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THEMA: Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung

Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 10:02 #68313

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Als ehemaliger Studienrat für das Fach Chemie kenne ich die Verständnisprobleme der Schüler bei chemischen Reaktionen. Es läßt sich zunächst nicht erklären, dass die Stoffe bei chemischen Reaktionen total vernichtet werden z.b wenn aus zwei Giftstoffen durch die chemische Reaktion ein " Lebensmittel" wird ( z.B. Natrium und Chlor zu Kochsalz reagieren) Es bleibt also scheinbar etwas erhalten, um die Reaktion umkehrbar zu machen. So lernen die Schüler, dass Atome erhalten bleiben, die Eigenschaften sich aber vor allem aus der Anordnung der Atome ergeben (Beispiel Diamant und Graphi - gleiche Atonsorte unterschiedliche Anordnung, unterschiedliche Eigenschaften. ) Die Schwierigkeit beim Verständnis liegt daran, dass die Schüler und auch viele Wissenschaftler versuchen, den Mikrokosmos ( die Kontinuumswelt) zu visualisieren. Der Makrokosmos ( die Kontinuumswelt) ist aber überhaupt nicht dazu geeignet Bilder für den Mikrokosmos abzugeben, nein das führt eher zu Verständnisproblemen! So fragten wir vor einigen Jahren Schüler und Studenten auf der Bildungsmesse Didacta nach dem Aussehen von einem Kohlenstoffatom. Die Antworten mündete in Bildern zu Bohrschen Kreisbahnen, wellenmechanischen Bildern zur Wahrscheinlichkeitsverteilung. Interessant war, dass einige Schüler glaubten, dass das Kohlenstoffatom schwarz sei. Das gleiche Problem erzeugen auch Kosmologen mit den Begriffen schwarzes Loch, schwarze Materie, schwarze Energie. Ein Ort von verdichtete Materie als schwarz zu bezeichnen ist sicherlich zum Verständnis unglücklich. Wir neigen dazu, alles, was wir nicht sehen können als schwarz zu bezeichnen. Allerdings tun wir das nicht grundsätzlich. Für alles, was wir scheinbar verstanden haben, benutzen wir diese Bilder nicht. So käme niemand auf die Idee Kräfte ( z.B. Magnetismus oder Gravitation) als schwarz zu bezeichnen oder diese gar fotografieren zu wollen. Der Begriff " schwarzes Loch" impliziert neben der Eigenschaft " schwarz" auch noch das Loch. Löcher im Makrokosmos setzen das Bild frei, dass etwas hinein fällt und auf der anderen Seite heraus fällt. Das ist aber bisher nur nur eine sehr schwache Hypothese. Wenn wir aber verstehen wollen, dass Materie bei totaler Kompression vernichtet und in einen neuen Kraftzustand übergeht, können wir die kosmologischen Phänomene viel besser verstehen. Auch Raum und Zeit passen viel besser in dieses "Bild". Wir müssen also zum Verständnis keine Kräfte mehr visualisieren.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 10:51 #68319

Jo52 schrieb: Ein Ort von verdichtete Materie als schwarz zu bezeichnen ist sicherlich zum Verständnis unglücklich. Wir neigen dazu, alles, was wir nicht sehen können als schwarz zu bezeichnen. Allerdings tun wir das nicht grundsätzlich. Für alles, was wir scheinbar verstanden haben, benutzen wir diese Bilder nicht. So käme niemand auf die Idee Kräfte ( z.B. Magnetismus oder Gravitation) als schwarz zu bezeichnen oder diese gar fotografieren zu wollen. Der Begriff " schwarzes Loch" impliziert neben der Eigenschaft " schwarz" auch noch das Loch. Löcher im Makrokosmos setzen das Bild frei, dass etwas hinein fällt und auf der anderen Seite heraus fällt. Das ist aber bisher nur nur eine sehr schwache Hypothese. Wenn wir aber verstehen wollen, dass Materie bei totaler Kompression vernichtet und in einen neuen Kraftzustand übergeht, können wir die kosmologischen Phänomene viel besser verstehen. Auch Raum und Zeit passen viel besser in dieses "Bild". Wir müssen also zum Verständnis keine Kräfte mehr visualisieren.

Naja, in der Physik ist meines Wissens alles schwarz, was kein (sichtbares) Licht aussendet. Das ist nun mal die Definition von schwarz. Schwarz gilt ja, genau wie weiß, nicht als Farbe. Daher eben Schwarzes Loch, Dunkle (nicht schwarze) Materie und Dunkle Energie, wobei sich das Attribut bei der Energie eher auf den Verstand bezieht, weil ihre Ursache völlig unbekannt ist :).

Im Übrigen ist ein Denken ohne Visualisierungen vielleicht gar nicht möglich, jedenfalls für mich nicht. Jeder gedachte Begriff hat für mich in der Vorstellung irgend eine (wenn auch diffuse) Form zur Abgrenzung von anderen Begriffen, so dass der Verstand bzw. die Logik Angriffspunkte hat für die Verbindung der Gedachten Begriffe beim Denken. Das ist vermutlich evolutionär bedingt ^^.

Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 10:53 #68320

Vielleicht hängt die Prägung solcher Begriffe - mir fällt dazu noch das Wurmloch ein - mit der steigenden Notwendigkeit zusammen, wissenschaftliche Arbeiten populärjournalistisch aufbereiten zu müssen. Das gilt nicht nur für das Blatt mit den großen Buchstaben.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 15:52 #68348

Jo52 schrieb: Löcher im Makrokosmos setzen das Bild frei, dass etwas hinein fällt und auf der anderen Seite heraus fällt.

Wenn ich an ein Loch denke, denke ich zB an ein Loch im Boden, also so etwas wie einen Schacht oder Brunnen, da fällt unten nichts raus, was oben reinfällt.

Bei einem Loch in der Wand denke ich (zuerst) auch nicht daran, dass etwas draußen herausfällt, was ich von innen in das Loch werfe.

Aber egal, jedes Bild hat Vorteile der Veranschaulichung und weckt auch falsche Assoziationen, das ist doch klar. Wenn ich sage, "der Saft schmeckt nach Zitrone" könnte auch die Frage auftauchen, ob er denn "gelb" schmeckt oder wachsig oder bitter wie die Schale....

Wenn ein Atom in Form des Bohrmodells visualisiert wird, dann ist das analytisch. Optisch geht es ja sowieso schlecht bis gar nicht. Was sollte also die Antwort sonst sein? Unsichtbar? Was genau sollte die Frage nach dem "Aussehen" denn bezwecken, wenn nicht Details zu beschreiben?

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 18:37 #68359

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Was genau sollte die Frage nach dem "Aussehen" denn bezwecken, wenn nicht Details zu beschreiben?

Die Übertragung von Bildern der sichtbaren Welt ( des Kontinuumswelt) auf die nicht sichtbare Welt führt leider erfahrungsgemäß zu völlig falschen Vorstellungen, es beschreibt die Details auch immer falsch und führt damit in die Sackgasse. Die nicht sichtbare Welt ( die Diskontinuumswelt) hat nun einmal völlig andere Eigenschaften. Die Begrifflichkeit spielt aber für das richtige Verständnis schon aus didaktischer Sicht eine entscheidende Rolle.
Nun können die Experten ja damit umgehen, wenn sie visualisierte Modelle je nach Erklärungsversuch austauschen, vielen Schülern und Armateuren gelingt das aber meist nicht, sie können sich nicht von diesen Bildern befreien, sie können dann nicht mehr über den Tellerrsnd schauen.
Solche Modelle sind letztlich dann auch im Detail nicht mehr anschaulich. Die nicht sichtbare Welt ist nun einmal eine Black Box, deren Innenleben nicht visualisiert/fotografiert werden kann.
Aber, du hast Recht, letztlich existieren ja diese Begriffe aus der Kontinuumswelt, nur müssen wir immer aufpassen, dass sie nicht zu falschen Vorstellungen führen.
Es sollte daher auch keine grundsätzliche Kritik an den Begriffen sein. Sie scheinen aber vielleicht ein Hindernis am Umdenken zu sein. In diesem Forum geht es ja um Erklärungen für wirksame Kräfte in einem " Raum" zwischen der Materie wie "dunkle Energie oder dunkle Materie" und um einen " Raum " in der die Materie hochverdichtet und vernichten wird (schwarze Löcher") . Materie verwandelt sich in ein Kraftfeld und wird für den makroskopischen Betrachter unsichtbar ( aber eben nicht schwarz) LG Jo

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 18:50 #68361

An einigen Stellen im Forum habe ich auch schon geschrieben, dass Effekte der mikroskopischen Quantenwelt und der Relativitätstheorie zu unserem auf unsere normale Lebensweise optimierten Gehirn und seiner Vorstellungswelt nicht passt.

Ob ein Name wie Schwarzes Loch glücklich gewählt ist, kann man sicherlich diskutieren. Wenn sich so ein Name wie in diesem Fall einmal etabliert hat, ist er aber in der Praxis nicht mehr änderbar. Von den Atomen wissen wir inzwischen ja auch, dass sie aus Komponenten bestehen und teilbar sind.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 18:55 #68362

Jo52 schrieb: sie können sich nicht von diesen Bildern befreien, sie können dann nicht mehr über den Tellerrsnd schauen.

Ja, das ist durchaus ein gutes Stichwort.
Aus meiner Sicht liegt dies aber an einer einseitigen Veranschaulichung.

Wenn ich jemandem Licht (Photonen) als eine Welle beschreibe, dann wird er (vielleicht) zuerst an eine Sinuswelle aus dem Matheunterricht denken. Daher wäre es eben erforderlich, ihm sofort das Bild einer Seefläche zB mit ringförmigen Wellen gegenüberzustellen und dann zu erklären, dass sich Licht aber räumlich ausbreitet, also als Kugelwelle, wo die Seefläche als Schnitt durch den Äquator und die Sinuswelle als Schnitt durch den Radius der Äquatorebene angesehen werden kann, um ihm dann sofort zui sagen, dass das Licht aber auch als korpuskelartiges Teilchen angesehen werden kann oder als Antregung eines Feldes....

Der Fehler liegt nicht am Schüler oder an einem Bild sondern an einem einseitigen Bild.

Das Bohrsche Atommodell halte ich für sehr anschaulich und die Verteufelung dieses Bildes halte ich für unangemessen. Es bedarf nur zusätzlicher Bilder wie etwa einer Elektronenwolke oder (besser gesagt "und") Aufenthaltsorbitale....am besten alle Bilder, die das gesamte Wissen des Ausbilders abbilden.

Aber ganz habe ich noch nicht verstanden, wie ein Kohlenstoffatom aussieht, wenn man über den Tellerrand schaut....unsichtbar? Wäre das die Antwort, die ein Schüler auf eine vernünftig klingende Frage geben soll? Mit Scherzfragen rechnet man ja normal nicht. Oder soll er sagen "das kommt darauf an" womit man es bestrahlt? Und wie sieht das dann aus, wenn man es mit Elektronen bestrahlt? Kugelförmig? Oder hängt das dann von der Molekularstruktur, Kristallgitter etc ab. Ich wüßte das nicht.

Ich denke, dass man eine präzise Antwort nur erwarten darf, wenn man ein präzise und verständliche Frage stellt. Ein Schüler wird auch meist genau mit dem antworten, was er gelernt hat und nicht mit dem, was er sich dabei denkt.

Wenn Du mir sagst, wie der Thread heißen soll, kann ich den Titel korrigieren, "Neibild" dürfte jedenfalls ein Tippfehler sein, und auch "Vernichtung" und "Materie" wird wohl nicht dazu gehören.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 20:24 #68363

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Lieber Ra-raisch,
natürlich sind bei fast allen von uns Bilder und Assoziationen von der nicht sichtbaren Welt im Kopf. Ich will auch auf keinen Fall die vielen historisch entworfenen und entwickelten Modellbilder verteufeln. Wenn wir aber für eine Zeit diese Bilder der black-box einmal aus unserem Kopf ausschalten, kommen wir eventuell zu neuen verständlicheren Erkenntnissen, um mit den Bildern (dunkle Energie, dunkle Materie, schwarzes Loch) weiterzukommen.
So ist den Experten natürlich klar, dass ein Kohlenstoffatom nicht schwarz ist; auch fliegen keine geladenen Kugeln um einen kugelförmigen Kernhaufen aus Protonen und Neutronen. Das Atom hat auch keine Hantelgestalt (abgeleitet aus der Schrödingern-Gleichung). Wenn wir das Atom daher allein aus den Erkenntnissen der Messungen (z.B. Ladung, starken und schwachen Kernkräften, Masse) beschreiben, ist das manchmal hilfreicher als die Dinge zu visualisieren. So forschen wir an den Kräften, die von einem "'materiefreien Raum" ausgehen - beschrieben als "dunkle Materie und dunkle Energie" und Kräften die von "Räumen" der Materieverdichtung und Vernichtung ausgehen (schwarze Löcher), dabei wird die Materie natürlich nicht schwarz sondern in ein Kraftfeld überführt. Ein Kraftfeld ist bekanntermaßen nicht schwarz aber halt nicht direkt sichtbar, genau wie die Kraft, die vom Magnetismus oder der Gravitation erzeugt wird. Lg Jo

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 20:31 #68364

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Wäre lieb, wenn du die o.a. Tippfehler in der Überschrift des Fadens korrigieren würdest. Ich konnte die nicht mehr korrigieren.

"Weshalb gibt es Verständnisprobleme mit den Begriffen Materie, deren Vernichtung und deren Neubildung ?"

Vielen Dank !

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 20:36 #68365

Ich musste den Titel etwas abkürzen, Längenüberschreitung.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 20:46 #68366

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perfekt, danke!

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 21:45 #68368

Jo52 schrieb: So ist den Experten natürlich klar, dass ein Kohlenstoffatom nicht schwarz ist;

Das ist eine durchaus interessante Frage.
Bei Metallen weiß ich zB, dass alle Metalle schwarz sind außer Gold und Kupfer, man nennt dies die Strichfarbe oder den Strich. Aber das sind natürlich nicht einzelne Atome sondern nur feines amorphes Granulat. Welche Wellenlängen von einzelnen Atomen bevorzugt reflektiert werden, wäre nun wieder als Alltagsfarbe ziemlich irrelevant. Vermutlich müßte man da eher von "unsichtbar" sprechen als von einer Farbe, denn ein schwarzer Schatten wird allein schon wegen der Umflutung nicht sichtbar sein.
Es gibt aber sog.Kohlenstoffsterne, die einen hohen Anteil an C haben und deshalb
wiki: Aus deren Spektren adsorbiert die „rußige“ Außenhülle der Sterne die blauen und gelben Licht-Anteile. Dies führt für den Beobachter zu ihrer ausgesprochen roten Erscheinung.
Das ist nun zwar ncht die Farbe des Kohlenstoffs aber doch eine Farbe, die man ihm infolge der Adsorption der anderen sichtbaren Wellenlängen zuschreiben könnte.

In diesem engen Sinne hätte ja fast nichts eine Farbe, wenn man nur die Eigenstrahlung darunter verstehen wollte. Bäume wären allenfalls leicht dunkelrot, weil sie Wärmestrahlung abgeben aber eben nicht grün leuchten etc.

Sie sehen, neben den plakativen Bildern im Kopf kommt eben auch immer die (in)exakte Fragestellung und das unterschiedliche Verständnis (Sinn und Zweck) der Frage komplizierend hinzu.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 22:28 #68375

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Ja, diese Probleme haben auch die Schüler, wenn sie die makroskopischen Eigenschaften auf die atomare Ebene übertragen. Ein einzelnes Kohlenstoffatom hat natürlich nicht die Eigenschaft " schwarz " zu sein. Es hat diese Eigenschaft nicht, auch hat es keinen Aggregatzustand, obwohl Schüler es in der Umfrage sowohl als fest als auch als gasförmig beschrieben haben. Diese "stoffliche" Eigenschaft ist aber für den Mikrokosmos der einzelnen Atome nicht anwendbar! Das einzelne Atom ist letztlich nur als Kraftfeldaggregation zu verstehen. Diese ist bildlich - wenn überhaupt - nur indirekt darstellbar. Wenn sich Kohlenstoffatome allerdings in großer Anzahl anordnen, erzeugen Sie eine Stoffportion im Makrokosmos ( der sichtbaren Kontinuumswelt) Diese hat erst eine Eigenschaft, die nicht für den Mikrokosmos gilt. So ist der Kohlenstoff in bestimmter Anordnung der Atome schwarz, in einer anderen Anordnung ( Diamant) aber transparent. Es ist halt eine Eigenschaft aus der Kontinuumswelt. Die Diskontinuumswelt muss anders als mit solchen Bildern beschrieben werden. Hier haben wir nur messbare Größen zur Verfügung ( Masse, Ladung, starke und schwache Kernkräfte) , vielleicht noch Wärme und vielleicht ein Hinweis, ob hier ein Materieteilchen, ein Kraftartefakt oder eine Welle vorliegt. Wer soll dann bitte sonst verstehen, was sich im "schwarzen Loch" abspielt? Eine Umwandlung der Materie in ein Kraftfeld läßt sich schon leichter verstehen. Auch läßt sich gut verstehen, dass in einem Kraftfeld ohne Materie keine Ereignisse stattfinden, somit auch die Zeit still steht. Mit makroskopischen Bildern gelingt mir da kein Verständnis. LG Jo

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 22:56 #68378

Jo52 schrieb: Ja, diese Probleme haben auch die Schüler, wenn sie die makroskopischen Eigenschaften auf die atomare Ebene übertragen. Ein einzelnes Kohlenstoffatom hat natürlich nicht die Eigenschaft " schwarz " zu sein. Es hat diese Eigenschaft nicht, auch hat es keinen Aggregatzustand, obwohl Schüler es in der Umfrage sowohl als fest als auch als gasförmig beschrieben haben. Diese "stoffliche" Eigenschaft ist aber für den Mikrokosmos der einzelnen Atome nicht anwendbar! Das einzelne Atom ist letztlich nur als Kraftfeldaggregation zu verstehen. Diese ist bildlich - wenn überhaupt - nur indirekt darstellbar. Wenn sich Kohlenstoffatome allerdings in großer Anzahl anordnen, erzeugen Sie eine Stoffportion im Makrokosmos ( der sichtbaren Kontinuumswelt) Diese hat erst eine Eigenschaft, die nicht für den Mikrokosmos gilt. So ist der Kohlenstoff in bestimmter Anordnung der Atome schwarz, in einer anderen Anordnung ( Diamant) aber transparent. Es ist halt eine Eigenschaft aus der Kontinuumswelt. Die Diskontinuumswelt muss anders als mit solchen Bildern beschrieben werden. Hier haben wir nur messbare Größen zur Verfügung ( Masse, Ladung, starke und schwache Kernkräfte) , vielleicht noch Wärme und vielleicht ein Hinweis, ob hier ein Materieteilchen, ein Kraftartefakt oder eine Welle vorliegt. Wer soll dann bitte sonst verstehen, was sich im "schwarzen Loch" abspielt? Eine Umwandlung der Materie in ein Kraftfeld läßt sich schon leichter verstehen. Auch läßt sich gut verstehen, dass in einem Kraftfeld ohne Materie keine Ereignisse stattfinden, somit auch die Zeit still steht. Mit makroskopischen Bildern gelingt mir da kein Verständnis. LG Jo

Naja ich muss dennoch widersprechen. Farbe ist eine Definitionsfrage und ohne Vorgabe kann die Definition unterschiedlich ausfallen. Beim Aggregatszustand kommt es selbstverständlich vor allem auch auf die Temperatur an, so wird bei 0 K vielleicht auch ein einzlenes Kohlenstoffatom supraleitend sein und ab einer bestimmten Temperatur den Plasmazustand einnehmen, auch wenn man bei einzelnen Atomen eigentlich nicht von einer Temperatur reden kann. Ohne exakte Fragestellung muss oder darf sich aber jeder seinen eigenen Kontext bilden und sich ein Kohlenstoffatom im Verband vorstellen, ob nun als Granulat, als fein verteilter Staub oder im Kristallgitter. Beim Kristall würde ich allerdings nicht dem Kohlenstoff die etwaige Farbe zuschreiben sondern dem Kristall also der Struktur.

Vor allem impliziert die Fragestellung nach der Farbe, dass irgend eine Farbe gemeint ist. Die Antwort "keine" ist systemfremd, typisch für IQ-tests oder Scherzfragen. Der Schüler will die vermutete Erwartung erfüllen und wird daher notfalls eine Farbe raten. Die Frage wäre im Grunde bereits eristisch.
wiki: Eristik (abgeleitet von griechisch ἐριστικὴ τέχνη (eristiké téchne) von ἐριστικός = streitsüchtig und τέχνη = Kunst, Kunstgriff, List, Betrug) ist die Lehre vom Streitgespräch und die Kunst der Widerlegung in einer Diskussion oder Debatte. Der Begriff findet sich in diesem Zusammenhang in Philosophie und Rhetorik.

Aber wie ich gerade nochmals nachgelesen habe, kam die Farbgebung duch die Schüler wohl ungefragt...naja nach dem "Aussehen" wurde schon gefragt.

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Verständnisprobleme mit Begriffen von Materie, ihrer Vernichtung und Neubildung 03 05. 2020 23:06 #68379

Gut lassen wir die Detailfragen.

Natürlich haben Bilder Macht zu veranschaulichen und erzeugen auch Ohnmacht, sich dagegen zu wehren. Wie ich anfangs schon sagte, sollten daher immer mehrere Beilder parallel angeboten werden. Und die Grenzen der Bilder aufgezeigt werden. Das ist wie in der Mathematik mit Definitionsbereich und Wertebereich und wird in der Physik bei der Anwendung von Formeln (durch Laien) gerne vergessen, aber auch bei Neuland gerne versuchsweise angewendet.

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