Spannung und Potential in der Elektrotechnik

In den Ingenieurwissenschaften ist die Studienabbruchquote mit über 35 % eine der höchsten in Deutschland (DZHW Studienabbruchstudie 2014). Um dieser Studienabbruchquote entgegen zu wirken, beschäftigt sich die Abteilung Fachdidaktik der Ingenieurwissenschaften mit sogenannten Fehlvorstellungen von Studierenden. Fehlvorstellungen sind Annahmen, die den wissenschaftlich anerkannten und stimmigen Vorstellungen widersprechen bzw. von diesen abweichen. Die Ursachen für die Entstehung von Fehlvorstellungen sind vielseitig. Ein Resultat von Fehlvorstellungen ist, dass grundlegende Konzepte einer Disziplin nicht verstanden werden, was sich negativ auf das weitere Studium auswirken kann. Daher ist es wichtig, Fehlvorstellungen möglichst früh im Studium zu begegnen.

Fehlvorstellungen sind in allen Disziplinen verbreitet, so auch in der Elektrotechnik. Ein wichtiges Konzept in diesem Fach wäre z. B. die elektrische Spannung. Um Fehlvorstellungen in der Lehre zu begegnen, können u. a. Tutorials verwendet werden. Dabei handelt es sich um Arbeitsblätter mit qualitativen Fragen, die Studierende in Gruppen unter der Anleitung eines Tutors bearbeiten (Abbildung 1). Die Tutorials basieren auf einer Strategie, die “elicit-confront-resolve” genannt wird, zu deutsch “hervorrufen-konfrontieren-auflösen”. Dies bedeutet, dass die Studierenden in eine Situation gebracht werden, von der bekannt ist, dass dort bestimmte Fehler gemacht werden (“elicit”). Daraufhin machen die Studierenden in der Regel ein kleines Experiment, bei dem sie mit ihren Fehlvorstellungen konfrontiert werden (“confront”). Im Anschluss daran werden sie bei der Auflösung ihrer Fehlvorstellungen angeleitet (“resolve”).

Von der Abteilung Fachdidaktik der Ingenieurwissenschaften werden seit einigen Jahren Tutorials in der Lehre eingesetzt. Um das Verständnis in der elektrischen Spannung zu verbessern, hat sich Felix Lehmann im Rahmen seiner Bachelorarbeit “Entwicklung und Evaluation von forschungsbasierten Lehrmaterialien zum elektrischen Potential in Schaltungen” mit der Überarbeitung eines existierenden Tutorials zur Einführung des Potentials beschäftigt. Grundlage für das Thema seiner Bachelorarbeit war folgende Beobachtung von Mitarbeitern der Fachdidaktik: In einem an der TUHH durchgeführten Nachtest unter etwa 150 Schiffbau-, Verfahrenstechnik- und Logistikstudierenden der Veranstaltung “Grundlagen der Elektrotechnik 1” wurde festgestellt, dass nur wenige Studierende ein funktionales Verständnis von Potential besaßen. Darüber hinaus schien es, dass die Studierenden die Verbindung zwischen Potential und Spannung noch nicht erkannten.

Felix Lehmann beschäftigte sich folglich mit der Aufgabe, das Tutorial so zu überarbeiten, dass die Studierenden schrittweise und in Kleingruppen lernen, wie Potentiale in einer Schaltung bestimmt und daraus Spannungen ableitet werden. Die Effektivität des Tutorials konnte Lehmann mithilfe von Vor- und Nachtests zum Kenntnisstand unter den Studierenden einschätzen (Abbildung 2: Schaltbild aus dem Vortext zur Bestimmung von Potential). Wenn das von ihm verbesserte Tutorial auch nicht alle vorhandenen Fehlvorstellungen beheben konnte, konnte er dennoch zeigen, dass es sich sehr gut eignet, um bestehenden/bestimmten Fehlvorstellungen wirksam zu begegnen.

Studierende, die Interesse an einer Abschlussarbeit (Bachelor oder Master) in der Fachdidaktik haben, finden mögliche Themen auf unserer Webseite unter studentische Abschlussarbeiten.