Das Zusammenspiel von Zufall und Gesetzmäßigkeiten in der nichtlinearen Dynamik

Das Zusammenspiel von Zufall und Gesetzmäßigkeiten bildet einen zentralen Aspekt der Dynamik von nichtlinearen Systemen. Es ist kennzeichnend für die Langzeitentwicklung deterministisch chaotischer Systeme sowie für die Bildung von Strukturen, die sich aus Selbstorganisationsprozessen ergeben oder eine fraktale Gestalt aufzeigen. Aus didaktischer Sicht ist die Auseinandersetzung mit nichtlinearen Systemen unter dem Aspekt des Zusammenspiels von Zufall und Gesetzmäßigkeiten für die Entwicklung eines angemessenen naturwissenschaftlichen Weltbilds und naturwissenschaftlicher Denkweisen von besonderer Bedeutung. Im Rahmen des Modells der didaktischen Rekonstruktion wird der Bildungswert des Zusammenspiels von Zufall und Gesetzmäßigkeiten in der nichtlinearen Dynamik untersucht, die Grundideen werden unter didaktischer Perspektive herausgearbeitet, und es wird empirisch erkundet, inwieweit Schüler der 11. Gymnasialklasse ein wissenschaftliches Verständnis des Zusammenspiels entwickeln können. Bei der empirischen Studie handelt es sich um eine qualitative Lernprozessstudie, in der die Methode des sogenannten teaching experiment (Lehr-Lern-Interviews) im Kleingruppen-design verwendet wird. Es wird eine Unterrichtssequenz entwickelt, bei der drei Experimente, die zentrale Merkmale der Dynamik von nichtlinearen Systemen erkennen lassen (deterministisches Chaos, Selbstorganisation und Fraktale), und ein lineares Beispielsystem als Vergleichsexperiment zum Einsatz kommen. Die Auswertung zeigt, dass die meisten Schüler zum angestrebten Verständnis des Zusammenspiels von Zufall und Gesetzmäßigkeiten in der nichtlinearen Dynamik geführt werden können. Die Lernprozesse werden im Wesentlichen von den Schülervorstellungen zu Zufall und Gesetzmäßigkeiten, von den Merkmalen der einzelnen Experimente sowie von affektiven Faktoren beeinflusst. Die Ergebnisse lassen ebenfalls auf eine Ausdifferenzierung bzw. Revision der Schülervorstellungen zu Zufall und Gesetzmäßigkeiten sowie zur Physik schließen.