THEMA: Falsche Bilder blockieren den Erkenntnisgewinn

Liebe Foristen,

ich hatte in einem anderen Faden schon darüber berichtet, dass unsere Schüler Verständnisprobleme bekommen, wenn die aus dem Makrokosmos (der sichtbaren Erfahrungswelt) entworfenen Bilder "Fleisch werden". Sicher können wir Lehrer Im Unterricht auch Fehler vermeiden, wenn wir eindeutig bleiben. So ist es bei der Deutung chemischer Reaktionen ganz wichtig, die atomare (nicht sichbare Ebene) von der Kontinuumsebene ganz scharf (!) zu trennen. Wenn im historischen Kontext Modellbilder entstehen, dürfen diese nicht als Bestand im Kopf verbleiben. Wie eine Guilliotine müssen diese Bilder aus dem Kopf geschnitten werden, wenn empirische Hypothesen an Experimenten oder Beobachtungen scheitern. Das gelingt jedoch leider sehr häufig nicht .

Beispielhaft hatte ich auch im anderen Faden schon berichtet, dass wir vor einigen Jahren auf der Bildungsmesse Didacta Schüler und Studenten nach den Eigenschaften eines Kohlenstoffatoms befragten. Dass Atome völlig andere Eigenschaften haben als die Stoffe, die sie aufbauen, ist vielen Schüler dabei überhaupt nicht deutlich. Viele Schüler vermischen daher die Bilder der stofflichen mit der atomaren Ebene. Hier ein kleiner Auszug der Antworten:

- Das Kohlenstoffatom ich kugelrund und kompakt
- Das Kohlenstoffatom ist schwarz, es müßte gasförmig sein
- Das Kohlenstoffatom sieht aus wie unser Sonnensystem , die Planeten wären dann die Elektronen, die Sonne wäre dann aus Protonen und Neutronen aufgebaut, wie von Bohr vorausgesagt
- Das Kohlenstoffatom ist nicht kugelrund sondern ähnelt im Aussehen einer hybridisierte Hantel

Was zeigt uns diese Umfrage ? Wir alle bauen uns aus der Kontinuumswelt (der sichtbaren Erfahrungswelt) Modelle und übertragen diese auf eine unsichtbare Welt, um diese besser zu verstehen. Allerdings ist nur einigen wenigen Schülern und Studenten wirklich klar, dass es sich niemals um reale Bilder handeln kann und die Eigenschaften in diese Diskontinuumswelt überhaupt und niemals übertragbar sind. So bleiben manchmal wirklich falsche Bilder im Kopf. Wenn sich ein Schüler ein einzelnes Kohlenstoffatom schwarz vorstellt, das einzelne Atom dann auch noch einen Aggregatzustand bekommt, blockiert das natürlich einen Erkenntnisgewinn beim Forschen !
Mein Fazit: Umdenken !
Empirisch erzeugte Bilder müssen nach weiterem Erkenntnisgewinn wieder aus dem Kopf ! Die unsichtbaren Dinge dieser Welt bleiben eine black-box !
Meist funktioniert dies für die Schüler bei der historischen Entwicklung der Atommodelle noch anfangs sehr gut. Stellen sich die Schüler unsere feste Materie in der Regel so vor, dass die Atome als feste Massekugeln (Dalton) dicht an dicht gepackt sind. Dieses Bild ist doch aus der Erfahrungswelt ganz eindeutig, weil ja nichts zum Erdkern hindurchfällt, wenn sie einen Gegenstand auf die Erde werfen. Hier zeigt uns dann der Streuversuch von Rutherford , dass wir dieses Bild von den kompakten Massekugeln aufgeben müssen, das Atom ist fast leer !! Es sind nur Kräfte, die es zusammenhalten ! Bei den weiteren Atommodellen gelingt es uns nicht so einfach, diese aus den Köpfen herauszustreichen. Ein " Planetenmodell" (Nils Bohr), bei dem sich kugelige Elektronen um einen Kugelhaufen aus Protonen und Neutronen auf Bahnen befinden, frißt sich wie ein Brenneisen in den Kopf. In den Köpfen der Oberstufenschüler brennt sich vielleicht ein Bild vom Atom als "hybridisierte Hantel" ein. Natürlicherweise erzeugen "eingebrannte" Bilder unnötige Verständnisschwierigkeiten sowohl im Mikro- als auch im Makrokosmos. Befreit von solchen Bildern schauen wir uns den Kosmos dann erneut an.
Natürlich sind auch den Kosmologen Bilder aus der sichtbare Welt nicht unbekannt, wenn wir im Sprachgebrauch für Dinge, die wir nicht sehen können die Attribute dunkel oder schwarz verwenden. Die Attribute werden ja nun auch überall verwendet . Wir müssen nur aufpassen, dass diese Attribute keine falschen Bilder erzeugen, die sich einbrennen. Gegenüber der Religion, der Mystik sollte die Physik sich immer nur durch naturwissenschaftliches Denken leiten lassen. Wie ein scharfes Schwert sollten die empirisch erzeugten Bilder an den Experimenten/Beobachtungen scheitern. Lg Jo

In meiner Wahrnehmung, Jahrgang 1966 seiend, wurde uns das Planetenbild des Atoms so gelehrt. Selbst Anfang der neunziger, wurde noch dieses Bild auf der Technikerschule(!) verwendet. Die Bilder sind auch gar nicht das Problem, sondern die Aufklärung über die Unzulänglichkeiten derselben. Und genau das erwarte ich von einer Lehrkraft. Aber genau das haben meine Lehrer*Innen in den seltensten Fällen getan, wiewohl es latürnich schwierig ist, wenn man als Lehrkraft nicht, durch das Studium oder so, eben darauf vorbereitet wurde. Mir hätte ja gereicht, wenn ein*e Lehrer*Inn mir gesagt hätte, dass das Bild vom atomaren Planeten hinkt, weil wir da in Richtung der Quantenmechanik kommen, was den Stunderahmen sprengte, wollte man das jetzt erklären. Dabei könnten Lehrkräfte, heutzutage, auf weiterführende Quellen im Internet verweisen, zum Bleistift "Urknall, Weltall, Leben" und hier "Von Aristoteles zur Stringtheorie". Und hotzpilotz, ist die nächste Einsteinin gefördert.
Also impliziere ich, dass es nicht die falschen, weil nicht falsch, sondern nur unzulänglich seienden Bilder sind, sondern die unzureichende Vorbereitung auf die Betrachtung derselben.
Welches Bild von Raumkrümmung, wollen wir denn sonst verwenden, um völlig ahnungslosen eine Ahnung von der Raumkrümmung zu vermitteln, als jenes vom Gummituch?

Bilder müssen nicht aus den Köpfen geschnitten sondern in den richtigen Kontext gestellt werden.
Viele der "Bilder" sind nicht per se falsch sondern -- wie überhaupt alle Modelle -- beschreiben sie nur Teilaspekte der Realität.
Ich denke es ist gerade für Lehrer wichtig den Schülern beizubringen die Grenzen zu erkennen wie weit (vermeintlich falsche) Vorstellungen die Realität ausreichend beschreiben. Man muss lernen zu erkennen ob eine Schlusfolerung lediglich auf Eigenschaften des gewählten Modells (BIldes) beruht oder nicht.


"- Das Kohlenstoffatom ist kugelrund und kompakt"
Klar, warum nicht -- wenn man es isoliert betrachen könnte geht das vieleicht. Aber lassen sich damit die chemischen Eigenschaften erklären? Das Bild eines kugelrunden kompakten Atoms bringt keinen Erkenntnisgewinn.

"- Das Kohlenstoffatom ist schwarz, es müßte gasförmig sein."
Was bedeutet "gasförmig"? Was bedeutet "schwarz"? Wie entstehen Farben?

"- Das Kohlenstoffatom sieht aus wie unser Sonnensystem , die Planeten wären dann die Elektronen, die Sonne wäre dann aus Protonen und Neutronen aufgebaut, wie von Bohr vorausgesagt"
Das wäre ein guter Aufhänger auf die Wissenschaftshistorie einzugehen. so ganz falsch ist das Bohrsche Atommodell mit seinen drei Postulaten ja nicht, Man sollte das nicht verdammen sondern die Grenzen aufzeigen.

"- Das Kohlenstoffatom ist nicht kugelrund sondern ähnelt im Aussehen einer hybridisierte Hantel"
Jetzt steh ich auf dem Schlauch... was bitteschön ist eine hybridisierte Hantel? Könnte man hinterfragen wie der Schüler zu dieser Vorstellung kommt.


Btw: Bilder wie mit einer Guilliotine aus den Köpfen schneiden klingt sehr gewalttätig und nach dogmatischen Fanatismus. Ich bezweifle das das gut ist.
Ich denke man sollte die Bilder zulassen, herausarbeiten welche Teilaspekte der Realität sie durchaus richtig beschreiben und wo die Grennzen sind um zu lernen die "Dinge" kritisch zu hinterfragen.

PS:
Achso, mit den "hybridisierten Hanteln" ist wohl das Orbitalmodell gemeint mit den Wahrscheinlichkeitswolken.
Komisch, ich asssoziiere die eher mit dreidimensionalen Lissajous-Figuren. Das hat den Charm das auch die nur bei diskreten Frequenzverhältnissen geschlossen und stabil sind. Wohl wissend das das nur eine Assoziation ist.

Moin Merilix,
klar, die Aussage, dass falsche Bilder aus dem Kopf geschnitten werden müssen, ist sicher sehr radikal formuliert. Die Befragung von der Bildungsmesse haben mir jedoch eines deutlich gemacht. Schüler halten vielfach - trotz der konträr gemachten Beobachtungen und Experimenten - an "liebgewonnenen" Bildern fest.

Für mich liegt der Erkenntnisgewinn in einem Irrtumsaufstieg (ich glaube, Herr Lesch hat das auch einmal so ähnlich formuliert)
Wenn neue Erkenntnisse die alten Bilder aber nicht verdrängen, verpufft der Erkenntnisgewinn.
Ich glaube, dass mir "dieses Umdenken" für die Schüler im Schuldienst ganz gut gelungen ist. Dazu habe ich für die Schule 4 gleiche gleiche schwarze Kisten (black-boxes) 30 x 30 x 20 cm für die Gruppenarabeit angefertigt/anfertigen lassen. Die Kisten waren aus hochpoliertem schwarzem Plexigas und total verschweißt.(sahen sehr edel aus). Sichbar waren an der Kiste: 9 Anschlüsse für 4 mm- Bananenstecker, ein Potentiometer, ein Lautsprecher, eine Kurbel, 2 Fassungen für Glühlampen, eine Schlaucholive als pneumatischer Anschluss und jeweils eine USB-Buchse und einen USB-Stecker. Beim Bewegen der Box gab es rollenden, klickernde, dumpfe und klirrende Geräusche.
Das Innenleben war wirklich äußerst komplex aufgebaut. Für die Untersuchung standen den Schülern 1 Meßgerät für Strom und Spannung, ein Netzgerät von 0-12 V für Gleich- und Wechselstrom, eine Fahrradpumpe sowie ein großer Neodym-Magnet zur verfügung. Die Aufgabe war klar formuliert. Die Schüler sollten empirische Hypothesen vom Innenleben der black-box machen und dies auch skizzieren. Den Schülern war klar, dass die Kiste nie geöffnet werden konnte ohne sie zu zerstören.
Ich kann heute sagen, dass - neben vielen schönen chemischen Experimenten mit den Schülern - die Arbeit mit diesen Boxen vielleicht Sternstunden in meinem Unterricht darstellten, echte intrinsische Lernmotivation ! Es gab natürlich im Verlauf der Untersuchungen mit dieser Box dauernd neue Erkenntnisse aus den einzelnen Gruppen, so dass viele zuvor aufgestellte Modellskizzen sich als Irrtum herausstellten und in die Sackgasse führten.

Schön war, dass meine Physikkollegen diese Box dann auch in ihrem Unterricht eingesetzt haben.

Was sollte die schwarze Kiste leisten ? Wann und wie lange wurde sie eingesetzt ?

Es ging natürlich um naturwissenschftliche Phänomene, die nicht direkt sichtbar sind wie Strom, Atome, Magnetismus, Elektromagnetismus Gravitation.
Das "Wissen" über diese Phänomene bleibt den Schülern immer unklar, weil man ihnen die Modelle nur vorsetzt,, sie aber nicht selbst Modellvorstellungen entwickeln und nachvollzien. Der Weg zur Erkenntnis bleibt den Schülern somit unklar und die Erlangung des "Wissens" ist für die Schüler nicht nachvollziehbar. So wurden die Kisten sowohl zu Beginn des Anfängerungerrichst Physik zu den Themen Elektrik, Elektrizität und Magnetismus als auch im Chemieunterricht nach Einführung der Atomhypothese eingesetzt. Ich habe oft 4 Wochen von meinem Unterricht dafür genutzt. Die Schüler hätten gern daran weitergearbeitet. So wurden dann die Kisten (als "Belohnung"... grins) auch in der Oberstufe noch einmal für eine Doppelstunde herausgeholt.

Die Boxen vermittelten einen Schnitt mit der sichtbaren Erfahrungswelt im Kontinuum, hin zu einem Umdenken in das unsichtbare Diskontinuum. Ziel war: Die Schüler bleiben immer zweifelnd bei neuen Modellvorstellungen, der Zweifel war Gesetz, das wollte ich auch vermitteln.
Aber es gab auch einen Kollegen, der fand, dass ich mich damit viel zu lange für solch " triviale Dinge" aufgehalten hätte. Ist das so trivial, was denkt ihr ? Lg Jo

Klingt sehr spannend.

Jo52 schrieb: Die Boxen vermittelten einen Schnitt mit der sichtbaren Erfahrungswelt im Kontinuum, hin zu einem Umdenken in das unsichtbare Diskontinuum. Ziel war: Die Schüler bleiben immer zweifelnd bei neuen Modellvorstellungen, der Zweifel war Gesetz, das wollte ich auch vermitteln.
Aber es gab auch einen Kollegen, der fand, dass ich mich damit viel zu lange für solch " triviale Dinge" aufgehalten hätte. Ist das so trivial, was denkt ihr ? Lg Jo

Die Idee finde ich genial. Die Schüler lernen selber zu denken und etwas über die Wirklichkeit heraus zu finden, statt nur zu pauken, was ihnen als Wahrheit über die Wirklichkeit vorgesetzt wird. Sie lernen Forschung und bekommen eine Idee davon, wie naturwissenschaftliche Erkenntnisse zustande kommen.

Wie "trivial" das ist, hängt wohl vom einzelnen Schüler ab. Dem einen mag es genügen, wenn man ihm sagt, dass das Bohrsche Atommodell nur ein Denkmodell dessen ist, was unbekannterweise im Atom passiert. Andere müssen vielleicht eine Weile mit den Blackboxen arbeiten, um das zu verinnerlichen.

Jo52 ist ein Pädagoge, der genau weiß, worauf es bei der Ausbildung junger Menschen ankommt. Allzu oft wird den Lernwilligen eine fertige Beschreibung vorgesetzt mit der Aufforderung "lern das und repetiere". Und da es Punkte gibt, lernt man auswendig, sagt auf und vergisst wieder.

Sein Konzept spricht die Neugier an und aktiviert die intrinsische Motivation, zur Nachahmung dringend empfohlen.

Bilder sind ein fundamentaler Bestandteil unseres Lernens. Wenn mir mein Freund am Telefon vom gestrigen Zahnarztbesuch und der Wurzelbehandlung erzählt, dann sehe ich den Zahnarzt mit dem Bohrer über ihn (mich ?) gebeugt, höre das Geräusch und der Schmerz löst bei mir eine Gänsehaut aus.

Wenn ein Schachgroßmeister 12 Partien gegen 12 verschiedene Gegner simultan an vírtuellen Brettern spielt, dann hat er nicht 12 Koordinatensysteme mit Zeilen und Spalten im Kopf, sondern die Bilder der 12 Stellungen auf 12 Brettern.

Solche Bilder können wir nicht vermeiden. So lernen wir. Die Erarbeitung solcher Bilder und deren Abspeicherung in unserem Gedächtnis verzehrt Energie. Nicht umsonst zählt das menschliche Gehirn zu den Großverbrauchern. Das Gehirn versucht, sparsam mit den Ressourcen umzugehen. Offenbar kostet es nochmal mehr Energie, ein inventarisiertes Bild zu modifizieren oder ganz auszutauschen als eine neues zu implementieren. Das wird von einigen Hirnforschern als Grund dafür gesehen, warum es so mühsam sein kann, Menschen von der Notwendigkeit zu überzeugen, eine einmal gefasste Meinung zu überdenken und ggf. auch zu revidieren, mithin das gespeicherte Bild gegen ein neues auszutauschen. Das erleben wir alltäglich.

Qualia und Physikalismus

Hi Jo52,

Es handelt sich hier um ein Problem was ich in meiner Phil als Kognitive Differenz bezeichne.

Es ist die Differenz zwischen physikalistischem Denken und Rechnen (nenne ich auch 4D-Kognition oder Prozesskognition), und dem Versuch diese Ergebnisse in die subjektive Erlebniswelt zu transferieren.(nenne ich auch 3D-Kognition oder Dingkognition in welcher mittels der Qualia die Prozesse defizitär als Dinge abgebildet werden)
Siehe Kants Ding an sich, er war da intuitiv auf der richtigen Spur, hat nur den Fehler gemacht zu sagen wir könnten das Ding an sich nicht erkennen (woraus sich der Konstruktivismus entwickelte), anstatt der Feststellung das es gar keine Dinge an sich gibt, sondern nur Prozesse o.s.ä.

Ich sehe das ähnlich wie Du, dass diese Differenz generell unüberbrückbar ist, jeder Versuch über Modelle hinken muss.

Ein wichtiges Ergebnis dieser Überlegungen ist weiterhin das was ich Das kognitive Defizit nenne.


mvg Philzer

Hi Philzer,
Ja ich habe die Modelle immer als " Krücke der Nichtgehenden" bezeichnet, dennoch fördern sie auch durch die Verwerfung den " Irrtumsaufstieg". Sie müssen halt nach einem neuen Erkenntnisgewinn jeweils wieder aus dem Kopf. Gut ist wenn man schon am Anfang das neue Modell anzweifelt. Und wie großartig sind denn die Kosmologen, die zugeben, wenn sie auf einem Irrweg sind, wenn die Beobachtungen zu den von ihren erdachten Vorstellungen abweichen. Deshalb ist er auch unser ganz Großer, unser Albert Einstein, er ließ sich z.B. von der Ausdehnung des Universums sofort überzeugen, als die Beobachtungshinweise keinen anderen Schluß zuließen, mußte er doch seine ganzen vorher gemachten Berechnungen einstampfen. Er hat immer dem Experiment und den Beobachtungen mehr vertraut, als irgendwelchen Berechnungen, gerade auch beim Phänomen Gravitationslinseneffekt. Im Übrigen habe ich nachgelesen, dass unser Albert sich selbst wohl als keinen sehr guten Mathematiker hielt, oft seine Berechnungen als " Eselei" bezeichnet hat. Er hat wohl auch tatsächlich zum mathematischen Konkretisieren seiner genialen empirischen Hypothesen die Berechnungen anderen Mathematiker überlassen, ja er war großartig. LG Jo

Nach meiner Kenntnis, hat der Albert nur die kosmologische Konstante, die er in seine Feldgleichung einführte, um zu einem steady stae universe zu kommen.

Jo52 schrieb: unser Albert Einstein... mußte er doch seine ganzen vorher gemachten Berechnungen einstampfen.

Naja, das hinzufügen einer Konstanten macht das Modell nicht kaputt. Kann man sehen wie eine Integrationskonstante.

Mich würde Interessiren ob die Black-Boxes alle stets bei gleichem Input den gleichen Output produzieren oder ob es eine Box gab die einen internen Zustand speichern konnte den ggf nichtmal die Lehrkraft kannte...

Ich kannte zwar das Innenleben der black- box ( das ließ sich ja leider nicht vermeiden, da ich diese ja selbst konstruiert hatte). Ich hatte allerdings immer behauptet, dass ich nichts wüßte. Ich hatte geschwindelt, ein Bekannter hätte es gefertigt. Ich wollte natürlich überhaupt keinen Einfluß auf die Schülerhypothesen und Experimente nehmen und vor allem natürlich nichts verraten. . Die Schüler konnten auch Einfluß auf das Innenleben nehmen. Sie haben auch die eigenen Fragen zu den Experimenten gestellt. Manchmal habe ich einen Plan zum Vorgehen gefordert, um dem Fortgang etwas Struktur zu geben. Welche der losen Bestandteile sind magnetisch? Welche Annahmen gibt es zu Formen der beweglichen Teile? Schüler konnten sowohl mit Hilfe des elektrischen Stromes als auch von außen mit Hilfe eines starken Magneten Relais beeinflussen, die erst dann andere Funktionen freigeschaltet haben. Eine Kurbel brachte nach Generatorprinzip Glühlampen zum Leuchten. Eine eingebaute Klingel funktionierte nur mit Wechselstrom, ein eingebauter Summer nur mit Gleichstrom. Nur über eine bestimmte Verbindung von 7 der 9 Eingangsbuchsen und genau 6 V Spannung gelang es ein Pneumatikrelais freizuschalten. Erst dann gelang es mit einer Fahrrad- Luftpumpe eine Hupe zum Tönen zu bringen. ( wie habt ihr das denn geschafft, hieß es aus einer anderen Gruppe) . Zwei der Buchsen fungierten als Leitfähigkeitsmeßzelle. Dazu tauchten die Schüler ihre angeschlossenen Experimentierkabel in verschiedene Flüssigkeiten ( z. B. Dissoziation von Essigsäure in dest Wasser) Die Leitfähigkeit konnte als Schallfrequenz wahrgenommen werden - je höher die Frequenz desto höher die Leitfähigkeit. Die Lautstärke konnten die Schüler an einem Potentiometer einstellen, welches an der Box angebracht war. Über USB und einen eingebauten Software-stick konnten die Schüler auch über einen Laptop zur inneren Black Box vordringen. Hier war ein Video von einem Vortrag von Lesch gespeichert, außerdem konnten die Schüler einen eingebauten Minirundfunkempfänger starten. Hier hatte ich auch eine Datei mit weiterführenden Fragen für meinen Chemieunterricht gesammelt...Nur falls noch Zeit war... Es gab aber "Wichtigeres zu entdecken......grins Weder Schüler noch meine Kollegen, die auch mit der Box gearbeitet haben, kannten das Innenleben . Es blieb und bleibt ein Geheimnis, alle Angaben und Skizzen sind auf Zweifel ausgerichtet. So hatte ich es gewollt. Mal schauen, ob ich noch Bilder habe, ich stelle die Box- bei Interesse dann gern einmal hinein. LG Jo

Klingt nach einem Kassenschlager.
Ich hätte jedenfalls gerne so eine Box.

Lieber Ra-Raisch,
das ist lustig und interessant mit dem Kassenschlager. Das erinnert mich zunächst einmal an einen Vergleich zwischen selten und rar, der mir in der Coronakriese wieder so deutlich wurde: Faule Eier sind selten aber nicht rar. So war das Toilettenpapier niemals selten, eigentlich immer verfügbar, Es war ja eigentlich total lustig, dass es so rar war, ein echter Kassenschlager eben, wer hätte das jemals gedacht.....grins.

Die black-box ist allerdings vielleicht selten aber überhaupt nicht rar. Sie taugt auch für den Alltag überhaupt nicht, sie ist einfach total nutzlos !
Es gibt wirklich nur einen echten Nutzen, den jungen Menschen das naturwissenschaftliche Denken zu erleichtern.

Du sagst, die hättest Du gern. Na ja, dann ´mal ´ran und konstruiere kreativ Deine black-box. Ich kann nur sagen, dass ich unendlich viel Freude am Konstruieren hatte. Sie sollte edel aussehen und sie sollte kompliziert genug sein, dass die Schüler nicht nach einer Doppelstunde das Interesse am Experimentieren mit ihr verloren haben.

Es gab auch nach 4 Wochen eifrigem Experimentieren immer wieder Neues zu entdecken, es blieb immer spannend. "Oh ja, Arbeiten wir heute wieder mit der black-box" und das in Klasse 9 (!) , in der Schüler erfahrungsgemäß in ihrer Pubertät den geringsten Zugangang an Schule haben, damit hatte ich sie gekriegt!!

So motiviert hatte ich vorher noch keine Schülergruppen gesehen, die ihre vorher gemachten Überlegungen ständig anzweifelten und ihre Skizzen korrigierten. Sie haben sich das Innenleben - ohne Hausaufgaben - zu Hause weiter überlegt und kamen mit neuen Skizzen in den Unterricht: (" Ich habe es jetzt definitiv weiß ich es jetzt, paßt auf heut wird alles geklärt, so muß es sein" . Das Schöne war, dass diese Schüler eigentlich gar nicht so enttäuscht waren, wenn eine andere Gruppe herausgefunden hatte, dass die zuvor von anderen gemachten Überlegungen zu anderen Experimenten nicht paßten. Und, die Schüler mußten für ihren Erkenntniszuwachs/Gewinn auch immer eng zusammenarbeiten, Eigenbrödlertum war wirklich out ! Ein gemeinsames Projekt eben, echt schön !!

Für alle eingebauten Komponenten und das polierte Plexiglas habe ich für die 4 Boxen vielleicht 600-800 Eur ausgegeben. Das läßt sich bestimmt auch günstiger einkaufen. Eigentlich ist eine solche Konstruktion für Euch Physiker - wenn ihr ein wenig Kreativität hineinsetzt und einen Lötkolben habt, doch ein Klax und überhaupt nichts Außergewöhnliches. Ich hatte einfach Spaß, immer neue Wirkmechanismen zu kreieren,

So führten meist erst aufeinander abgestimmte Folgen verschiedener Arbeitsgänge und Kombinationen zu Veränderungen in der black-box. Man muß halt überlegen, wie die Box verdrahtet ist, wenn sich mit einem Magneten ein Glühlampe ausschalten läßt, wenn eine von mehreren Kugeln nicht mehr rollen, wenn Dinge nur in bestimmter Anordnung funktionieren (das war ja übrigens mein Hauptziel zu vermitteln: Die Anordnung von Atomen im Stoff bestimmen die Eigenschaften, nicht das Atom selbst.

Das Chloratom ist also nicht per se giftig, nur in der Anordnung in der Stoffportion kann es sowohl giftig (Chlor, andere Chlorverbindungen ) oder ungiftig (Natriumchlorid) sein, So bestimmt vor allem die Anordnung der Partikel in der Stoffportion, ob der Stoff schwarz (Kohlenstoff) oder transparent (Diamant) erscheint). Die Anordnung der Dinge bestimmen nahezu immer deren Eigenschaften, das wollte ich vermitteln. Ich hatte da im Übrigen über den eingebauten USB-Stick auch noch eine sogenannte "Wissensdatei" mit Fragen zu den Unterschieden von Kontinuum und Diskontinuum vorbereitet. Die sollten dann allerdings unbedingt beantwortet werden

Welche Eigenschaften haben denn nun die Atome, wenn es nicht die Eigenschaften sind, die wir aus der sichtbare Welt kennen ?
Wichtig war mir in diesem Zusammenhang, dass wir keine Kontinuumseigenschaften in die atomare Welt übertragen, sondern nur Eigenschaften, die wir auch wirklich in der unsichtbaren Welt messen können also z.B. Masse, Ladung, Größe und . Wärme (hier sind aber wieder makroskopische und atomare Energieformen zu unterscheiden. Der Begriff "Thermische Energie" ist leider auch so ein Kuddelmuddel beider Energieformen). Eigenschaften wie Farbe, Aggregatzustand, Härte und Dichte gehören ins Kontinuum) und nicht ins Diskontinuum haben meine Schüler gelernt.
Lg Jo

Das mit dem Anhang schein irgendwie zu blockieren. Habrt ihr eine Anleitung ....grins..

Jo52 schrieb: Das mit dem Anhang schein irgendwie zu blockieren. Habrt ihr eine Anleitung ....grins..

Ja leider, geht schon lange nicht mehr....auch so eine Art von black box.... Bitte bei einem Hoster hochladen und den Link posten.

Ich lösche die drei vergeblichen Versuche.

Jo52 schrieb: Du sagst, die hättest Du gern. Na ja, dann ´mal ´ran und konstruiere kreativ Deine black-box.

Wenn ich sie selber mache, ist sie ja nicht mehr "black". Wäre ja für mich gedacht und nicht für Schulungszwecke. Aber ich dachte mir schon dass der Preis für ein Geduldsspiel bisschen hoch ist....

Naja, vielleicht hast du einen Freund, der für dich eine Box baut, im Gegenzug baust du für ihn eine black-box, dann bleibt alles unbekannt.
Es ist natürlich aufwendig und benötigt schon etwas Zeit. ich habe über 1/2 Jahr an den Boxen gebastelt eher ich sie total mit Plexiglaskleber zugeschweißt habe.. Aber schön, dass dir die Idee gefällt. Lg Jo

Das Problem bei derartigen Geduldsspielen ist ja, dass es nicht zu einfach und nicht zu schwer sein darf.

Man könnte ja eine 100-stellige Binärzahl verwenden, bei der jedes Bit einer Zustandsvariante entspricht und jede komplette Zahl ein anderes Erscheinungsbild zeigt. Da kann man alle Varianten durchprobieren und es gibt einfach kein Muster. Und wenn sich dann die Zustandsbilder auch noch chaotisch-dynamisch verändern bzw die Einstellmöglichkeiten nur chaotisch-dynamisch den Zustand ändern, läßt sich nichteinmal einem Zustand ein Bild zuordnen.....selbst wenn man das rein mechanisch konstruiert, wäre das wohl mehr oder weniger möglich.

und außerdem macht das Bauen einer solchen Box auch nur deshalb soviel Freude, weil man so viele "Fieselein" für diejenigen einbauen kann, die damit experimentieren.

Ja, genau.

Aber interessant wird es ja nur, wenn man Muster erkennen kann....Kann man die "Schwierigkeit" oder besser "Komplexität" formelmäßig beschreiben?

wiki:
Es gibt Ansichten, dass der Begriff „Komplexität“ autologisch sei,[8] das heißt, dass man ihn auf sich selbst beziehen könne: Der Begriff der Komplexität sei selbst komplex.
...
In der theoretischen Informatik beschreibt die Komplexitätstheorie ein Konzept zur Abschätzung des Ressourcenaufwandes zur algorithmischen Behandlung bestimmter Probleme. Die Komplexität ist dann groß, wenn einerseits sehr viele und andererseits in der Summe sehr komplizierte Details zu behandeln sind.

Zeitkomplexität bei Turningmaschine:
Anzahl der Rechenschritte eines Algorithmus zur Lösung eines Problems in Abhängigkeit von Länge der Eingabe

Bei unlösbarer Aufgabe (chaotischdynamisch) also unendlich?

ra-raisch schrieb: Zeitkomplexität bei Truningmaschine:
Anzahl der Rechenschritte eines Algorithmus zur Lösung eines Problems in Abhängigkeit von Länge der Eingabe

Bei unlösbarer Aufgabe (chaotischdynamisch) also unendlich?

Bei wirklich unlösbarer Aufgabe wohl nicht definiert, weil auch unendlich viele Schritte nicht ausreichen würden.

Es gibt in der Informatik solche Aufgaben, die zwar lösbar sind, aber nur mit sehr großem Aufwand, wie z.B. beim Bitcoin-Mining oder überhaupt in der Kryptografie. SHA-256 z.B. ist eine gängige Verschlüsselungstechnik mit 256 Bit, die man durchaus knacken könnte, aber der Aufwand dafür ist so enorm, dass ihn niemand ernsthaft betreiben würde. Es besteht aber die begründete Sorge, dass Quantencomputer eines Tages in der Lage sein könnten, das relativ schnell zu bewerkstelligen, was eine Katstrophe wäre u.a. für die Wirtschaft... kein Bankkonto wäre mehr sicher, von Merkels E-Mails gar nicht zu reden .

Klar, da habe ich mir auch vor dem Bau der Boxen wirklich viele Gedanken gemacht. Aber mit einem Geduldsspiel möchte die black-box nicht vergleichen, da hatte ich einen höheren Anspruch. Viele Erkenntnisse mußten auch trivial lösbar sein, z.B. Material und Form von Gegenständen in der Box ( nur Kugeln lassen sich in 3 Dimensionen rollen, Holzkugrln sind nicht Magneten beeinflußbar; ein Generator mit Glühlampe war auch entsprechend dem bekannten Fahrraddynamo sehr trivial erklärbar. Aber es gab auch viel zu messen. Wo und zu welchem Zweck waren Widerstände und Kondensatoren verbaut. Bei einer Gruppe leuchtete ohne Zufuhr von Strom plötzlich eine Glühlampe. Wenn eine Batterie in der Box wäre, schloss die andere Gruppe, müsste die Glühlampe ständig leuchten, bis die Ladung erschöpft ist. Eine dritte Gruppe hatte aber herausbekommen, dass mit dem Generator nicht nur die eine Glühlampe leuchtete, sondern irgendetwas scheinbar gleichzeitig aufgeladen wird, denn die 2. LAMPE leuchtete nur unter 2 Bedingungen 1.) Die Kurbel wurde vorher betätigt 2.) Zwei der Buchsen wurden zusammengeschlossen. ( aufladen entladen und eines Kondensator) Etwas anspruchsvoller waren dann die Versuche mit Gleich- und Wechselstrom.
Warum klingelte es bei Wechselstrom während es bei Gleichstrom nur summte .Zuerst wurde vermutet, dass eine Box "kaputt" weil es bei genau gleichen 6 V bei der einen Gruppe klingelte und bei bei der anderen Gruppe summte. Da war naütlich auch Frustrationstoleranz gefragt. Alles wurde aber durch den "Irrtumgsaufstieg belohnt.. Die Zusammenhänge zur Freisetzung des Luftstromventils wodurch erst die Hupe funktionierte oder Zusammenhänge von Frequenz und Leitfähigkeit waren dann schon sehr anspruchsvoll.
Mir war wichtig, dass sehr viel Einzelerkenntnisse in jedem Level gewonnen werden können. Damit war die Box nicht zu kompliziert um die Lust daran zu verlieren aber kompliziert genug, dass alle Schüler interessiert waren Weiteres zu entdecken. Es war ja auch überhaupt nicht mein Anspruch, dass alles vom Innenleben aufgeklärt werden könnte, das Gegenteil war der Fall

Ja genau, das Feintuning ist letztlich bei jedem Spiel der Haken: es muss richtig austariert sein, einen Einstieg gewähren und steigerungsfähig sein.

Naja und sicher hatte ich auch ein Riesen- Glück mit meinen Schülergruppen., die mit der Box gearbeitet haben und immer neugierig und fasziniert blieben. Einige von ihnen wären sicher gut geeignet für die Arbeit am LHC in Cern, sicher die geilste black-box auf der Welt. Von dort werden wir neben dem Higgsfeld und dem Higgsteilchen weitere neue Hypothesen mit dem Versuch der experimentellen Überprüfung finden So wurden ja jetzt für den " dunklen Raum" "Neutralinos" postuliert, partikellose Teilchen mit Masse. Das hört sich schon ' mal gut an. Hat jemand von Euch davon gehört?