Gewicht ist nicht das, was sich schwer anfühlt, sondern was sich mit einer Waage messen lässt.

Die Schüler müssen dazu ihr Alltagsverständnis modifizieren und Begriffe sowie Prinzipien im Zuge einer konzeptuellen Umstrukturierung und Erweiterung auf eine formalisierbare Abstraktionsebene bringen. Dies bedeutet zum Beispiel im Fall des Gewichtsbegriffs, dass man sein ursprüngliches Verständnis von Gewicht im Sinne von "fühlt sich schwer an" durch das Verständnis ersetzt, dass Gewicht das ist, was man mit bestimmten physikalischen Instrumenten wie einer Balkenwaage oder einer Federwaage objektiv messen kann (di Sessa, 1993; Stern, 2005).

Technik ans Vorwissen anbinden

Der Bezug zur Technik kann dazu genutzt werden, um das Lernen mit Wissensbezügen zu erweitern und naturwissenschaftliche Themen stärker in reale Zusammenhänge einzubeziehen. Viele Schüler betrachten nämlich beispielsweise Physik und Chemie als Formelsammlungen ohne jeden Realitätsbezug. Technik basiert auf der gezielten Nutzung von Naturgesetzen, die häufig in dieser Kombination in der Natur nicht vorkommen. Beispiele aus der Technik eröffnen zahlreiche Anknüpfungspunkte, um naturwissenschaftliche Inhalte mit einem klaren Bezug zur Wirklichkeit zu versehen und auf vielfältige Weise an das bereits vorhandene Vorwissen anzubinden.

Allerdings kann nicht erwartet werden, dass Schüler diesen Bezug spontan oder bereits nach einer kurzen Erklärung herstellen. Auch wenn in der Schule Konzepte wie schiefe Ebene, Trägheit oder Gegenkraft ausführlich behandelt wurden, erkennen selbst die leistungsstärksten Schüler eher selten spontan, wo man sich diese Prinzipien in der Technik zunutze macht (Clement, 2008). Es gibt einige Belege dafür, dass tiefere Einsichten in abstrakte physikalische Prinzipien unterstützt werden können, indem Lernende mit unterschiedlichen Realisierungen aus der Technik konfrontiert werden, die sich zwar oberflächlich voneinander unterscheiden, die aber in wesentlichen Prinzipien übereinstimmen (Gentner, Loewenstein & Thomson, 2003).

Weiter unten wird noch ausführlich erörtert, in welcher Weise sich Fragen zur Funktionsweise einfacher technischer Geräte gut eignen, um Lerneinheiten einzuleiten, die auf das Verständnis abstrakter physikalischer Prinzipien abzielen. Sind die Begriffe erst einmal erworben und hat man gelernt, mit ihnen umzugehen, können sie auch auf das Verständnis komplexerer technischer Zusammenhänge bezogen werden. Hier bieten sich gerade an der ETH – insbesondere in den Departementen D-MAVT und D-ITET – besonders attraktive Möglichkeiten, um die Kompetenzen interessierter Schüler zu fördern.

Alle Schweizer Gymnasien bieten in den letzten beiden Jahren vor der Matura spezielle Lerngelegenheiten wie zum Beispiel Maturarbeiten, interdisziplinäre Arbeitswochen und Ähnliches. In Zusammenarbeit mit den Fachdidaktikern und Fachwissenschaftlern aus dem D-MAVT und dem D-ITET ist daher geplant, im Rahmen dieser Lerneinheiten interessierten Schülern vertiefende Angebote zu machen, die gezielt auf die im naturwissenschaftlichen Unterricht behandelten Inhalte aufbauen.