt s ch bei In tegration in ein Softwareprojekt in die Kommunikation zwischen dem Programm der Sch ler und dem AD DA Wandler Es stellt die ausgetauschten Werte so dar wie sie tats chlich vom AD DA Wandler gesendet und empfangen werden Die Sch ler k nnen so berpr fen ob ihr Programm die richtigen Werte von den Schiebereglern und sp ter von den P I D Reglern bermittelt und d e gemessenen Werte von ihrem Programm korrekt angezeigt werden Weiterhin werden alle Werte vom Helferlein auf G ltigkeit berpr ft zu hohe oder negat ve Werte werden ebenso ab gefangen wie ein zu h ufiges Abfragen etwa bei Verzicht auf eine Verz gerung zwi schen den Abfragen das den internen Puffer des TCP IP Stack zum berlauf bringen kann Alle abgefangenen Werte werden lediglich n den g ltigen Bereich hinein korrigiert S ttigung wobei eine ausf hrliche Meldung mit Hinweisen zur Pro blembehebung erfolgt Das Programm der Sch ler l uft dabei weiter Auf diese Weise will ich vor allem die Frustrationsmomente beim Absturz der von den Sch lern geschriebenen P
424. t und der Tendenz bei der Frage nach Erlebnissen im Kontext mit Geschwindigkeiten Erlebnisse aus dem Stra enver kehr zu benennen Dies geschieht ber Erwartung h ufig durch M dchen Cramer s V 0 17 In den Frageb gen wird Geschwindigkeit dazu vielfach als etwas bezeichnet von dem f r die M dchen eine Bedrohung f r Leib und Leben ausgeht In Verbindung mit den generell guten Bewertungen in den Akzeptanzfragen 1 und 6 kann das Ergebnis der Frage 4 f r jeden dritten Sch ler so zusammengefasst werden es war ganz nett und interessant aber eine Hilfe f r mein t gliches Leben finde ich darin nicht 5 3 4 6 Frage 5 Analyse eines Bewegungsprofils Der Frageteil 5 stellte den Sch lern zur Aufgabe anhand der gezeichneten Flugbahn zweier K rper zu entscheiden welcher K rper sich mit der h heren Beschleunigung bewegt Die gezeichnete Bewegung entspricht der Seitenansicht des waagerechten Wurfes eines K rpers Der untere der gezeichneten K rper hat jedoch eine h here gedachte Fallbeschleunigung als der obere und deshalb eine weniger stark ge ffnete Flugparabel Vor dem Beginn des Parabelfluges st eine Strecke gezeichnet die beide K per m parallel und mit der gleichen Geschwindigkeit zur cklegen Dies wird im beschreibenden Text auch so erkl rt Damit l sst sich hinreichend erkennen und begr nden dass die beiden K rper sich mit der gleichen Geschwindigkeit in x Richtung bewegen das also der ffnungswinkel der Pa
425. t und sehr umfassend was sich in den sehr guten Ergebnissen der schriftlichen bung auch wiederfindet Bemerkenswert ist dass diese Gruppe innerhalb des Messprozesses eine reichhaltige Anzahl an Variationen beschreibt Mal soll der freie Fall im Treppenhaus der Schule mit Messposten auf den Treppenabs tzen durchgef hrt werden mal aus den Au enfenstern heraus mit Messposten n den einzelnen Etagen Verschiedene Ver fahren wurden zur Bestimmung der Fallh he genannt Meterma Wollfaden oder eine Einsichtnahme in den Geb udeplan An mehren Stellen wurde der Vorschlag ge u ert Fall proben mit unterschiedlichen Gewichten zu w hlen und diese Gewichte ebenfalls zu bestim men und zu protokollieren 5 Sch ler machten sich Gedanken ber das sicherheitsgerechte Vorgehen und planten ein dass der Aufschlagbereich der Fallprobe durch einige Sch ler we tr umig abgesichert werden sollte damit keine Gef hrdung Dritter eintreten kann 5 3 2 9 Durchf hrung des Versuches Entsprechend den schriftlich ausgearbeiteten Vorschl gen der Sch ler wurde zun chst die H he der 3 Etage des Geb udes ber dem Schulhof durch Lotung ermittelt Die Lotung ge schah mit einem hinreichend schweren Kabel das keine Schlaufenbildung aufwies Auf dem Schulhof wurde die Lotung durch einige Sch ler berwacht Erreichte das fre h ngende Ka bel Ende die H he einer Fensterbank wurde dies durch Zuruf bekannt gemacht die Sch ler am Fenster der 3 Etage machte
426. t von 117 ergibt Umgekehrt haben sich in vielen Gruppen auch Teilnehmer g nzlich jeder Antwort enthalten Damit kann die H ufigkeit f r alle denkbaren Antworten in einer Untergruppe insgesamt auch unter 100 liegen 232 H ufung Laboreruppe auf 100 normiert M dchen Jungen 4Haulung Laborgruppe auf 1VV normiert i H ufung Vergleichsgruppe auf 100 normiert M dchen Jungen H ufung Feldversuch auf 100 normiert M dchen Jungen In der Laborgruppe st rzten sich die Jungen nahezu auf den Ansatz die Unterschiede der in der Skizze dargestellten Bewegung mit dem Parameter zu erkl ren der in der Simulations welt zur Anpassung der Simulation an die physikalisch messbare Realit t diente Dabei han delt es sich zweifellos um einen quantitativen Ansatz zu L sung des Problems und einige Jungen gaben auch tats chlich Sch tzungen ab welche Zahlenwerte f r den Parameter zum Verlauf der gezeigten Flugbahnen f hren w rde Von den M dchen wurde dieser Ansatz nur wenig genutzt und in diesen F llen auch nur erg nzend Mehrfachantworten waren erlaubt Statt dessen nutzten 70 der M dchen der Versuchsgruppe den quantitativen Ansatz ber Zeit Strecke signifikant mehr als irgendeine Untergruppe der Vergleichsgruppen 233 Diese geschlechtsspezifische Polarisierung durch das Kurskonzept in der Laborgruppe ist im Feldversuch nicht im gleichen Umfang best tigt worden Sichtbar ist im Feldversuch eine besondere Pr fer
427. te Programmierung seit 1990 3 3 3 1 Entwicklungsgeschichte In den 1960er Jahren wurde es deutlich dass s ch mit der strukturierten Programmierung eine Reihe komplexer oder gar interdisziplin rer Probleme nicht l sen lassen Beispiele hierf r s nd industrielle Echtzeitprobleme bei denen ein gro es Datenvolumen zentral verarbeitet werden muss und laufend an den momentanen Zustand vieler miteinander in Verbindung stehender Systemkomponenten angepasste Entscheidungen getroffen werden m ssen Bel spiele daf r s nd z B e komplexe Organ sationsformen wie ein Hafen oder Speditionslog stikbetrieb e Spracherkennung oder e Forschung im Bereich K nstlicher Intelligenz KI F r alle genannten Problemen ist eine geschlossene formale Darstellung nicht m glich es erwies s ch aber n diesem Zusammenhang als L sung einzelne kontextrelevante Elemente des komplexen Systems d e durch hr Verhalten und durch hre jeweils zu erkennenden Zu st nde beschrieben werden k nnen zu modellieren Ihr Ursprung in der Problemstellung der Modellierung und der komplexen Simulation macht die Objektorientierung f r die naturwissenschaftliche und technische Bildung so interessant Die Entwicklung objektorientierter Programmiersprachen begann mit dem Entwurf von SIMULA 67 durch Dahl Myrhaug und Nygaard in Oslo 1965 SIMULA ist im wesentlichen eine Erweiterung der damals verbreiteten Programmiersprache ALGOL 60 zur L sung ereig nisgesteuerter S
428. tehenden Lernsoftware auspr gen wurde in der wissenschaftlichen Literatur bis jetzt noch nicht als eigener Schwer punkt empirisch untersucht Catherine Bishop Clark hat aber 1995 eine Meta Erhebung ber zwischen 1960 und 1995 durchgef hrte Untersuchungen ver ffentlicht die den Zusammen hang zwischen der kognitiven Struktur eines Menschen und seinen internen Vorg ngen bei der Modellbildung und Probleml sung m Zusammenhang mit Programmieraufgaben zum Thema hatten Zahlreiche Studien nutzen die zur Untersuchung und F rderung des Problem l sungsverhaltens bei Jugendlichen von Prof Seymour Papert entwickelte Programm er sprache LOGO die jedoch noch nicht dem Objektparadigma entspricht Neben den gefun denen starken Unterschieden der pers nlichen Lern und Leistungsf higkeit bei den unter suchten Personengruppen betont Bishop Clark eine Reihe von Unterschieden der pers nlichen und kognitiven Strukturen Typische Gegensatzpaare s nd demnach Analytisches Vorgehen gegen ber holistisches Vorgehen Analytisch vorgehende Programmierer nutzen gerne strukturierte Vorgehensmodelle wie das in der vorliegenden Arbeit dargestellte um ihre Entscheidungen zu treffen und die Komplexit t einer neuen Problemstellung auf eine Reihe l sbarer Teilprobleme zur ckzuf hren Holistische Programmierer verlassen sich st rker auf ihre Intuition und Kreativit t m Umgang mit Problemen Vielfach finden gerade diese Personen neuartige Zug
429. tellung von Zusammenh ngen bei den H rern zu erreichen oder auf Fragen der H rer einzugehen bung und Tutorium bungen und Tutorien haben das Ziel die Inhalte der Vorlesungen zu vertiefen und die M g lichkeit zur Kl rung relevanter Fragen zu geben Dabei st es nat rlich sinnvoll wenn die n den Vorlesungen genutzten Medien auch in den bungen zur Verf gung stehen Auch aus diesem Grund sollen die Medien zentral auf einem Server im Netz vorgehalten werden und so bei Bedarf flexibel und lernortunabh ng g genutzt werden k nnen 129 Praktikum Um reflektiertes und zielbewusstes Handeln in technischen und naturwissenschaftlichen Praktika zu erm glichen m ssen n der Regel bestimmte Grundlagen gekl rt worden sein Hierzu k nnen hnlich wie in den bungen die auf dem Server oder auf PCs im Praktikums raum vorgehaltenen Lernanwendungen genutzt werden Durch die Interaktivit t ergeben sich bei der Vorbereitung von Versuchen jedoch noch neue M glichkeiten Beispielsweise k nnen die Softwarekomponenten die das Verhalten von Reglern und Regelstrecken f r eine Lern anwendung Einf hrung in die Regelungstechnik simulieren sollen auch zu einem Modell des Laborversuches mit den entsprechenden Kenndaten zusammengef gt werden Die Stu denten k nnten an diesem deal sierten Modell die zu beherrschenden Verfahren vorbereitend erproben und am realen Aufbau qualifizierte Vergleiche treffen Seminar In den Semina
430. ten Computerkenntnissen und hervorragendem Zugriff auf private Computer und den Sch lern denen diese Voraussetzungen fehlen Jedoch Gegenstimme einer Sch lerin 5 Es der Umgang mit Computern sei von Anfang an gut erkl rt worden An dieser Stelle geschah eine R ckfrage zu dem in der Unterrichtsreihe verwendeten Tutorensystem durch den Befrager 6 Die Sch ler best tigten dass durch das Tutorensystem eine umfassende Betreuung gew hrleistet werden konnte so dass jeder in den Unterricht einbezogen blieb 5 3 4 2 4 Interpretation Die u erungen der Sch ler liefern stimmige Erkl rung der differenzierten Haltung der Versuchsgruppe die sich dazu sehr gut mit den Ergebnissen der Befragung zu Frageteil 1 deckt Die Sch ler konnten m Verlauf der Unterrichtsreihe eine Reihe von Eigenarten computer unterst tzten Unterrichtes w e seine Offenheit seine Handlungs und Produktorientierung erfahren und dies als attraktive Form des Lernens wahrnehmen Auf der anderen Seite konnten s e erleben das der konstruktive und handlungsorientierte Umgang mit Computern allen Sch lern nicht nur ein hohes Ma an pers nlichem Einsatz abverlangt sondern auch dass durch die bei den Sch lern unterschiedlich vorhandenen Computerkenntnisse von vorne herein unterschiedliche Startpositionen der Sch ler entstanden Das Tutorensystem sorgte vor allem daf r dass in den Phasen intensiver Computernutzung kein Sch ler ohne Computer kenntnisse vom Unt
431. terrichtssequenz sind folgende Lernziele verbunden e Die Sch ler sollen die allgemeine Bewegung auf dem Bildschirm als berlagerung einer Bewegung in den x und den y Achsen des Bildschirmes verstehen e Die Sch ler sollen d e Analog e bilden k nnen dass s ch auch reale Bewegungen in der Ebene als berlagerung von Bewegungen entlang zweier Koordinaten darstellen lassen e Die Sch ler sollen die Beschleunigung als eine zeitabh ngige nderung der Geschwindigkeit verstehen 169 5 3 2 7 Parametervariation mit dem Software Modell Das von den Sch lern dargestellte Software Modell hatte zuletzt die Form Quellcode 1 Private sub Uhr Timer Moorhuhn left Moorhuhn left 300 Moorhuhn top Moorhuhn top 500 End sub Die Sch ler bekamen die Aufgabe durch Variation des Parameters y folgende Fragen zu beantworten e Wie fliegt das Huhn wenn der Parameter 0 ist e Wie fliegt das Huhn wenn der Parameter 5 ist e Wie fliegt das Huhn wenn der Parameter gr er ist e Wie fliegt das Huhn wenn der Parameter kleiner ist e Welche Flugbahn entspricht am ehesten der Realit t Die Sch ler bekamen im Anschluss die folgenden beiden Beispielprogramme zur Verf gung gestellt Quellcode 2 Eine Fallbewegung mit einer Geschwindigkeit in y Richtung von y 10Einheiten Takt const Dim y As Integer Private Sub Form Load y 10 End Sub Private Sub Timerl Timer y y 0 Moorhuhn Top Moorhuhn Top y If Moorhuhn To
432. teuern Die Sch ler der einzelnen Gruppen konnten anschlie end auf dem Schaltplan im Lernmodul bezeichnen welche Verbindung von mir hinzugef gt wurde Wa rum diese Verbindung notwendig ist konnten sie dar ber hinaus aber nicht erkl ren Ich habe das Problem daher in der Gespr chsrunde am Abschluss dieser Doppelstunde zur Sprache kommen lassen Die Sch ler waren problemlos in der Lage den von ihnen vorher gew hlten Entwurf und den Entwurf mit meiner nderung an der Tafel zu skizzieren und zu vergleichen Etwas z gerlich kam dann die Erkenntnis dass die m Lernmodul gezeichnete Verbindung zur ck zum Nullpotential des D A Wandlers tats chlich notwendig ist um zu einem geschlossenen Basiskreis zu kommen Im folgenden sollten die Sch ler f r das Protokoll beschreiben was sie in dieser Doppel stunde geleistet haben Weiterhin sollten die einzelnen Gruppen ihre Einsch tzung mitteilen welchem Typ die Regelstrecke angeh rte und diese Einsch tzung begr nden dies war Teil der vom Lernmodul genannten Aufgabenstellung Zwei Gruppen haben aufgrund des Verhaltens des Gleichstrommotors bei sprunghafter Er h hung der Betriebsspannung darauf geschlossen dass es s ch bei der Regelstrecke um eine PT Regelstrecke handelt Eine einzelne Gruppe hat zwar das gleiche Verhalten registriert w rde dieses Verhalten aber eher einer I Regelstrecke zuschreiben Es entstand eine kurze Diskussion die fruchtlos bleiben musste weil beide Gruppen
433. thias und Nurgul hat sich selbst interessanter weise den Gruppen Namen Schlecht gegeben Vom Verhalten in Unterrichtsgespr chen konnten von York und Matthias gute m ndliche Mitarbeit bei befriedigender Beitragsqualit t erwartet werden w hrend die t rkische Sch lerin Nurgul bei Programmi er bungen sehr guten berblick bewies Diese Gruppe hatte der Aufgabenstellung nur kurze Beachtung geschenkt und bl tterte bereits im Leitfragenkatalog Die Zugriffe der Sch ler auf das Informationsangebot werden in Verbindung mit Gruppen Name Uhrzeit und Betrachtungsdauer in einer SQL Datenbank gespeichert siehe hierzu die Diagramme m Abschnitt Analyse der Zugriffs Statistiken Eine Analyse der Zugriffe f r diesen Abschnitt zeigt bei allen Gruppen ein sehr hnliches Bild Die Gruppen arbeiten sich 259 der Reihe nach langsam durch die Karten des Informationsangebotes und verbringen mit jeder Karte in etwa gleich viel Zeit Dabei variiert die Geschwindigkeit von Gruppe zu Gruppe erheblich wie aus der Steigung des Graphen im Zugriffsdiagramm unmittelbar deutlich wird die Gruppe Elite bew ltigte d e gesamte Phase zur Vermittlung n fast der H lfte der Zeit der Gruppe Schlecht Trotz bekundetem Interesse an den Grundlagen war bei dieser Gruppe der Wunsch berwiegend m glichst schnell zu praktischen Versuchen mit den Ger ten zu kommen was ja damit auch gelungen ist F r den Betrachter m Klassenzimmer herrschte das
434. tierten Handlungen Modellvorstellungen ihrer Umwelt m konstruktivistischen S nne erarbeiten und m Vergleich mit der Real t t durch technische und physikalische Experimente quantitativ und qualitativ pr fen optimieren und verifizieren k nnen Der Beschreibung und berpr fung dieses Ansatzes ist diese Arbeit gewidmet Die hier nur kurz sk zz erte Zielsetzung der Arbeit n mlich der Entwurf und Erprobung der Objektorientierten Modellbildung als Konzept f r den Physik und Technikunterricht und f r die Produktion von Lern und Informationsmedien f r die naturwissenschaftliche und technische Bildung ist in Kap tel 1 der Arbeit n her beschrieben worden Die Planungsphase umfasste die in Kapitel 2 unternommene Analyse des Begriffes Modellbildung aus wissenschaftstheoretischer Sicht die vor allem aus dem Studium der Quellen M ller Harreis Popper Gr ner Vester und Ward Mellor sch pfte Nach dieser Grundlegung wurde im Kapitel 3 eine vertiefte Studie der Konzepte und Methoden zur Modellbildung und Modellerstellung in den Bezugswissenschaften Physik Technologie und Informatik angestrengt Wichtige Quellen f r diese Studie waren Schriften von Goldkuhle Harreis Treitz Schecker Meadows Forrester Heuer Bader Sanfleber Arp Beckmann Haupt Sauer Schmayl W lkening Aebl Dewey Ropohl Goorhuis Rechenberg Pomberger Booch Rumbaugh Jacobson Ward Mellor Br sser S edersleben Yourdon DeMarco Beer Wirfs Bro
435. trakten Ma einheit die auf den sichtbaren Bildschirmbereich be zogen ist aber von der gew hlten Bildschirmaufl sung unabh ngig ist Den Sch lern gegen ber wurde die eing ngige Bezeichnung Pixel f r diese Ma einheit gew hlt obwohl Pixel sich eigentlich auf die physikalische Aufl sung des Bildschirms der Grafikkarte beziehen Bei den Realaufnahmen wurden die Fensterbretter als Referenzpunkte gew hlt der Abstand der Referenzpunkte zum Boden ist in der Einheit Meter vermessen worden Bei der in die Soft waresimulation eingearbeiteten Digitalaufnahme des Geb udes konnte der Abstand der Re ferenzpunkte vom Boden durch einfaches Verschieben eines beliebigen Grafik Objektes in der Ma einheit der Programmierumgebung ermittelt werden Es ergab sich ein Um rechnungsfaktor von 453 Pixeln auf dem Bildschirm pro tats chlich zur ckgelegten Meter im realen Experiment oder umgekehrt entsprechen 2 2 mm n der Realit t 1 Pixel auf dem Bildschirm Die gesamte Fallstrecke umfasste 12 46 m oder 5640 Pixel F r die Umrechnung des Zeitmassstabes musste lediglich ber cksichtigt werden dass die Kamera m SMPTE System mit 25 Einzelbildern pro Sekunde arbeitet Die Softwaresimulation verschiebt das Grafik Objekt auf dem Bildschirm um den Faktor y bei jedem Aufruf des Unterprogramms Schritt wobei der Wert f r y bei jedem Aufruf um den zu w hlenden Parameter letztlich also um den Wert 6 85 P xel Aufruf erh ht w
436. tsgerichtete Absch t zungen bezeichnet Viele physikalische Effekte sind jedoch ihrem Wesen nach zeitumkehrinvariant Wenn ich aus dem Systemzustand zum Zeitpunkt t den Systemzustand zum Zeitpunkt t At ermitteln kann muss sich bei der Umkehrrechnung aus dem Zustand zum Zeitpunkt t At auch fehler 40 frei wieder der Zustand zum Zeitpunkt t ergeben Dies k nnen die vorw rtsgerichteten Algo r thmen jedoch nicht gew hrleisten so dass sich z B bei periodischen Vorg ngen auf Dauer Fehler aufsummieren Symplektische Algorithmen werden n der computational physics entwickelt und eingesetzt um Probleme zu bew ltigen bei denen Erhaltungsgr en betrachtet werden Die Berechnung der Drehung von Planeten um die Sonne ist in der Physik als das Kepler Problem bekannt zu seiner Modellierung wird davon ausgegangen das sowohl die Bewegungsenergie des Pla neten als auch sein Drehimpuls unter allen Umst nden konstant bleibt Geht dem Modell durch die Asymmetrie eines Berechnungsalgorithmus z B auf Dauer st ndig Energie ver loren so kann das Modell keine korrekten Langzeitvorhersagen liefern Dies soll durch den Einsatz symplektischer Algor thmen verhindert werden Das Leapfrog Verfahren ist ein Beispiel f r einen symplektischen Algorithmus F r die Steigung zum Zeitpunkt ttAt wird Mittelwert gebildet indem im gleichm igen Abstand erst vor dem Zeitpunkt t At und dann nach dem Zeitpunkt t At ein Systemzustand gesch tzt w
437. tsreduzierten berblick ber das Gesamtmodell ebenso erm glichen w e einen Einblick n Detailanforderungen der so pr zise st dass nach diesen Anforderungen Software programmiert werden kann Sind diese Gesichtspunkte auch unter fachdidaktischen Aspekten von Interesse Die Teamf higkeit von Modellierungssprache und Modellierungsverfahren die Verst nd lichkeit und Eindeutigkeit f r ein breites Publikum und die M glichkeiten zur schrittweisen Reduktion von Komplexit t sind allesamt Anforderungen die f r die Didaktik natur wissenschaftlicher und technischer F cher von h chstem Interesse sind Tats chlich ist ein Ansatz dieser Arbeit die von der Informatik gefundenen L sungen zu den oben definierten Problemen auf hre Tauglichkeit f r den Einsatz m Unterricht naturwissen schaftlicher und technischer F cher und f r die Ausbildung von Lehrern dieser F cher an Hochschulen zu erproben Vor dem Hintergrund der immensen Bedeutung von Modellen f r die Informatik ist es verst ndlich dass eine kaum zu berschauende Zahl von Ans tzen f r die Bildung von 61 Booch 1994 Seite 20ff 6 Br ssler P Siedersleben J Hrsg Softwaretechnik Praxiswissen f r Software Ingenieure M nchen Wien Hanser 2000 Seite 24ff 6 Schmuller J Jetzt lerne ich UML M nchen Markt Technik Verlag 2000 Seite 26ff 57 Informatik Modellen existiert Vor dem Hintergrund dass die urspr nglichen Probleme die in dem jungen
438. ttingen 1806 Beer J Systemspezifikation In Br ssler P Siedersleben J Softwaretechnik Praxiswissen f r Software Ingenieure M nchen Wien Hanser 2000 Beinke L Habel K M Harreis H Richter H Sieger H F rderung naturwissenschaftlich technischer Bildung f r M dchen in der Realschule in Nordrhein Westfalen Gie en M nster Duisburg Essen Verlag Polytechnik Arbeitslehre 1991 Bethge T Schecker H Materialien zur Modellbildung und Simulation im Physikunterricht Universit t Bremen Fachbereich Physik Elektrotechnik Institut f r Didakt k der Physik 1992 Bishop Clark C Cognitive Style Personality and Computer Programming In Computers in Human Behavior Vol 11 No 2 USA Elsevier Science Ltd 1995 Booch G Objektorientierte Analyse und Design Bonn Paris Reading Addison Wesley 1994 Born G Physik und Technik elektronischen Geldes Wanderausstellung mit Multimedia Komponenten und Hands on Experimenten Commerzbank AG Frankfurt 1996 304 Bradley C The relationship between student s information processing styles and LOGO programming In Journal of Educational Computing Research 1 1985 Bresges A Hunger A Schwarz F Werner S Einf hrung neuer Medien in die Hochschulausbildung soz alkognitive Aspekte der Software Evaluat on In Scheuermann F Hrsg Campus 2000 Lernen in neuen Organisationsformen Tagungsband Seite 347 354 M nster Waxmann
439. tumsformats auf zweistellige Jahreszahlen und damit zum bekannten Millenium Bug f hrte Diese Methoden erschienen nicht Informatikern nicht zwingend logisch oder einsichtig da sie speziell auf die Probleme und Randbedingungen der Datenverarbeitungssysteme bezogen waren waren die Methoden schlecht auf andere Dis ziplinen bertragbar Der schnelle technische Fortschritt in der Informationstechnik der damit verbundene Zu wachs Ressourcen zur Probleml sung sowie das Zusammenspiel zwischen der Entwicklung objektorientierter Programmierverfahren und entsprechender objektorientierter Programmier sprachen f hrte das Softwareengineering in den 90er Jahren in ihre Reifezeit Die zur Verf gung stehende Entwurfsmethodik ist v llig von der zugrunde liegenden Implemen tationstechnik abstrahiert und kann damit als problemdominiert bezeichnet werden wobei Ward und Mellor einschr nken dass auch heute noch Problemstellung implementierungs dominert bearbeitet werden Nach dem Zusammenschluss der drei gro en Vordenker objektorientierter Entwurfstechniken Booch Jacobson und Rumbaugh konvergierten deren Einzelentwicklungen in ein weitgehend einheitliches Konzept Nach der Standardisierung durch die Object Management Group unter der Mitwirkung von 800 Firmen und Institutionen steht dazu noch se t 1998 mit der Unified Modeling Language UML zum ersten Mal ein umfangreicher erprobter und weltweit anerkannter grafischer Sprachstandard f r die objektorienti
440. tung erfahren Dies f hrte zu einer Vielzahl von verschiedenen Ans tzen nicht nur bei der Umsetzung in angemessene Programmi ersprachen sondern auch bei den Methoden zur grafischen Modellierung von Systemen Zur Ver einheitlichung der weiteren Entwicklung wurde 1989 von 11 Firmen darunter 3Com Unisys Hewlett Packard Sun Phillips und Canon ein gemeinsamer Ausschuss gegr ndet die Object Management Group OMG Heute z hlt die OMG 800 Mitglieder darunter auch Microsoft Vor dem Hintergrund der teaminternen und team bergreifenden Kommunikation wurde auch die Entwicklung einer vereinheitlichten grafischen Symbolsprache quasi einer lingua franca der Modellierung f r die Weiterentwicklung der Modellbildung in der Informatik bedeutsam und f r die Betriebe der IT Industrie zu einem Wirtschaftsfaktor Eine Teilaufgabe der OMG ist daher das Entwickeln und Einf hren einer einheitlichen Mo dellierungssprache mit der sich Entwickler verschiedener Firmen die mit der Objekt orientieren Analyse von Gesch ftsprozessen und dem Design von Systemen zur Abbildung dieser Prozesse besch ftigt sind ber hre Aufgabe verst ndigen k nnen w Das Produkt dieser Bem hung ist die Unified Modeling Language UML Die UML existiert derzeit als Version 2 0 und ist als Standard Mo L _ dellierungssprache f r das Software Design zu betrachten Da es im wesentlichen ein Tool zu Software Modellierung ist werden lediglich die Infor mationsfl sse in
441. uch dar die finale Zusammenstellung des Lernmediums mitsamt der Anpassung an die Lerngruppe auf die Betreuer der Lerngruppe und damit n her an den Einsatzort zu bertragen Die komponentenorientierte Softwareentwicklung liefert hierbei die M glichkeit besonders erfolgskritische und anspruchsvolle Aufgaben wie die eingehende Sachanalyse die Bildung physikalischer Modelle und die Formulierung von Abh ngigkeiten unter hohem Qualit ts 124 Heimann P Otto G Schulz W Unterricht Analyse und Planung Hannover Schroedel Schulbuchverlag 10 Auflage 1979 125 Klafki W Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik Zeitgem e Allgemeinbildung und kritisch konstruktive Didaktik Weinheim Basel Beltz Verlag 5 Auflage 1996 143 anspruch in den Fachdidaktiken der Universit ten durchzuf hren Diese Aufgabenteilung wird unserer Meinung nach den Anspr chen einer modernen offenen Schulbildung n besonderem Ma e gerecht 5 2 7 Jahr 2000 Erprobung im Seminar Neue Medien im naturwissen schaftlichen und technischen Unterricht Nach der Ver ffentlichung einer Komponente n der Datenbank des Informationssystems soll die Eignung der Komponente f r die Bereiche e FEinsetzbarkeit als Lernmittel f r Studierende in Vorlesungen und Seminaren der Hochschule und e Einsetzbarkeit als Lehrmittel im Unterricht insbesondere f r den Einsatz bei Lehr amtsstudierenden w hrend ihrer Unterrichtsversuche im Rahmen der schulpraktischen
442. uck Ein Beh lter Druck Gasventilstellung GasLiefern Gasventil Gasbedarf stellung GasUmsetzen Gasbedarf DruckErh hen Pumpe_ Beh lter GasVentil ffnen Ausgangsdruck tgasVentil finen Verbraucher Entscheidung Situativer Gasbedarf Druck lt Sollwert Kontext Zielvorgabe a 2 M Druck lt Sollwert GasVentil ffnen Entscheidung Sollwert GasBereitstellen GasUmsetzen DruckErh hen GasVentil ffnen GasBereitstellen Ausgangsdruck I Vergleich en DruckErh hen rs E 90 Vergleich Eingangsleistung Ausgangsdruck Vergleich M Druck lt Sollwert 1 Z Eingangsleistung Es w re denkbar wie im unten gezeigten Beispiel den Beginn und das Ende der Rekursion durch die Ver nderung des Ausgangsvektors zu markieren Es wird aber durch berlegung deutlich dass diese Information redundant ist Die UML markiert das Ende der Sequenz auf die der Ausgangsvektor bezogen ist durch das Ende der Akti vierungslinie Im vorliegenden Beispiel kann man durch geeignete Wahl des E igenschaftsbezeichners deutlich machen dass die Eingangsleistung nur f r die Dauer der Aktivierung der Pumpe ungleich null sein soll Eingangsleistung Vergleich Eingangsleistung Abbildung 36 eine alternative Darstellungsweise in der Beginn und Ende einer Rekursion durch Wiederholung des Ausgangsvektors markiert wird Dennoch kann es aus Gr nde
443. uf der Negativseite zun chst zu vermuten dass die Sch ler der Probanden gruppe e geringeren Zugang zu den die Vorg nge beschreibenden geschlossenen Formeln haben e weniger motiviert sind geschlossene Formeln zur L sung eines gegebenen Problems einzusetzen Die Untersuchung soll vor allem erheben wie deutlich die Unterschiede ausfallen Dies liefert die Grundlage f r eine Diskussion inwieweit die Vorteile des differentiellen computergest t zten und projektorientierten Zugangs u a Kreativit t Probleml sef higkeit IT und Medien kompetenz Teamf higkeit vor dem Hintergrund einer m glicherweise geringer ausgebilde ten Fachrechenf higkeit der Sch ler zu rechtfertigen ist Im Zusammenhang mit Physikunterricht wird vielfach kolportiert er w re einfach nichts f r M dchen Empirische Studien und Erfahrung mit nicht koedukativen Physik und Tech n kunterricht wie etwa der Sommer Universit t f r Frauen an der Gerhard Mercator Uni versit t Duisburg w edersprechen dieser einfachen These und deuten ein komplexeres Prob lemfeld an dass das Rollenverhalten junger M nner und Frauen mit einbezieht hnliche Vorurteile bestehen gegen M dchen und Computer Daher ist ein weiterer wichtiger Unter suchungsaspekt wird durch das Konzept der Unterrichtsreihe eine Personengruppe bevorzugt oder benachteiligt Die Ergebnisse und Aussagen der Sch ler werden entsprechend differen ziert betrachtet Asymmetrien
444. umpe zu arbeiten Der Umfang des Projektes h tte es nahe gelegt f r die Entwicklungsarbeiten einen oder zwei entsprechend qualifizierte wissenschaftlicher Mitarbeiter einzustellen Von diesem Weg wurde n Duisburg bewusst abgesehen 140 Hintergrund dazu war nicht allein der wohlbekannte Mangel an qualifizierten Pro grammierern bestimmend war vielmehr dass unter den Studenten der F cher Didaktik der Physik und Technologie und Didaktik der Technik ein hohes Potential an Kreativit t analytischem und synthetischem Denken und grundlegenden Programmi erkenntnissen aus zumachen war Dies f hrte schnell zu der Idee statt nur einen Teil des wissenschaftlichen Personals einen PSE wesentlich gr eren Teil der Stu E aR S1 mM dierenden im Rahmen des Projektes i f r Arbeiten im Bereich der Soft wareentwicklung zu qualifizieren Die Koordination der Arbeiten im Projekt COLEEN bernahm ein Projektmanager Bresges der f r die Verteilung der Aufgaben an die studentischen Hilfskr fte die Ab stimmung der Arbeiten unter einander die Definition der Soft wareschnittstellen der Software komponenten und den Ablauf der formativen Evaluation in den Seminaren und den angeschlos senen Praktikumsschulen zust ndig war Die Studierenden hatten v llig unterschiedliche Eingangsvoraus setzungen und wurden in den ersten Wochen in der Regel on the job f r ihre Aufgabe trainiert Je nach Neigung entwickeln sie dabei Schwerpunkte i
445. und PID Reglern kombinieren um aus den spezifischen Eigenschaften der Reglertypen einen opti mierten Regler zu realisieren Ich hatte den Sch lern offengestellt mit einem PI oder einem PD Resgler fortzufahren Alle Gruppen entschieden sich zun chst einen PD Regler zu pro grammieren M gliche Gr nde daf r 268 e Die Sch ler haben bis jetzt die Versuche in einer vorgegebenen Reihenfolge abgearbeitet Dies war nicht anders m glich da die verschiedenen Stufen der Realisie rung aufeinander aufbauen Hardwareseite Softwareseite Auch wenn das Multi media Lernmodul nun anzeigt dass von nun an alle Versuche in beliebiger Reihen folge bearbeitet werden k nnen bleiben die Sch ler gewohnheitsgem bei der Rei henfolge in der die Versuche im Auswahlmen auftauchen e Das Funktionsprinzip des P Reglers erscheint ihnen einleuchtender beziehungsweise die Darstellung der Funktionsweise im Lernmodul spricht sie mehr an e Die Sch ler verbinden mit dem Integralbegriff unangenehme Erinnerungen an ihren Mathematikunterricht Nachdem die erste Gruppe sich dazu entschieden hat mit dem Integralregler fortzufahren wollten die anderen Gruppen nachz ehen Der letzte Grund lie e sich ausschalten indem man die Arbeit der Gruppen st rker vonein ander trennt In der Tat war immer wieder zu beobachten dass sich die Sch ler bei anderen Gruppen ber den Fortschritt ihrer Arbeit orientieren und unterschiedliche L sungen ver glichen
446. ung in der Operations Research ucceeeeeeeeeeeeeennennnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 289 3 0 3 Skizze einer mogl chen Unterrichisrei he er n E AA 290 3 63 81 ANIS E E E E E E E EE E E E E EE 290 IOS Konzepl1on desObjektmodells ansan E E 291 203 Der Aufbau d r Software S mllation san E A A NARA 291 30 34 Erprobung und Abgleich mit der Reaht t seeti a ka 296 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK uses 298 OUELEENVERZEICHN IS a au 304 Tel EITTERA TER esse inerseniieierserikeiliiersuniiieiii 304 Te HAY PERLINE S sa a E O AR ER ARE RRERL 310 ABBIEDUNGSYERZEICHNIS 00a 311 1 Einleitung Ziel und Aufbau der Arbeit ev Apxn nv o Aoyoc Am Beginn der Handlung stand ihr Sinn Apxn Anfang Ursprung aber auch Ziel Prinzip und auch Herrschaft Ansatz und Angelpunkt von Wirkungen und Handlungen AoYyog Logos Sinn Vernunft Logik Begriff Wort Kat o Aoyoc NV TTPOG tov QeEov und der Sinn sprach zu dem Sch pfer Junktur von Aeyetv npoc tva zu jemandem sprechen Kat eos nv o Aoyoc und der Sch pfer war eins mit dem Sinn Joh 1 1 Martin Luther hielt sich 1545 eng an eine bereits ins Lateinische bersetzte Fassung dieses Textes die sogenannte Vulgata und formulierte Am Anfang war das Wort und das Wort war bey Gott und Gott war das Wort W hrend der Prolog des Johannes Evangeliums nach der zweifachen bersetzung einen leicht surrealen Charme verspr ht kann man aus seiner altgr echischen Origina
447. ung zentraler Objekte eigenen s ch hervorragend als Grundlage f r Gespr che mit Auftraggebern Experten und ZUKUNTGSCH NIZE nern O EE EE 110 Abbildung 45 Computer generierte Animationen sind ein besonders flexibles Mittel zur Visualisierung von Objekteigenschaften Methoden und Zeitverhalten Hier wird in Cinema4D mit abstrahierten Elementen der Klassen Staub Gas und Filterfaser ein Filtervorgane visualisient she east 115 Abbildung 46 Eine Lernsoftwarekomponente ist ein Software Modell das in seinen Eigenschaften und Methoden dem nachgebildeten Objekt entspricht und mit einer grafischen Benutzeroberfl che verbunden ist die Beobachtung und Manipulation der Biscnschafiswerteermoslich eu san eures 117 Abbildung 47 Disitaler Videoschnitt a ea 120 Abbildung 48 Autorensystem Macromedia Flash u00000sssssssssnsnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 121 Abbildung 49 Die Entwicklungsumgebung von Visual Basic usssssssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnenn 122 Abbildung 50 grafische Repr sentation der Coleen Komponenten und ihrer Relationen auf der Webseitedes COLEEN SENE ee 131 Abbildung 51 COLEEN Komponenten mit denen sich ein Laborversuch zu Dehnungs Mess Streifen repr sentieren l sst und ihre Relationen sessssssssssssssssseeeeeeneeeenenen 133 Abbildung 52 Im Bereich Informationsumsatz wurde eine Problemstellung aus der Regelungstechni
448. uppe pe im Versuchsquartal des freien nungen ergebniss ber 2 Halbjahre Falls in Klammern in Klammern quivalente quivalente Punkte der Punkte der gymnasialen gymnasialen Oberstufe Oberstufe Aufzeichnung 8 11 gut 11 19 gut 11 13 auf Video und 5 w Vermessung 3 m der Einzelbilder Beides Messung mit 12 5 gut 10 71 gut 10 6 Stoppuhren und Messposten sehr gut 13 sehr gut 13 Die von den Sch lern skizzierten Vorschl ge zur Vermessung des Freifall Versuches wurden zur Auswertung in sinnvolle Gruppen klass ert Dabei wurde deutlich dass sich alle Vorschl ge eindeutig in zwei Gruppen einordnen lassen Bei den Vorschl gen zur Messung mit Stoppuhren und Messposten handelt es sich um sehr gut bis ausreichend ausgef hrte Transferleistungen aus den Sch lerversuchen zur Messung der geradlinig gleichf rmigen Bewegung die mit der gleichen Methode durchgef hrt wurden Rollwagen im Flur Messposten Bei den Vorschl gen zur Aufzeichnung auf Video handelt es sich um eine Bandbreite von kreativen Ideen die die demonstrierten F higkeiten der Ka mera ausnutzen und zur messtechnischen Erfassung der Fallbewegung umsetzen Wie man sieht hat die Demonstration der M glichkeiten der Videokamera einen Grossteil der Sch ler dazu inspiriert auf dieser Grundlage ein eigenst ndiges Messverfahren zu entwickeln Immer hin zwei Sch ler schilderten beide Wege zus tzlich zur Vi deoaufzeichnung sollten sich noc
449. uppen parallel mit dem Lernmodul befassen Beim selbstgesteuerten Lernen bestimmt der Lerner in gewissen Grenzen Tempo und Vor gehensweise selbst Dies erschwert die Einteilung der Struktur der Unterrichtsreihe in ein Stundenraster Aus diesem Grund wurde anstatt einer Aufteilung n Unterrichtsstunden eine Phasenstruktur der Unterrichtsreihe gew hlt F r die Diskussion der Reihe l sst sich im An schluss das Verhalten der Sch ler w hrend der einzelnen Phasen betrachten Zus tzlich wurde notiert in welchen Zeitabschnitten die Phasen von den Gruppen ungef hr bew ltigt wurden Der Verlauf der Unterrichtsreihe ist dem Ablauf eines typischen technischen Konstruktionsprozesses angen hert Nach Pahl und Beitz bedeutet Konstruieren Eine Ingenieurt tigkeit die praktisch alle Gebiete des menschlichen Lebens ber hrt sich der Gesetze und Erkenntnisse der Naturwissenschaft bedient zus tzlich auf spezielles Erfahrungswissen aufbaut und die Voraussetzung zur stofflichen Verwirklichung von L sungsideen schafft 9 Frey K Die Projektmethode Der Weg zum bildenden Tun Weinheim Basel Beltz Verlag 7 Auflage 1996 Seite 15 0 Pahl G Beitz W Konstruktionslehre Methoden und Anwendung Berlin Springer 4 neubearb Auflage 1997 Seite 1 250 Nach Pahl und Beitz umfasst ein technischer Konstruktionsprozess folgende Stufen l Kl rung der Aufgabenstellung 2 Verst ndnis der notwendigen Grundlagen 3 Suche
450. ur Objektorientierten Modellierung vermittelt hat Die Hypo these ist dass die Sch ler der Versuchsgruppe ein differenzierteres Bild vom Computer im Physikunterricht gewonnen haben und dieses Bild nutzen um sich bei der Beantwortung der Frage 6a eine Vorstellung des Computereinsatzes n der kommenden Unterrichtsreihe machen Diese Vorstellung muss sich zwangsl ufig von der Vorstellung der Sch ler der Ver gleichsgruppen unterscheiden die den PC Einsatz allein mit dem typischen Medienkonzept der W lly Brandt Schule und dem privaten spielerischen Einsatz in Verbindung bringen und u ert sich in einer insgesamt positiven aber dennoch etwas vorsichtigeren Einstellung Wie ist diese differenzierte Vorstellung 5 3 4 2 3 Gruppengespr ch Die entsprechende Fragengruppe versuchte das differenzierte Bild der Sch lerinnen und Sch ler vom Einsatz des Computer m zuk nftigen Physi kunterricht getrennt nach wahrge nommenen Vorteilen und wahrgenommenen Nachteilen Risiken zu erfragen 199 Zusammenfassung der Antworten Vorteile l Nicht so starr wie das Vorgehen nach Lehrbuch 2 Das Erlebnis durch das direkt selber programmieren die physikalischen Vorg nge handelnd erfahren zu k nnen ist angenehm 3 Man kann es sich so viel besser vorstellen als im Physikbuch Nachteile 4 Die Sch ler u erten sehr schnell die Wahrnehmung dass eine Ungerechtigkeit m Unterricht entsteht zwischen den Sch lern mit gut fundier
451. urierte Programmierung 60er und 70er Jahre cooo 58 3 3 2 Strukturierte Analyse und modulare Programmierung 80er Jahre 61 3 3 3 Objektorientierte Analyse Objektorientierte Modellbildung und Objektorientierte PrOSLOMmMmIEerUNS Seit 199 zn a a a 66 3 3321 Entwicklunssgeschiehten reset ie leerer 66 3332 De Uniled Modehne Lanelage UML ee ee ae EN 67 333 3 Grundlasen der Objeklonentieruns a 222er 68 3 33 14 Beispiel zUr Vorsehensweisern ae ee NE ER TE 70 9 94 ZOMEN SS UNO nn en ee ee er ee enter 74 4 ENTWURF EINES KONZEPTES ZUR OBJEKTORIENTIERTEN ANALYSE UND MODELLBILDUNG 4 1 VISUALISIERUNG DES OBJEKTMODELLS MIT DUML ccccccccccececeeeeeeenennennnnnennnnnnnnnnsnnnnnnnnnnnnenenennenn 4 2 OBJEKTORIENTIERTE SYSTEMANALYSE cccceceecesenenensnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnsnnnnsnsnnnnnnenn EINSATZ PRAKTISCHE ERPROBUNG UND EMPIRISCHE EVALUATION zzsssssssssssssssssseee 5 1 ZUR PRAKTISCHEN ERPROBUNG DES KONZEPTES cccccceceseeenensesnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenenn 5 2 ERSTER TEIL PRAKTISCHE ERPROBUNG DER OBJEKTORIENTIERTEN MODELLBILDUNG IM PROJEKT COLEEN KOMPONENTENBASIERTE LERNSOFTWARE F R DIE LEHRERAUSBILDUNG PHYSIK UND TECHNIK IN DEN SEKUNDARSTUFEN I UND II SOWIE LERNBEREICH SACHUNTERRICHT NATURWISSENSCHAFTEN TECHNIK UND F R DIE INTEGRIERTEN STUDIENG NGE PHYSIK DRPEOMT UND II ee ee ee 3 2 1 Problemhintergrund und Aufgabenstellun
452. us tzlicher Parameter Hubraum Verdichtungsverh ltnis zul sst 5 2 7 2 Erste Phase Sachanalyse Der Referent kann nun einen Vortrag vorbereiten den er durch HTML oder Power Point unterst tzt Die Komponenten lassen s ch bis jetzt problemlos sowohl n die eine als auch n die andere Pr sentationstechnik integrieren Die meisten Referenten zentrierten ihren Vortrag stark um die vorhandene Komponente wobei sie den Einfluss der verschiedenen Variablen durch Variation der Parameter in der Software erkl rten Zur Demonstration der gleichen Inhalte am Realversuch muss regelm ig zun chst die Sozialform aufgel st und der Weg in das benachbarte Labor angetreten werden dort stehen dann wiederum nicht die gleichen guten Pr sentations und Diskussionsm glichkeiten zur Verf gung wie im Vortragsraum Die Referenten u erten sich daher positiv dar ber dass ihnen die Softwarekomponenten wesentlich mehr Freiheit beim Aufbau des Vortrages erm glichen Abbildung 56 Ein Referent nutzt eine COLEEN Komponente zur Unterst tzung seines Vortrages 147 5 2 7 3 Zweite Phase Versuchsdurchf hrung A r manan y A RZ j rn h pe aU M i KO k TN bain Nee O an Abbildung 57 Nachdem sie durch den Vortrag mit der enthaltenen Komponenten instruiert worden sind bedienen die Studenten gezielt den Experimentalaufbau In der Mitte der beheizte Glaszylinder des Stirlingmotors Im Anschluss an den Vortrag werden zun ch
453. uss ein System anders diskutieren k nnen als eine Gruppe von Studenten d e das System f r eine Computersimulation modellieren will 2 das Konzept muss f cherverbindend einsetzbar sein Zum einen weil technische Systeme in ihrer Realisation das Wissen verschiedener Fachdisziplinen wie Elektrotechnik Physik Informatik oder Maschinenbau b ndeln die Modelle 10 solcher Systeme sollten leistungsf hig genug sein dies auch wi ederzuspiegeln Zum anderen weil mit einem f cherverbindend einsetzbaren Konzept eine gemeinsame Sprache f r Lehrer Sch ler Studenten und Wissenschaftler verschiedener Fachdisziplinen gefunden w re Davon profitiert sowohl der f cherverbindende Unterricht an allgemeinbildenden und berufsbildenden Schulen als auch die Arbeit interdisziplin rer Teams bei der Erstellung von Lern und Informationsmedien Weiterhin erscheint es sinnvoll mit dem Konzept keine v llig neuen Regeln einzuf hren sondern auf den innerhalb der Fachdisziplinen gewachsen Konzepten aufzubauen und vorhandene Symbole soweit sie ausreichend sind weiter zu benutzen Der Erfolg dieses Vorhabens wird im vierten Kapitel bewertet Hier findet die praktische Erprobung des Konzeptes n allen beschriebenen Kontexten statt Je nach Kontext fand die Erprobung statt e im Rahmen von Drittmittelprojekten mit mehrj hriger Laufzeit w hrend der Medienproduktion meiner Arbeitsgruppe e mit Studenten der Physik Chemie Technologie und Informatik i
454. ustatik zu erhalten Bei einer verfeinerten Betrachtung k nnen dann wieder die dynamischen Eigenschaften hinzu genommen werden wenn z B Erkl rungen f r Rissbildungen gesucht werden oder wenn das Schwingungsverhalten z B des Glockenturms einer Kirche betrachtet wird Ebenso interessant ist das bergangsverhalten eines Systems z B vom stabilen in den instabilen Zustand Wesentliche Teile der Mess Steuer und Regelungstechnik besch ftigen sich mit dem Entwurf m glichst stabiler Regelkreise H ufig sprechen technische Gr nde dagegen ein System von vorne herein stabil zu bauen Flugzeuge z B sind um so effektiver je n her ihr Design an der Grenze zur Instabilit t liegt F r den schwierigen bergangsbereich zwischen Stabilit t und Instabilit t m ssen dann eigene Modelle entwickelt werden die das technische System an dieser Stelle durch aktive Regelung sicher beherrschbar machen 2 8 Sprache als Symbolsystem Eine wichtiger Eigenschaft hoch entwickelter Lebewesen ist die F higkeit mit Hilfe eines Symbolsystems zu kommunizieren F r den Menschen ist diese F higkeit Grundlage seiner sozialen Entwicklung Menschen teilen sich auch hre Gedankenmodelle mit Hilfe dieser Symbolsysteme mit sofern das Symbolsystem hnen dieses erm glicht Das Symbolsystem kann aber sehr verschiedene Auspr gungen haben e Eine Landessprache das geschriebene und gesprochene Wort in der die Bewohner eines Landes gew hnlich z B m Rahmen
455. valuating planning Distribution checking making decisions realizing Abbildung 14 Der Lebenslauf eines technischen Systems Ministerium f r Schule und Weiterbildung Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien und Lehrpl ne f r die Sekundarstufe II Gymnasium Gesamtschule in Nordrhein Westfalen Fach Technik Frechen Ritterbach Verlag GmbH 1999 47 Als ein Beispiel f r viele sei im folgenden eine typische Unterrichtsreihe dargestellt die dem Konzept der vollst ndigen Lernhandlung folgt Sie wurde in dieser Form im Jahre 2001 am Friedrich Albert Lange Berufskolleg in Duisburg zur Ausbildung von Metallhandwerkern durchgef hrt und genauer beschrieben von Egbert Kluitmann und J rgen Nolting Ein besonderes Merkmal dieser Unterrichtsreihe ist die Ausrichtung an einem arbei tsprozess und lernfeldorientiertem Unterricht wie es die Rahmenlehrpl ne f r handwerkliche Metallberufe in Nordrhein Westfalen seit 1997 verlangen Hierbei sollen Lernfelder als didaktisch erschlossene f r den Unterricht aufbereitete thematische Einheiten ausbildungsrelevante Zusammenh nge unter dem Aspekt der Entwicklung von Handlungskompetenz verbinden Ausgangspunkt zur Entwicklung der Zielsetzung war ein typischer Auftrag m Metallhandwerk der Auftrag zur Montage eines Schutzgitters Diese Gitter sollen exakt waagerecht an der Br stung von Fenstern montiert werden F r die Planung steht der Lerngruppe
456. ves Lasersintern 113 Es dauert etwa einen Tag bis dieses Modell eines Turbinenleitrades fertig gesintert ist Abschnitt 3 Medien Produktion Aufgabe 3 1 Aufgabenverteilung gem den Neigungen und Spezialisierungen der Projektmitglieder Aufgrund der Vielzahl und Komplexit t von Werkzeugen der modernen Medientechnik tritt naturgem eine Spezialisierung der Mitarbeiter statt W hrend alle an einem Projekt beteiligten ber grundlegende Kenntnisse der didaktisch methodischen Aufbereitung von Informationen und der menschlichen Wahrnehmung verf gen sollten finden sich schnell Personen d e Pr ferenzen zur Arbeit mit Werkzeugen der 3D Modellierung Cinema4D XL 3DStudioMAX Maya Lightwave oder der 2D Modellierung Macromedia Flash Director Dynamic HTML Visual Basic entwickeln Die Arbeit mit Digital Video Equipment DV und den Postproductionsystemen Adobe Premiere Discreet Edit Purple Eddy st ein weiterer Bereich f r Spezialisierungen Die Objektorientierte Analyse und Modellbildung ist auf diese Diversifizierung der Mitarbeiter abgestimmt Nachdem vor dem Hintergrund der zu erf llenden Funktionsziele die Objekte mit hren darzustellenden Eigenschaften und Methoden sehr genau definiert s nd k nnen sich die entsprechenden Spezialisten um die Visualisierung der Objekte k mmern Aufgrund der Vorarbeiten haben die Entwickler Informationen mit gen gend Tiefe und Pr zision um die Objekte zu visualisieren ohne im
457. viel Temperatur hat muss er weniger Strom kriegen richtig 261 Etwas h ufiger traten Verst ndnisprobleme im Zusammenhang mit I und D Reglern auf Bei der Darstellung der I Regler wurde ich gebeten den Zusammenhang zwischen der Stellgr e und der Fl che unterhalb der Kurve welcher Fl che noch einmal darzustellen was an hand der bewegten Grafiken im Lernmodul schnell und problemlos gelang Die weiteren Fragen betrafen n cht das Grundprinzip des Verhaltens den S nn der diversen Reglertypen denn der P Regler alleine erschien den Sch lern schon v llig auszureichen Diese Fragen stellten allerdings einen Vorausgriff dar und sollten erst am praktischen Beispiel gekl rt werden Wirklich auff llig war das gro e fast schon verbissene Engagement der Sch ler die an diesem Tag das Zeichen zur 5 Minuten Pause einfach berh rt hatten was ziemlich selten vorkommt Nachdem sichtbar war dass alle Gruppen die Erarbeitung der Grundlagen abgeschlossen hatten die Gruppe Elite war schon in die Realisierung der hardwareseitigen Voraus setzungen vertieft nutzte ich die letzten 10 Minuten der Doppelstunde f r eine Diskussion die vor allem mir ein Feedback liefern sollte Ich stellte den Sch lern die Frage welche der Darstellungen ihnen besonders informativ und verst ndlich erschienen und mit welchen Teilen sie besondere Probleme hatten e Sehr gut haben den Sch lern die Filme gefallen die Sch ler hatten den Ei
458. von berzeugen kon nte dass die anderen Sch ler dadurch nicht in den Hintergrund gedr ngt werden Insgesamt arbeiten die meisten Sch ler sehr selbst ndig und engagiert sie stellen viele weiterf hrenden Fragen die hr Interesse an zahlreichen Themen bekunden Sabine und Ayhan dagegen haben in der letzten Klausur sehr schlecht abgeschnitten und sind frustriert Ich konnte typische Symptome von Misserfolgsmotivation beobachten die beiden Sch ler geben bei der L sung von Problemen viel zu schnell auf auch im Vergleich zu Mitsch lern die von mir als hnlich leistungsschwach eingesch tzt werden Sie versuchen aber auch nicht mehr aktiv Defizite auszugleichen Bei der Gruppenarbeit an Computern sa en beide von Anfang an in betont ung nstigem Winkel und zu gro er Entfernung vom Monitor und nahmen sich stark aus der Gruppenarbeit heraus Anschlie end rechtfertigten sie ihre schlechte Kenntnis ber den Stand der Gruppenarbeit damit s e h tten dem Arbeiten der anderen nicht folgen k nnen weil es hnen zu kompliziert erschien und s e n chts gesehen h tten Da es sich bei der Lerngruppe um einen Leistungskurs der Jahrgangsstufe 12 handelt strebe ich ein m glich selbst ndiges Arbeiten der Sch ler mit einem hohen Grad an Eigenverant wortung an Dazu geh rt e Dass die Sch ler sich alle notwendigen fachlichen Informationen durch selbst gesteuertes Lernen aneignen Hierzu steht hnen das Multimedia Lernmodul w hrend
459. von Materialien zur ck gegriffen werden konnte Im Einzelnen waren dies e verschiedene Wurfk rper Tennisb lle und Ballons die mit Wasser gef llt werden k nnen e cine 25 m lange schwere Fallschnur e ein Zollstock e Stoppuhren e eine digitale Videokamera Der Umgang mit der digitalen Videokamera wurde den Sch lern in einer kurzen Pr sentation demonstriert Wichtige Details der Videokamera sind die M glichkeit zum bildgenauen Vor lauf Einzelbildschaltung und ein in die digitalen Videodaten eingepr gter SMPTE Zeitcode Der SMPTE Zeitcode ist in der Videoproduktion sehr gel ufig und hat das Format Minute Sekunde Einzelbild Da die Kamera 25 Einzelbilder pro Sekunde aufnimmt erh lt man eine zeitliche Aufl sung von 1 25 Sekunde also von 40ms Beispielsweise bedeutet 1 20 16 dass das entsprechende Bild 1 Minute 20 Sekunden und 16 Einzelbilder nach dem Start der Aufnahme erfasst wurde also nach 80 64 Sekunden Der SMPTE Zeitcode wird auf Wunsch im Display der Kamera deutlich angezeigt und bleibt auch bei der digitalen Bildver arbeitung im Rechner erhalten Die Auswahl der Materialien und die Aufnahme der Schule legte den Sch lern einen Fallver such aus dem Fenster der Schule sehr nah Nicht vorher gekl rt wurde jedoch wie ein solcher Versuch ablaufen k nnte Die Sch ler bekamen nun 45 Minuten Zeit um den Ablauf des Versuches zu beschreiben Der Aufbau des Arbeitsblattes schrieb vor die Ablaufbeschre
460. werpunkt diskutieren Dokumentation Die Erstellung der Produktdokumentation ist traditionsgem eine der be sonders ungeliebten Pflichten eines Konstrukteurs Trotzdem st eine gute Produkt dokumentation unabdingbar nicht nur als Bedienungsanleitung sondern auch um das Ar beitsergebnis sp ter weiterentwickeln zu k nnen oder durch andere Entwickler nutzbar zu machen Auch aus diesem Grund wurde die Erstellung einer Projektdokumentation in Form von Ver suchsprotokollen als Gruppenarbeit an das Ende der Unterrichtsreihe gestellt Diese VI Pahl G Beitz W Engineering Design English Edition Berlin Springer 1984 Entnommen und bersetzt aus einer Adaption an das Vorgehen bei Entwicklungen in der Elektrotechnik aus Culverhouse P F Ball L Burton C J DESMATE A tool for tracking engineering design in action In Design Studies Vol 13 No 1 January 1992 Butterworth Heinemann Ltd 1992 12 Kultusministerium Nordrhein Westfalen Hrsg Richtlinien f r die gymnasiale Oberstufe in Nordrhein Westfalen Technik Frechen Ritterbach Verlag 1981 Seite 28 231 Protokolle dienen gleichzeitig als die wesentliche Verschriftlichung dessen was im Verlauf der Unterrichtsreihe vermittelt wurde 5 4 4 8 2 Kl rung der Aufgabenstellung Lernziele Die Sch ler sollen Mit den Zielen und Aufgaben der Unterrichtsreihe vertraut sein Dazu sollen s e Mit den zu verwendenden Ger ten bekannt sein Wissen dass sie
461. wertung abgeben Im Jahr 2001 konnte diese zum ersten mal durch eine elektronische zum selbstgesteuerten Lernen geeignete Darstellung m geeigneten Format ersetzt werden Abbildung 58 Der Dozent greift an dieser Stelle ein um mit Hilfe der Computersimulation noch einmal das Zusammenwirken von Hubraum Verdichtung und Wirkungsgrad zu erl utern Abbildung 59 Im Anschluss an seinen Vortrag hat der Referent eine schriftliche Ausarbeitung abzuliefern Wird diese im HTML Format erstellt kann er auf alle Komponenten zugreifen und diese als interaktive Elemente in seine Ausarbeitung einbinden Die Ausarbeitung wird mit in die COLEEN Datenbank integriert 149 Hierzu wurde von den Studentinnen und Studenten im Regelfall der PowerPoint oder HTML Vortrag entsprechend erweitert wobei die Komponente an ihrem Platz blieb Damit entsteht langfristig um jede Komponente herum eine Sammlung von Ressourcen die die Komponen ten und ihre fachwissenschaftliche Einordnungen aus verschiedenen Perspektiven beleuchten 5 3 Zweiter Teil Schulversuch Objektorientierter Modellbildung im Physikunterricht 5 3 1 Planung des Schulversuches 5 3 1 1 Theoretische Grundlagen Untersuchungsmodell Ob der Prozess der Objektorientierten Modellbildung selbst ein lernhaltiger Vorgang ist und wie sich beim Vorgang der Objektorientierten Modellbildung kognitive Strukturen bei den Durchf hrenden und nicht bei den Rezipienten einer daraus ents
462. wurden Andererseits will ich genau dieses Verhalten eben nicht unterbinden Im Gegenteil wurden Sabine und Patricia aus der Gruppe Platoon die am Ende den anderen Gruppen um einen Versuch voraus war zum Austausch zu den anderen Gruppen geschickt um diese bei der Programmierung des PD Reglers zu unterst tzen 5 4 5 7 Gemeinsame Erstellung der Projektdokumentation Eine urspr ngliche Planung von mir sah vor dass alle Gruppen zun chst getrennt e n vollst ndiges Versuchsprotokoll mit ausf hrlichem Theorieteil anfertigen diese Protokolle dann kopiert n der Gruppe zur Diskussion kommen und ggf Neufassungen erstellt werden Mit Hinblick auf den fr hen Klausurtermin und zahlreiche Unterrichtsausf lle habe ch be schlossen diesen Zyklus zu verk rzen Die Sch ler sollten nun eine Doppelstunde darauf verwenden alle ihrer Meinung nach klausur relevanten Grundlagen der Elektro und Rege lungstechnik zun chst handschriftlich zusammenzustellen Dazu benutzten s e neben dem Lernmodul auch zahlreiche Aufzeichnungen aus hrer Versuchsphase In der anschlie enden Doppelstunde es stellte sich kurzfristig heraus dass eine weitere Doppelstunde wegen m ndlicher Abiturpr fungen ausfallen sollte so dass diese Doppel stunde die letzte vor der Klausur war wurden diese Gruppenergebnisse n einer Plenums s tzung zu einer einheitlichen Darstellung der Grundlagen zusammengef gt W hrend dieser S tzung wurde wom glich auch angesicht
463. ystemgr en s nd unver nderlich z B Bau werk diskret Systemgr en ndern s ch sprunghaft nach bestimmten endlichen Zeitabschnitten z B Kapital bei j hrlicher Verzinsung stochastisch auch bei identischen Bedingungen sind Folgezust nde nur durch Wahrscheinlich keitsaussagen beschreibbar z B Gesundheit eines Menschen instabil schon bei sehr kleinen nderungen von Systemgr en kippt das System z B Seil t nzer Daneben sind zahlreiche weitere M glichkeiten zur Klassifizierung denkbar und zul ssig F r diese Klassierung wurden Eigenschaftspaare gebildet die sich gegenseitig ausschlie en Dies setzt allerdings eine dealtypische Betrachtung voraus in der Realit t wird man auch unter Laborbedingungen nur ann hernd und nur unter bestimmten Aspekten von der Umwelt abgeschlossene Systeme finden oder solche deren Systemgr en s ch ber einen l ngeren Zeitraum tats chlich statisch verhalten http www learn line nrw de angebote modell system00 htm 19 Allerdings liegt gerade hier wieder ein Fall der typischen Reduktion bei der Abbildung des realen Systems n ein Modell vor Zwar werden sich n der Realit t auch be z B Geb uden zeitliche Ver nderungen der Kenngr en z B durch Setzungs und Alterungsprozesse er geben jedoch m ssen diese Ver nderungen der Kenngr en nicht betrachtet werden um ein modellhaftes Verst ndnis des Systems Haus als Gegenstand der Ba
464. zahl von allt glichen Prozessen f r eine formale Beschreibung in der Gymnas alen Oberstufe verbieten weil hier das mathematische Werkzeug zur Beschreibung z B von Reibungsvorg ngen noch nicht vorausgesetzt werden kann e Bessere Kontrolle inwieweit die Wi rkungszusammenh nge von den Sch lerinnen und Sch lern verstanden worden sind e Erkennen von physikalischen Abl ufen als ein durch Wechselwirkung gepr gtes systemisches Verhalten physikalischer Gr en e Effiziente Untersuchung des gleichen Modells auf verschiedenen Ebenen e Verst rkte Eigenaktivit t der Sch ler m Bereich der Theoriebildung durch freies Experimentieren der Sch ler mit hren grafisch formulierten Theorien 26 e Ein Medienbruch weniger da das grafische Modellierungssystem parallel als Unterrichtsmaterial und als Mittel zur Auswertung umfangreichen Datenmaterials Verwendung finden kann 3 1 1 Das Forrester Schema der System Dynamics Zur Modellierung dynamischer Systeme im Physikunterricht sind die Programmpakete STELLA MODUS Powersim und DYNASYS besonders gebr uchlich o STELLA ist ein am Dartmouth College von Barry Richmond entwickeltes Softwaresystems zur dynamischen Modellierung das aktuell in der Software Version 7 0 von der Firma HPS vertrieben wird o MODUS ist die urspr ngliche unter MS DOS eingesetzte Variante o Powersim ist ein Produkt der gleichnamigen norwegischen Firma die sich mit der Herstellung von strategischen Softw
465. zeigen ob die Sch ler dieses als alternatives Angebot auffassen oder als berangebot mit mehr verwirrenden Folgen Das Lernmodul kann in diesem Fall der gesamten Unterrichtsgruppe oder einer mit dem ent sprechenden Problem betrauten Teilgruppe erm glichen s ch selbstgesteuert das notwendige Fachwissen anzueignen Dies kann sogar zeitlich und r umlich vom restlichen Unterrichts geschehen getrennt also besonders flexibel erfolgen 241 Im diesem Fall ist die betrachtete Reihe eingebunden in ein jahrgangs bergreifendes Projekt zum Thema Energieversorgung Nachdem der scheidende Abiturjahrgang 98 in der Jahrgangsstufe 13 1 ein Netzplanmodell des Stadtteils M lheim Styrum erstellt hat soll diese Unterrichtsgruppe bei Erreichen der 13 1 eine frequenz und drehzahlstabilisierte Spannungs versorgung dieses Netzplanmodells realisieren Die Betrachtung des kompletten Projektes sprengt allerdings den Rahmen dieser Arbeit Didaktische Literatur zu diesem Problemkreis findet man leider noch recht selten Wenn man an den Einsatz von Multimedia PC n Unterrichtssituationen denkt liegt zun chst die Erinne rung an die programm erte Unterweisung der 60er und 70er Jahre nicht fern Der wesentliche Unterschied liegt darin dass dabei das Wissen als durch Lehrende transportierte externe Information begriffen wird die aus Gr nden der Fairness der Qualit tssicherung usw dringend zu objektivieren sind Automatisch steht damit der Prozess de
466. zes der Komponentenorientierten Lernsoftware im Technikunterricht Als wesentlicher Kritikpunkt st deutlich geworden dass d e l ngeren Texte des Lernmoduls die wesentliche Hinweise insbesondere zur Programmiertechnik enthalten bei einigen Gruppen kaum Beachtung gefunden haben Es war bei jeder einzelnen Gruppe notwendig die Sch ler durch gezielte Aufforderung zum Lesen des entsprechenden Textes zu bringen Zum Teil gaben die Sch ler zu recht vor dass das Lesen eines l ngeren Textes vom Bildschirm sehr anstrengend w re Zum Teil ist aber auch zu bef rchten dass die Sch ler durch die ver gleichsweise h here Attraktivit t der bewegten Darstellungen dazu bewogen wurden Hin weise zur L sung eher dort als im Text zu suchen Es w re nun ein denkbarer Weg nach M glichkeit alle textlichen Darstellungen durch grafische Darstellungen wom glich durch Animationen o a zu ersetzen Dies geschieht in vergleichbarer Form im Lernprogramm zu Microsoft Word 5 0 Bei der Arbeit mit Texten f gt hier der Computer Zeichenweise den Text auf dem Bildschirm ein besonders relevante Stellen werden durch Pfeile markiert und kommentiert Es w re also m glich bei der Beschreibung von Programmieranweisungen und von Beispiel programmen hnl ch zu verfahren Neben dem hohen Aufwand be l ngeren Texten und einem sicherlich zu erwartenden Abnutzungseffekt hat dies auch Nachteile f r den Sch ler auf diese Art w rde er durch die Computertechnik sog
467. zu umgehende Abfragen erreichten mich aus dieser Gruppe Tauchte ein Problem auf tendierte diese Gruppe stark dazu erst um Betreuung zu bitten anstatt sofort selbst nach einer eigenen Probleml sung zu suchen Karte Nr 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 Zeit Abbildung 85 Zugriffe auf das Informationsmaterial durch die Gruppe Platoon Die Abbildung zeigt die Zugriffstatistik dieser Gruppe Zum Vergleich stellt die Tabelle 3 die Zeitpunkte dar an denen die Gruppe Platoon jeweils einen der 3 S tze mit Leitfragen be antwortet hat Zugriffszeit Aufgabe Punktzahl 200 1 135 483 1 105 702 2 150 1114 2 180 1142 2 180 2611 3 90 2642 3 120 Tabelle 3 Bearbeitung der Leitfragen durch die Gruppe Platoon Man s eht bei der Gruppe Platoon einen gleichm igen Anstieg der Kurve w hren der ersten 3000 Sekunden Das bedeutet dass die Karten weitgehend der Reihe nach betrachtet wurden und etwa gleicherma en Aufmerksamkeit erhielten In den gleichen Zeitraum f llt die Bearbeitung der Leitfragen Man sieht wie w hrend der Beantwortung des 2 und des 3 Satzes markiert durch die Pfeile 1 und 2 in den betreffenden Informationskarten zur ckge bl ttert wurde Dies ist ein Zeichen daf r dass die Gruppe Platoon die Fragen wirklich als Leitlinie f r die Bearbeitung der im Lernmodul vermittelten Grundlagen benutzt hat Insgesamt hat die Grup pe
468. zung der Methode macht deutlich dass dem Objekt zwingend zus tzliche Informationen bergeben werden m ssen damit es die Methode geschwindigkeit ndern korrekt ausf hren kann Diese Information sollen bei jedem Aufruf der Methode mit bergeben werden Auch das Format der Information wird an dieser Stelle durch den Variablentyp festgelegt Das Modell ist jetzt sowohl von den nach innen als auch den nach au en reichenden Beziehungen wohldefiniert die Objektorientierte Modellbildung st an diesem Punkt abgeschlossen Nun kann mit der Objektorientierten Programmierung begonnen werden Realisierung der Klasse Auto in Visual Basic Public gewicht As Double Public antriebskraft As Double Public geschwindigkeit As Double Public Sub geschwindigkeit ndern delta t As Double gaspedal As Double geschwindigkeit geschwindigkeit antriebskraft gaspedal gewicht delta_t End Sub In Visual Basic bezeichnet der Typ double eine Fliesskommazahl im Wertebereich von 1 8E308 bis 4 94E 324 f r negative Werte und 4 94E 324 bis 1 8E308 f r positive Werte 2 Man erkennt die konzeptuelle N he zum Klassendiagramm Im oberen Teil werden die Konstanten und Variablen deklariert die Kennzeichnung Public besagt dass auf diese Variablen von au en lesend und schreibend zugegriffen werden kann Die Methode geschwindigkeit ndern verkn pft auf einsichtige Art die Variablen und Konstanten gem dem physikalischen Zusammenh

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