STAATLICHES SEMINAR FÜR DIDAKTIK UND LEHRERBILDUNG NÜRTINGEN                                       (GRUNDSCHULEN, WERKREAL...
2. KompetenzanalyseKompetenzanalyseDie im Rahmen der Unterrichtseinheit angestrebten Kompetenzen und die zugehörigen In-ha...
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Bezugsquellen für MaterialienVersuchsmaterialien:z.B. http://www.phywe.de/7/Schule.htmBauteile für den elektronischen Stun...
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STE-PS Doku Elektronischer Stundenplan - Klasse 8
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STE-PS Doku Elektronischer Stundenplan - Klasse 8

  1. 1. STAATLICHES SEMINAR FÜR DIDAKTIK UND LEHRERBILDUNG NÜRTINGEN (GRUNDSCHULEN, WERKREALSCHULEN UND HAUPTSCHULEN) STE-PS Science Teacher Education - Principles and Standards Dokumentation einer themenorientierten Unterrichtseinheit Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (GWRHS) Nürtingen, 2010 – http://www.ste-ps.euDokumentation einer Unterrichtseinheit1. Allgemeine AngabenKompetenzorientierte Formulierung des ThemasBau eines elektronischen Stundenplans– Erwerb von Grundlagen der Elektronikim MNT-Unterricht der Klasse 8Autorin/ AutorTorsten WilckeKlassenstufe Zeitumfang in Stunden Schule8 20 Stunden + 10 GHWRS Ersbergschule Nürtingen StundenOrganisationsform der Unterrichtssequenzthemenorientiert/projektorientiert (auf Präkonzepten und Interessen aufbauend, mehr-perspektivisch, handlungs- und produktorientiert)Struktur des Lernprozessessituiert (aktiv, selbstgesteuert, konstruktiv, situativ, sozial); kooperativAnmerkungenAus organisatorischen Gründen gliederte sich das Projekt in zwei Abschnitte.Zunächst erfolgte eine Phase der auf das Produkt bezogenen Grundlagenvermitt-lung, auf welcher die Dokumentation beruht. Daran schloss sich die eigentliche Bau-phase an.
  2. 2. 2. KompetenzanalyseKompetenzanalyseDie im Rahmen der Unterrichtseinheit angestrebten Kompetenzen und die zugehörigen In-halte finden sich vorwiegend im Kompetenzfeld „Elektrifizierte Welt“ innerhalb der Bildungs-standards für den Fächerverbund MNT. Bezüge bestehen auch zum Kompetenzfeld „Arbeit-Produktion-Technik“, in den Bildungsstandard für den Fächerverbund Wirtschaft-Arbeit-Gesundheit (WAG). Während der Planungsphase wurden die Bildungsstandards in eine ge-eignete Themenstruktur übersetzt. Im Hinblick auf die angestrebten Kompetenzen und Inhaltewurden Schwerpunkte gesetzt und es wurde gemeinsam mit den SuS eine logische Abfolgeder Bearbeitung festgelegt, wobei sich sechs Unterrichtssequenzen ergaben. Deren kompe-tenzorientierte Lernziele, die angestrebten fachlichen Kompetenzen, Produktbezüge, Inhaltesowie die daran maßgeblich eingeübten Denk- und Arbeitsweisen sind im Folgenden zusam-mengefasst. Für die Einzelstunden wurden jeweils Kriterien sowie operationalisierbare Indi-katoren formuliert, die hier nicht im Einzelnen aufgeführt werden. Sequenz 1: Der einfache elektrische Stromkreis Kompetenz: Die SuS kennen Grundlagen der Elektrizitätslehre. Kompetenz- Die SuS erkennen, welche Anschlussbedingungen erfüllt sein müs- orientiertes sen, damit ein elektrisches Gerät wie der elektronische Stundenplan Lernziel: funktionieren kann. Bezug zum • Zu erfüllende Anschlussbedingungen • Wahl der Schaltungsart Produkt: • Entwurf des Schaltplans Inhalte und • Gefahren des elektrischen Stroms 1 • Conceptual Cartoons Methoden: • Freies Experimentieren • Der elektrische Stromkreis als System • Analogie Wasserkreislauf • Schaltzeichen und Schaltpläne • Reihen- und Parallelschaltung Arbeitsweisen: Erkunden/Experimentieren/Modellieren Sequenz 2: Ladungstrennung und Stromfluss Kompetenz: Die SuS kennen Grundlagen der Elektrizitätslehre.1  Siehe Anhang 8.4. 
  3. 3. Kompetenz- Die SuS erkennen die Möglichkeit der Trennung von Ladungen auf-orientiertes grund des atomaren Aufbaus der Materie und können den elektri-Lernziel: schen Strom als die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern (Elek- tronen) definieren.Bezug zum Die SuS erkennen, warum mit einer Stromquelle wie der Flach-Produkt: batterie der Betrieb des elektronischen Stundenplans möglich ist.Inhalte und • Schülerversuche zur Elektrostatik mit Luftballons • ElektroskopMethoden: • Entstehung von Blitzen (theoretisch und Demonstration mit Bandgenerator) • Bohrsches AtommodellArbeitsweisen: Experimentieren/Vermuten/Beobachten/ModellierenSequenz 3: Die elektrische SpannungKompetenzen: Die SuS können Aufgabenstellungen durch den Bau einfacher elektronischer Schaltungen lösen. Die SuS kennen Grundlagen der Elektrizitätslehre und Elektronik. Die SuS können Messwerte erfassen.Kompetenz- Die SuS messen selbstständig Stromspannungen an verschiedenenorientiertes Stellen im Stromkreis. Die SuS begreifen die Spannung als den La-Lernziel: dungsunterschied zwischen zwei Punkten.Bezug zum • Auswahl der Stromquelle für den elektrischen Stundenplan. • Abstimmung von Stromquelle und Bauteilen im Hinblick auf dieProdukt: Spannung.Inhalte und • Das Vielfachmessgerät • Bauen nach SchaltplanMethoden: • Spannungsmessungen • Die Spannung in der Reihenschaltung • Analogien: o Gravitationsanalogie → Pumpspeicherwerk o Spannung als Ladungsunterschied zwischen zwei PunktenArbeitsweisen: Experimentieren/Vermuten/Prüfen/MessenSequenz 4: Die StromstärkeKompetenzen: Die SuS können Aufgabenstellungen durch den Bau einfacher elektronischer Schaltungen lösen. Die SuS kennen Grundlagen der Elektrizitätslehre und Elektronik. Die SuS können Messwerte erfassen.
  4. 4. Kompetenz- Die SuS können selbstständig die Stromstärke an verschiedenenorientiertes Stellen im Stromkreis messen. Die SuS begreifen die StromstärkeLernziel: als die Anzahl „durchfließender“ Ladungsträger (Elektronen) pro Zeit.Bezug zum • Abstimmung von Bauteilen auf die Stromstärke • FehlersucheProdukt:Inhalte und • Analogie Verkehrsstrom • Analogie FahrradketteMethoden: • Bauen nach Schaltplan • Messen mit dem MultimeterArbeitsweisen: Experimentieren/Modellieren/Vermuten/Prüfen/MessenSequenz 5: Entwurf eines Schaltplans für den elektr. StundenplanKompetenzen: Die SuS können Aufgabenstellungen durch den Bau einfacher elektronischer Schaltungen lösen. Die SuS kennen Grundlagen der Elektrizitätslehre und Elektronik.Kompetenz- Die SuS entwerfen auf Grundlage der bisher erworbenen Kompe-orientiertes tenzen Schaltpläne für den elektronischen Stundenplan und disku-Lernziel: tieren die Ergebnisse.Inhalte und • Anschlussbedingungen • Zeichnen von SchaltplänenMethoden: • Bauteile - Dioden um das „Rückwärtsfließen“ des Stroms zu verhindernArbeitsweisen: Recherchieren/Kommunizieren/Diskutieren/InterpretierenSequenz 6: Der elektrische Widerstand/Das Ohmsche GesetzKompetenz: Die SuS können Aufgabenstellungen durch den Bau einfacher elektronischer Schaltungen lösen. Die SuS kennen Grundlagen der Elektrizitätslehre und Elektronik. Die SuS können Messwerte erfassen.Kompetenz- Die SuS können das Verhältnis zwischen elektrischer Spannung und
  5. 5. orientiertes Stromstärke experimentell erfassen und auswerten. Sie erkennen dieLernziel: Abhängigkeit der Stromstärke vom elektrischen Widerstand.Bezug zum • Berechnung des benötigten Vorwiderstands für die LED´sProdukt:Inhalte und • Elektrischer Stromkreis mit Prüfstrecke • Elektrischer WiderstandMethoden: • Ohmsches GesetzArbeitsweisen: Experimentieren/Vermuten/Prüfen/Messen/Mathematisieren
  6. 6. 3. Sachstruktur des Themenfeldes, Schwerpunktsetzung und BegründungEine Schwerpunktsetzung erfolgte auf Grundlage der für die Produkterstellung benötigten Kompetenzen sowie der während der Themenfelderöff-nung erhobenen Präkonzepte und Interessen.
  7. 7. 4. Analyse fachdidaktischer/fächerverbundspezifischer Aspekte,Schwerpunktsetzung, BegründungAnalyse fachdidaktischer/fächerverbundspezifischer AspekteÜbergeordnetes Ziel der Einheit war es, zu einer grundlegenden naturwissenschaftlichen Bil-dung (Scientific Literacy) im Sinne des Bildungsplans 2004 beizutragen, um den SuS so eineaktive und lebenslange Teilhabe an unserer naturwissenschaftlich geprägten (und elektrifi-zierten) Gesellschaft zu ermöglichen (-->Lebenskompetenz). Das heißt im Wesentlichen ginges um … 1. … die Vermittlung grundlegender Zusammenhänge (Basiskonzepte, z.B. einfacher elektrischer Stromkreis, Ohmsches Gesetz …) 2. … die Schulung und das Einüben naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen (Naturwissenschaft als eine Methode der Fragestellung) 3. … die Reflexion der Lernprozesse.Schwerpunktsetzung und BegründungEinüben naturwissenschaftlicher Denk- und ArbeitsweisenDer Unterricht im Fächerverbund MNT soll zu reflektiertem Handeln befähigen. Grundlagedafür ist die Beherrschung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen. Der Schwer-punkt der Einheit lag in den Bereichen Vermuten, Prüfen, Experimentieren und Messen. Da-rüber hinausgehend wurde ein möglichst ausgewogenes Verhältnis der einzelnen Denk- undArbeitsweisen angestrebt. Als Analyseinstrument diente dabei die Spinnennetzmethode nachStäudel (Vgl. Stäudel 2007).Modellbildung und Nutzung von AnalogienVergleiche mit bekannten Sachverhalten, können den SuS dabei helfen die abstrakten Phä-nomene und Begriffe in den Bereichen Elektronik und Elektrizitätslehre besser zu verstehen(Vgl. Duit 2009). Im Rahmen der Unterrichtseinheit fanden daher eine Reihe von Analogienund Modellen Verwendung: • Ladungstrennung o Bohrsches Atommodell • Einfacher Stromkreis o Wasseranalogie (Wasserkreislauf) • Spannung o Gravitationsanalogie (Pumpspeicherwerk) o Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten • Stromstärke o Fahradkettenanalogie
  8. 8. 5. LernstandserhebungLernstandserhebung (Methoden/Materialien)Die Lernstanderhebung erfolgte schriftlich, in Form eines Fragebogens. Bei der Auswertungzeigte sich, dass bei den SuS kaum Vorkenntnisse im Bezug auf die abgefragten Inhalte vor-handen waren. Sehr viele Fragen wurden gar nicht beantwortet. Dies lag sicherlich auch darinbegründet, dass die Erhebung zu stark auf Inhalte und Fachwissen fokussiert war. Lediglichin den Bereichen Anschlussbedingungen und einfacher Stromkreis verfügten einzelne SuSüber anschlussfähiges Wissen. Für die Planung bedeutete dies einerseits, dass von einerAnfangsunterrichtssituation für die betreffenden Kompetenzen und Inhalte ausgegangenwerden musste. Der Fokus verschob sich dabei von den Grundlagen der Elektronik hin zuden Grundlagen der Elektrizitätslehre.6. Dokumentation und Reflexion von Lernprozessen(Lerntagebuch/Hefte/Ordner)Dokumentation von Lernprozessen a) Durch die Projektordner b) Durch das ProduktReflexion von LernprozessenDie Unterrichtseinheit wurde nach den Prinzipien des kooperativen Lernens durchgeführt, beidenen Reflexionsphasen ein zentraler Bestandteil eines jeden Lernprozesses sind. Das heißt,das Lernen selbst wurde zum Unterrichtsthema gemacht, um den SuS die Möglichkeit zu ge-ben ihre Lernstrategien und Selbstregulationsfähigkeiten in Bezug zu den Lernzielen zusetzen und dadurch die Basis für eine weitere Entwicklung zu schaffen. Die Reflexion bezogsich, in Abhängigkeit vom jeweiligen Unterrichtsverlauf, auf unterschiedliche Aspekte, z.B. dieMethode, den Arbeitsverlauf oder das Thema der Stunde.
  9. 9. 7. AnhangLiteraturangaben - BRÜNING, LUDGER; SAUM, TOBIAS 2007: Erfolgreich unterrichten durch Kooperatives Lernen. Essen: NDS. - DUIT, REINDERS; GROPENGIEßER, HARALD; STÄUDEL, LUTZ 2007: Naturwissenschaft- liches Arbeiten. Unterricht und Material 5-10. Seelze-Veber: Friedrich Verlag. - DUIT, REINDERS 2009: Elektrizitätslehre aus Schülersicht - Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten im Bereich der Elektrizitätslehre. In: Naturwissenschaft im Unterricht Physik. Sammelband Elektrizitätslehre. Seelze-Veber: Friedrich Verlag. - GRÄBER, WOLFGANG; NENTWIG, PETER 2002: Scientific Literacy - Naturwissen- schaftliche Grundbildung in der Diskussion. In: GRÄBER ET AL. (Hrsg.): Scientific Literacy - Der Beitrag der Naturwissenschaften zur Allgemeinbildung, S.7-20. Opladen: Leske + Budrich. - GRÄBER ET AL. (Hrsg.): Scientific Literacy - Der Beitrag der Naturwissenschaften zur Allgemeinbildung, S.7-20. Opladen: Leske + Budrich. - KÖHLER, KARLHEINZ 2004: Nach welchen Prinzipien kann Biologieunterricht ge-staltet werden: In: SPÖRHASE-EICHMANN, ULRIKE; RUPPERT, WOLFGANG (Hrsg.) 2004: Biologiedidaktik. S.25-67. Berlin: Cornelsen Scriptor. - MANDL, HEINZ; KRAUSE, ULRIKE-MARIE 2001: Lernkompetenz für die Wissensgesell- schaft. Forschungsbericht Nr.145, Lehrstuhl für Empirische Pädagogik und pädagogische Psychologie. München: Ludwig Maximilians Universität. - MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG (Hrsg.) 2003: Bildungsplan 2004: Hauptschule. Stuttgart, CD-Version. - RATHGEB, NICOLE; VATER, CHRISTIAN 2007: Themenorientiertes Lernen im Fächer- verbund Mensch - Natur - Technik (MNT). In: Lehren und Lernen. Villingen Schwenningen: Neckar Verlag. - SPÖRHASE-EICHMANN, ULRIKE 2004: Welche Ziele verfolgt der Biologieunterricht. In: SPÖRHASE-EICHMANN, ULRIKE; RUPPERT, WOLFGANG (Hrsg.) 2004: Biologiedidaktik. S.25-67. Berlin: Cornelsen Scriptor. - WILLER, JÖRG 2003: Didaktik des Physikunterrichts. Frankfurt: Harri Deutsch Verlag.Verwendete Internetseiten (mit Datum) - SCHECKER, HORST 2006: Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten im Physikunterricht: http://www.idn.uni-bremen.de/schuelervorstellungen/ (Stand: 10.01.2010) - UNIVERSITÄT REGENSBURG - FACHDIDAKTIK PHYSIK 2009: Schülervorstellungen zur Elektrizitätslehre.: http://www.physik.uni- regensburg.de/didaktik/Prfgsvorb/SchV_ELehre.pdf (Stand: 10.01.2010) - UNIVERSITÄT REGENSBURG - FACHDIDAKTIK PHYSIK 2009: Schülervorstellungen zur Elektrizitätslehre: http://www.physik.uni- regensburg.de/didaktik/Prfgsvorb/SchV_ELehre.pdf (Stand: 10.01.2010) - WILHELM, THOMAS 2007: Schülervorstellungen zur Elektrizitätslehre: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/~wilhelm/Vortraege/Elektrizitaetslehre.pdf (Stand: 10.01.2010)Verwendete Medien • Schulbücher: Erlebnis Natur & Co. 2 (Schroedel) Einblicke 2 (Klett) Materie Natur Technik 5 (Cornelsen) • Materialien zum Experimentieren im Bereich Elektrizitätslehre und Elektronik (Netzteile, Messgeräte, Bandgenerator, Elektroskop - überwiegend von Phywe) • Conceptual Cartoon
  10. 10. Bezugsquellen für MaterialienVersuchsmaterialien:z.B. http://www.phywe.de/7/Schule.htmBauteile für den elektronischen Stundenplanz.B. http://www.traudl-riess.de http://www.conrad.deSonstigesBeteiligung der SuS an der Planung (Ergebnis)Initialfragen:Wir bauen einen elektronischen Stundenplan.Was müssen wir dafür alles wissen und können?Was müssen wir uns vorher alles überlegen?Die Antworten ergaben folgende Struktur: (1) Organisatorisches (2) Grundlagen des elektrischen Stroms • Brauchen wir einen elektrischen Stromkreis? • Wie müssen wir den elektrischen Stromkreis zusammenbauen? • Was ist eigentlich elektrischer Strom und wie entsteht er? • Wie heißt das Messgerät? • Welche Spannung brauchen wir? • Was bedeutet Stromspannung? • Woher nehmen wir den Strom? • Wie viel Strom benötigt man? • Was ist die Stromstärke? • Braucht man eine Batterie oder einen Netzstecker? • Wie kann ich prüfen ob eine Batterie voll ist? (3) Schaltplan und Elektronische Bauteile • Was bewirken die Bauteile im Stromkreis? • Wie heißen die Bauteile? • Was für Bauteile brauchen wir? • Was kosten die Bauteile? • Machen wir vorher eine Zeichnung? • Wie zeichnet man einen Schaltplan? (4) Bau des Stundeplans • Brauchen wir das Lötgerät? • Was für Werkzeuge brauchen wir? • Wie viel Zeit haben wir für das Projekt? • Aus welchem Material soll unser Stundenplan bestehen? • Wie groß wird der Stundenplan sein?
  11. 11. Severin Bauer; http://www.didaktik.physik.uni‐muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/einf_elektrizitaet/index.html

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