Messbarkeit qualitativ: „wie, wie sehr“ oder
quantitativ „wie genau, in Zahlen“
Wiederholbarkeit immer wieder das gleiche
Vorhersagbarkeit ich weiß, was herauskommt
Widerspruchsfreiheit wir müssen nicht mehr darüber streiten
Alle Erkenntnisse sind Behauptungen. Und das ist gut so.
Sie werden Hypothesen genannt.
Man kann Hypothesen nie beweisen, auch wenn sie noch so richtig aussehen. Sie werden durch Experiment bestätigt, die aber nur zeigen, dass sie stimmen, sie beweisen es nicht.
Es könnte ja irgendwo im Universum anders sein.
Was man beweisen kann ist aber, dass eine bestimmte Behauptung nicht zutrifft. Wenn jemand eine bessere Erklärung hat, ersetzt sie die bisherige, die meistens notwendig war, um die neue zu formulieren.
Was wissenschaftlichen Kriterien nicht genügt, kann durchaus sein, es darf auch sein, es ist halt nur nicht wissenschaftlich.
Wissenschaft beginnt sehr ruhig. Erst beobachten, das Ding kennenlernen, dann ein wenig daran herumdrehen. Dann genauer nachschauen, vielleicht Fragen stellen. So entsteht ein Bild, das immer wieder mit Freunden erprobt, beschrieben und diskutiert wird.
Verfolge deine eigene Forschungsfrage und schreibe darüber, was du herausfindest. Wie das gehen kann, steht hier. Die Vorwissenschaftliche Arbeit mit eigener Forschung im Mittelpunkt – ein Phyx-Schwerpunkt in Zusammenarbeit mit dem Abendgymnasium Wien.
Es gibt große Haufen, es gibt kleine Haufen. Aber es sieht so aus, als wären sie alle ungefähr gleich steil. Stimmt das? Klarer Fall für eine Forschungsfrage.
Michael Müller: Ideenfindung, Problemlösen, Innovation. Publicis Verlag Erlangen, 2011
… haben gleich einmal etwas mit dem Erkennen des Systems zu tun. Michael Müller hat im Publicis-Verlag ein hübsches Buch dazu geschrieben: „Ideenfindung, Problemlösen, Innvoation“. Einige Punkte daraus möchten wir hier vorstellen, weil sie sich ausgezeichnet dazu eignen, auch in der Schule verwendet zu werden.
Um für ein Problem eine Lösung zu finden, müssen wir zuenächst das System beschreiben und erkennen. Dazu sind unter anderem Freihandskizzen eine gute Idee, aber grundsätzlich gibt es vier Methoden, ein System zu erklären:
Die historische Methode. Wie hat sich das alles im Laufe der Geschichte entwickelt.
Die pragmatische Methode. Wie gehe ich selbst – privat – damit um.
Der pädagogische Ansatz. Den Kern deutlich machen.
Die funktionale Methode. Was ist die angestrebte Funktion, die sichtbaren Strukturen sind da Mittel zum Zweck. Diese Methode ignoriert die historische Entwicklung, meint Michael Müller.
Ohne Herz geht es dabei nicht, man muss erst seine Liebe zum Problem erkennen, um es zu lösen.
Wie finde ich eine Frage für die Vorwissenschaftliche Arbeit (VWA)?
Stellen Sie doch eine Frage an die Natur. Eine, die Sie im Idealfall interessiert. Keine, die Sie sich wo abschauen. Eine, die Sie selbst hier und jetzt aufschreiben. – Aufgeschrieben? Dann fangen wir an. Ziel ist nun, zu schauen, ob sie funktionieren wird. Und wie die Natur sie beantworten wird – und nicht Sie.
1. Zuerst arbeiten wir gleich mal an der Frage. Dazu beantworten wir Folgendes:
„Eignet sich meine Forschungsfrage für eine Vorwissenschaftliche Arbeit?“
Sie erkennen das, indem Sie folgende fünf Punkte beantworten können:
Wie lautet das Themengebiet?
Wie lautet die Frage?
Wie wird die Antwort gefunden?
Wie könnte die Antwort lauten?
Gibt es ein Problem?
Beispiel: Sie haben an einer Bushaltestelle einen Baum mit Flechten gesehen. Er erinnert Sie an den Biologieunterricht. Dort wurde gesagt, dass Flechten gute Luft anzeigen. Aber in der Stadt ist doch keine gute Luft. Da müsste man doch etwas untersuchen können.
Sie beantworten die fünf Punkte:
Themengebiet: Biologie / Pflanzen / Flechten / Luftqualität / Stadt
Frage: „Welche Flechten befinden sich auf dem Baum an der Bushaltestelle?“
Methode: Alle finden, abzählen, abmessen, beschreiben, bestimmen
Erwartete Antwort: 150, zwischen 1 und 10 cm, gelb und grau, lateinische Namen
Problem: Ich kann nicht den ganzen Baum absuchen, zu hoch, hat zu viele Zweige
Da es ein Problem gibt, müssen Sie Ihre Frage ändern. Keine Angst, das ist ganz normal. Sie beantworten dann wieder die fünf Punkte:
Themengebiet: Biologie / Pflanzen / Flechten / Luftqualität / Stadt
Frage: „Welche Flechten befinden sich am Baumstamm in einem Streifen, der einen Meter breit ist, auf dem Baum an der Bushaltestelle?“
Methode: Alle finden, abzählen, abmessen, beschreiben, bestimmen
Erwartete Antwort: 40, zwischen 1 und 10 cm, gelb und grau, lateinische Namen
Problem: Kein erkennbares, das werde ich schaffen
Jetzt erhalten Sie von Ihrem Betreuungslehrer das OK für den Start.
2. Und dann schreiben wir die Arbeit. Was soll in meiner Arbeit stehen?
Sie beginnen (1) mit einem Kapitel über Flechten und ihre Verbindung zur Luftqualität (recherchieren), beschreiben dann (2.1–2.5) Ihre Arbeit – die obigen fünf Punkte mit Ihrem wirklichen Ergebnis, dazu (3) die Details, wie Sie das Ergebnis erhalten haben. Dann kommt (4) ein Kapitel, in dem Sie Ihre Ergebnisse bewerten, und in einem Schlusskapitel (5) schreiben Sie einen Ausblick: Welche weiteren Fragen könnte man unter Berücksichtigung Ihres Ergebnisses nun weiter stellen? Quellenangaben müssen immer dann gemacht werden, wenn etwas kopiert wird. Das wollen wir vermeiden. Faktenwissen, Lehrbuchwissen darf ohne Quelle aufgeschrieben werden – dazu müssen wir es aber selbst aufschreiben, so wie wir die Sache wissen und sie sehen. Wir wollen nichts und niemanden kopieren, ohne es sauber anzugeben. Fakten wollen wir überhaupt nicht kopieren. Wir lesen uns die Sachen durch, dann schreiben wir es auf. Wenn’s wichtig ist. Dann haben wir es auch im Kopf und schlagen notfalls halt mal nach.
Disclaimer: Bevor Sie starten, sprechen Sie bitte mir Ihrem Betreuungslehrer. Vielleicht sieht sie/er die Sache anders.
Diese Frage hat jetzt weniger mit Physik zu tun, als mit einer Frage, die man sich beim Schwimmen oder in der Sonne liegen am Baggersee stellen könnte. Ohne Unterlagen. Gemeint sind nicht das Handtuch oder die Luftmatratze, sondern schriftliche Unterlagen, die einem helfen würden, diese Frage zu beantworten. Das deutet doch alles auf eine interessante Forschungsfrage hin. Die man zum Beispiel im Rahmen einer Vorwissenschaftlichen Arbeit (VWA) an österreichischen Gymnasien bearbeiten könnte.
Beispiel: Einwohnerzahl — Recherche, Beschreibung und Bewertung
Frage: Wie viele Einwohner hat Gmünd?
Erwartete Antwort: Zwischen 1 und 1.000.000. Es wird unterschiedliche Antworten geben.
Methode: Alle Möglichkeiten der Recherche: denken, telefonieren, fragen, Bücher, Internet.
Hintergrund: Gmünd ist eine menschliche Ansiedelung im nördlichen Waldviertel. Eine Siedlung hat üblicherweise mindestens einen Einwohner. Würden dort aber viele Menschen leben, wäre sie groß und bekannt. So wie Linz, Graz, Wien. Gmünd ist aber nicht allzu bekannt und wird daher unter 1.000.000 Einwohner haben. Über Telefonate, Bücher und jede beliebige Quelle im Internet werden genau wirkende Einwohnerzahlen zu finden sein. Diese Zahlen werden aber unterschiedlich sein. Welche stimmt? Wir denken nach und rufen am Gemeindeamt Gmünd an. Wir lernen, dass es das Konzept „Meldepflicht“ gibt, und jene Stelle, die die Anmeldungen der Menschen eines Ortes entgegennimmt, wird daher die „richtige“ Einwohnerzahl kennen. Ein Vergleich mit den Daten der Statistik Austria würde weitere Unterschiede zeigen, die man durch Nachfragen begründen könnte. Und woher bezieht Wikipedia ihre Zahlen? Dies wäre in der Quellenangabe sichtbar. In der Bewertung der Ergebnisse würden die Unterschiede beschrieben werden. Es würde sichtbar werden, wer der Urheber der Einwohnerzahl eines Ortes sein kann.
Ausblick: Was könnte man mit den Ergebnissen der Arbeit weiter machen?
Unterschiede in den einzelnen Zahlenangaben begründen
Urheber von Einwohnerzahlen identifizieren
Definitionen und Methoden zum Finden einer Einwohnerzahl darstellen
Entwicklung von Einwohnerzahlen bei einem Urheber darstellen
Entwicklung der Methoden zum Finden von Einwohnerzahlen darstellen
Interessensgruppen im Zusammenhang Einwohnerzahlen beschreiben
Erfinden einer Methode, dass alle die „richtige“ Einwohnerzahl haben
In einer Bucht der Donau auf der Donauinsel gibt es einen Sandstrand. In den ersten Metern unter Wasser zeigt sich dieses Bild: „Sanddünen unter Wasser.“
Frage: Welche Dünen sind zu sehen
Erwartete Antwort: Zwei verschiedene, mit unterschiedlichen Größen.
Methode: Fotografieren, Maßstab dazulegen. Auf Papier übertragen und ausmessen. Größenverteilung darstellen.
Hintergrund: Kein bekannter
Ausblick: Was könnte man mit den Ergebnissen der Arbeit weiter machen?
Die Wellenlänge typischer Wasserwellen darüber messen und schauen, ob es einen Zusammenhang zur Größe der Muster am Grund darunter gibt.
Mit Sand in einem Becken und Wasser darüber versuchen, solche Dünen selbst zu erzeugen.
Warum liegt auf manchen Stellen Schnee? Und warum liegt an anderen Stellen kein Schnee? Offene Fragen. Suchen Sie viele mögliche Antworten, um daraus eine Theorie vom Schneeligenbleiben zu formulieren.
Schnee schmilzt, wenn er die Energie dazu erhält.
Aus dem Boden
Aus der Luft (dem Wind)
Aus der Sonne (Strahlen)
An diesem Beispiel sehen wir alle drei Möglichkeiten Wärme zu übertragen. Wärmeleitung (1), Konvektion (2) und Strahlung (3).
Eine automatische Schiebetüre ist üblicherweise geschlossen. Sie beginnt sich zu öffnen, wenn sie eine Bewegung bemerkt. Damit nicht jeder Passant auf der anderen Straßenseite die Tür öffnet, sind ihre Sensoren auf eine bestimmte Entfernung eingestellt. Wenn jemand diese Entfernung unterschreitet, wird das Signal zum Öffnen gegeben. Dieses Öffnen dauert ein wenig. Somit haben wir zwei Geschwindigkeiten, die das Geschehen bestimmen. Wie schnell geht jemand vom Auslösepunkt zur Tür. Wie schnell ändert sie ihre Öffnung von Geschlossen zu „breit genuger Spalt zum Durchgehen“.
Am besten wir probieren das mit konkreten Zahlenwerten aus, die wir einfach einmal annehmen, wie wir sie vermuten.
1. Die automatische Türe braucht eine Sekunde, um zu öffnen.
2. Der Auslösepunkt ist einen Meter vor der Türe.
Wir wissen: Geschwindigkeit=Weg/Zeit. Wir haben 1 Sekunde Zeit, um den einen Meter zur Tür zurückzulegen. Mit einer Geschwindigkeit von 1 m/1s geht sich das aus. Da sind umgerechnet 3,6 km/h (Umrechnung m/s auf km/h dich Nachdenken oder Faustregel „*3,6“) Das ist Gehgeschwindigkeit. Langsamer geht auch. Aber sicher nicht schneller. Wer schneller geht, stößt gegen die geschlossene Tür.
Frage: Wie weit muss denn der Auslösepunkt der Tür gewählt werden, damit man auf sie zulaufen kann?
Machen Sie eine Annahme für seine Geschwindigkeit und bestimmen Sie den Weg, der zur Verfügung stehen muss, um ihn in einer Sekunde zurückzulegen. Dazu formen Sie die Geschwindigkeitsformel Geschwindigkeit=Weg/Zeit auf Weg=… um.
Fortgeschritten: Analysieren Sie verschiedene Türen, die Sie suchen. Oder die Sie im Video finden. Das wäre auch ein Forschungsgegenstand für eine vorwissenschaftliche Arbeit.
