Reihen- und Parallelschaltung im Physikunterricht: Stromkreise messen und verstehen

Warum Schaltungen oft falsch gedeutet werden

Die Elektrizitätslehre der Sekundarstufe I gilt als dankbares Themenfeld, weil sich alles messen und zeigen lässt. Zugleich hält sie eine besondere Schwierigkeit bereit: Der Gegenstand ist unsichtbar. Lernende sehen eine leuchtende Lampe, aber nicht, was im Draht geschieht. Deshalb bilden sie eigene Vorstellungen, und diese sind bemerkenswert stabil.

Material zu diesem Artikel

Die im Text erwähnten Unterrichtsmaterialien auf einen Blick. Digitaler Download, sofort einsetzbar.

Der elektrische Stromkreis | Leiter, Schaltungen & Sicherheit | P... €9,90Ansehen Reihen- und Parallelschaltung – Stromkreise verstehen - Unterrich... €19,99Ansehen Strom und Elektrizität - Unterrichtsreihe SEK I €9,99Ansehen

Drei Deutungen treten regelmäßig auf. Die erste ist die Verbrauchsvorstellung: Strom fließe von der Quelle zur Lampe und werde dort aufgebraucht, weshalb nach der Lampe weniger ankomme. Die zweite ist das sequentielle Denken: Was zuerst im Kreis liegt, bekomme mehr ab. Die dritte ist die Gleichsetzung von Strom und Spannung, sprachlich begünstigt durch Wendungen wie starker Strom für hohe Spannung.

Alle drei lassen sich nicht durch Erklärungen ausräumen, sondern nur durch Messungen, die der eigenen Erwartung widersprechen. Genau darauf sollte die Unterrichtsplanung zielen: erst Vorhersage, dann Messung, dann Auflösung des Widerspruchs.

Die Bausteine: Schaltplan, Messung, Auswertung

Voraussetzung ist ein sicherer Umgang mit dem einfachen Stromkreis. Das Material Der elektrische Stromkreis - Leiter, Schaltungen und Sicherheit deckt diese Grundlage ab, von der Bedingung des geschlossenen Kreises über Leiter und Nichtleiter bis zu den Schaltzeichen. Wie sich der Einstieg gestalten lässt, beschreibt der Beitrag zum Stromkreis in Klasse 7.

Für den eigentlichen Vergleich der beiden Schaltungsarten eignet sich das Material Reihen- und Parallelschaltung - Stromkreise verstehen. Es führt die beiden Grundformen nebeneinander ein und stellt Messprotokolle bereit, mit denen die Zusammenhänge selbst gefunden werden können.

Zentral ist das saubere Zeichnen von Schaltplänen. Wer einen Aufbau nicht in einen Plan übersetzen kann, wird auch die Messung nicht deuten können. Bewährt hat sich die Doppelaufgabe: Zu jedem Aufbau wird der Plan gezeichnet, zu jedem Plan der Aufbau erstellt. Eine breitere Einbettung des Themas bietet die Reihe Strom und Elektrizität für die Sek I.

Reihe und Parallel im direkten Vergleich

Der Erkenntnisgewinn entsteht aus dem Gegenüberstellen. In der Reihenschaltung liegen alle Bauteile hintereinander in einem einzigen Weg. Die Stromstärke ist an jeder Stelle gleich groß, während sich die Gesamtspannung auf die Bauteile aufteilt. Fällt ein Bauteil aus, ist der Kreis unterbrochen.

In der Parallelschaltung liegen die Bauteile in getrennten Zweigen zwischen denselben beiden Punkten. An jedem Zweig liegt dieselbe Spannung an, während sich die Gesamtstromstärke auf die Zweige aufteilt. Fällt ein Zweig aus, arbeiten die übrigen weiter.

Diese vier Aussagen sind der Kern der Einheit. Sie sollten nicht vorgegeben, sondern aus Messreihen gewonnen werden. Praktikabel ist ein Vorgehen in drei Schritten: Zuerst sagen die Lernenden schriftlich voraus, was das Messgerät anzeigen wird. Dann wird gemessen. Danach wird die Abweichung zwischen Vorhersage und Messwert besprochen. Dieser dritte Schritt ist der wichtigste und wird am häufigsten weggelassen.

Ein anschauliches Alltagsbeispiel rundet die Einheit ab: Die Zimmerbeleuchtung einer Wohnung ist parallel geschaltet, weil sonst der Ausfall einer Lampe alle anderen mit abschalten würde. Dass sich auch weit entfernte Vorgänge über einfache Modelle und Vorhersagen erschließen lassen, zeigt der Beitrag zur Astronomie in der Sek I mit Sonnensystem, Mondphasen und Finsternissen.

Sicherheit und Differenzierung

Schülerversuche in der Elektrizitätslehre finden ausschließlich im Kleinspannungsbereich statt. Netzspannung gehört in die Demonstration durch die Lehrkraft, und auch dort nur mit geprüften Geräten. Zur Sicherheitsbelehrung gehört zudem der Hinweis, dass ein Kurzschluss die Quelle stark belastet und Bauteile beschädigen kann.

Für die Differenzierung eignen sich vorbereitete Steckbretter oder Aufbaukarten für Lernende, die mit dem Aufbau ringen, sowie offene Aufträge für schnellere Gruppen, etwa der Auftrag, eine Schaltung zu entwerfen, bei der zwei Lampen unabhängig voneinander geschaltet werden können. Wer das Themenfeld insgesamt planen möchte, findet im Sparpaket Physik Elektrizität und Magnetismus mehrere aufeinander abgestimmte Einheiten; einen Überblick über die Reihenfolge gibt der Beitrag zur Unterrichtsreihe Elektrizität und Magnetismus.

Fazit und Materialtipp

Reihen- und Parallelschaltung sind kein Merkstoff, sondern das Ergebnis eigener Messungen. Wer konsequent mit Vorhersagen arbeitet und die Widersprüche stehen lässt, bis sie aufgelöst sind, erreicht ein belastbares Verständnis, das bis zum Ohmschen Gesetz und darüber hinaus trägt. Eine vertiefte Darstellung der Grundlagen bietet der Beitrag zum Stromkreis in der Sek I. Weiteres Material zum Themenfeld bündelt die Themenseite Stromkreis und Schaltungen.