Herausforderungen Studierender bei der Identifizierung von physikalischen Lösungsansätzen in Rechenaufgaben zur Mechanik

Abstract

Die Bearbeitung physikalischer Rechenaufgaben stellt Studierende vor verschiedene Herausforderungen, die sie oft nicht selbstständig bewältigen können. Diese Aufgaben sind nicht nur in Übungs-, sondern auch in Prüfungssituationen von zentraler Bedeutung, weshalb ihre erfolgreiche Bearbeitung für den Studienverlauf entscheidend sein kann. Die Förderung der Studierenden zur eigenständigen Bearbeitung von physikalischen Rechenaufgaben ist somit – auch mit Blick auf hohe Abbruchquoten in physikalischen Studiengängen – dringend erforderlich. Wie solche Fördermaßnahmen gestaltet sein sollten, ist jedoch bislang wenig erforscht. Eine Grundlage zur Ableitung von Hinweisen über die Gestaltung geeigneter Maßnahmen kann die genaue Analyse der Bearbeitungsprozesse und der auftretenden Schwierigkeiten sein. Befunde bisheriger Studien zeigen zu Herausforderungen beim Bearbeiten von Rechenaufgaben, dass das Identifizieren von zielführenden Lösungsansätzen in besonderem Maße zu Schwierigkeiten führt. Im Rahmen des in dieser Arbeit vorgestellten Forschungsprojekts wurden daher Herausforderungen beim Identifizieren von Lösungsansätzen aus verschiedenen Perspektiven beleuchtet, um spezifische Schwierigkeiten und deren Ursachen besser zu verstehen. Hierfür wurde ein quantitativer und ein qualitativer Zugang gewählt. Diese bestehen jeweils aus zwei gekoppelten Erhebungsschritten. Der erste Erhebungsschritt dient der Erfassung von Personenmerkmalen (z. B. Verständnis zu Konzepten aus der Mechanik, Fähigkeiten zur Durchführung mathematischer Operationen) mithilfe eines Fragebogens. Dieser wurde im quantitativen und qualitativen Zugang von jeweils 𝑁_1_quantitativ = 30 und 𝑁_1_qualitativ = 30 Studierenden bearbeitet. Der zweite Erhebungsschritt besteht aus der Sortierung bzw. Gruppierung von Rechenaufgaben nach angemessenen Lösungsansätzen (z. B. Energieansatz, Bewegungsansatz) und der Befragung zu Vorgehensweisen, Schwierigkeiten und weiteren Aspekten in diesem Prozess. Dieser Erhebungsschritt wurde im quantitativen Zugang mit allen Studierenden aus dem ersten Erhebungsschritt an einem Fragebogen und im qualitativen Zugang mit 𝑁_2_qualitativ =10 freiwilligen Studierenden aus dem ersten Erhebungsschritt in einem Interview durchgeführt. Im Schwerpunkt dieser Arbeit steht der quantitative Zugang. Es zeigt sich u. a., dass jeweils ein höheres Verständnis zu Konzepten der Mechanik sowie eine höhere Punktzahl im Mathematiktest mit einem höheren Erfolg bei der Zuordnung von einigen Rechenaufgaben zu angemessenen Lösungsansätzen einhergeht. Weiter zeigt sich, dass der Erfolg der Zuordnung einiger Rechenaufgaben in Zusammenhang mit Merkmalen der Rechenaufgaben steht. Rechenaufgaben mit einem Kontext zu schiefen Ebenen wurden erfolgreicher Lösungsansätzen zugeordnet, als Rechenaufgaben mit einem Kontext zu Würfen. Rechenaufgaben mit einem Wurf-Kontext wurden besonders selten erfolgreich zugeordnet, wenn der zu identifizierende Ansatz ein Energieansatz ist. In der genauen Betrachtung wird deutlich, dass Studierende statt eines Energieansatzes häufig einen Bewegungsansatz ausgewählt haben.