STE-PS Doku 2010 - Einfache Maschinen - Klasse 2 - v06

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STE-PS Doku 2010 - Einfache Maschinen - Klasse 2 - v06

  1. 1. Thema einfügen 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.eu Einfache Maschinen helfen Menschen: Beim Bau “Einfacher Maschinen“ erwerben Schülerinnen und Schüler der 2.Klasse grundlegendes Wissen über technische Funktionszusammenhänge und zu physikalischen Grundgesetzen der Mechanik.Fächerverbund:Mensch, Natur und KulturKlasse: 2Zeitraum:15.04.2010 - 01.07.2010Lernort Schule Datum Unterrichtssequenzen Std.15.04.10 Erstkontakt mit der Klasse • Potentialorientierte Einzelgespräche 3 • Peernomination • Problemorientierte Teamaufgabe „Brückenbau“29.04.10 Wie und wodurch erleichtern einfache Maschinen Menschen die Arbeit? • Themenfelderöffnung • Sokratisches Gespräch 3 • Gruppenarbeit mit schriftlicher Arbeitsaufgabe • Bauen mit Materialien06.05.10 Wirkungsprinzipien von Stange, Hebel, Seil, Schiefe Ebene erfahren • Erproben technischer Funktionszusammenhänge „einfache Maschinen“ an Stationen in der Sporthalle (Stange, Hebel, Seil und Rolle, Schiefe 3 Ebene, Rollen) • Lerntagebuch20.05.10 Bau einer Hebelmaschine / Durchführung von Versuchen zur Messung der eingesetzten Kraft • Bau der Hebelmaschine mit Hilfe einer Baulanleitung • Versuche zur Hebelwirkung mit unterschiedlichen Gewichtsbelastungen 3 • Dokumentation der Ergebnisse • Festigen der Erkenntnisse im Auswertungsgespräch • Lerntagebuch10.06.10 Hebelgesetz anhand von Versuchen erproben, erkennen und formulieren • Versuchsreihen zum zweiseitigen Hebel mit unterschiedlichen Ausgangsbedingungen (Hebellänge, Gewicht) 3 • Ermittlung von Messergebnissen • Erstellung von Messtabellen • Lerntagebuch 1
  2. 2. 17.06.10 Experimente zur „Schiefen Ebene“ mit Hilfe eines Federkraftmessers, • Problemstellung und Präkonzepte (Concept Cartoon) • Einführung des Kraftmessers • Umbau der Hebelmaschinen zur „Schiefen Ebene“ 3 • Versuchsreihen zur Schiefen Ebene • Ergebnissicherung in Form einer Regelformulierung • Lerntagebuch24.06.10 Erproben und Vertiefen der zwei Grundprinzipien der Kraftersparnis in einer Stationsarbeit • Sokratisches Gespräch 3 • Begriffsklärung „Schiefe Ebene“ und „Hebel“ • Einweisung in Stationsarbeit und anschließende Arbeitsphase • Lerntagebuch und Rückmeldegespräche01.07.10 Erkenntnisse aus der Einheit • Individuelle Rückmeldungen der Kinder • Lernstandserhebung 3 • Erarbeiten der Texte für die Homepage • Rückmeldegespräche und Übergabe der „Diplome“1. Kompetenzanalyse1.1 Kompetenzen, Kriterien und IndikatorenIn dieser Einheit sollen erste Kompetenzen im naturwissenschaftlich-technischenBereich angebahnt und entwickelt werden, die sich im Bildungsplan der Grundschuleim Fächerverbund MeNuK wieder finden: Kompetenzfeld 8: Erfinderinnen, Erfinder, Künstlerinnen, Künstler, Komponistinnen und Komponisten entdecken, entwerfen und bauen, stellen darKompetenzen:• Kennen Beispiele wichtiger technischer Erfindungen aus ihrem Alltag.• Können einfache technische Funktionszusammenhänge erkennen.• Können einfache Gegenstände selbst herstellen und Werkzeuge sachgerecht benutzen.Kriterien IndikatorenSach-fachlicher Bereich:Technische Erfindungen („Einfache • betrachten Bilder, beschreiben was sie sehen undMaschinen“) aus dem was die Menschen damit machenErfahrungsbereich der Kinder • erklären, welche Arbeit die Menschen ausführen und wie die abgebildeten Maschinen dabei helfen. • führen mit Alltagsmaterialien Versuche durch bauen mit Alltagsgegenstände einfache Maschinen nach und dokumentieren ihreEinfache technische BeobachtungenFunktionszusammenhänge • Erproben spielerisch mit Alltagsgegenständen und Sportgeräten einfache technische Funktionszusammenhänge wie Hebel, Schiefe Ebene, Roll- und Gleitreibung 2
  3. 3. • Erleben die konkrete Arbeits- oder Gewichtsentlastung beim Heben und Fortbewegen von schweren Lasten und können ihre Erfahrungen verbalisierenHebelmaschine nach Anleitung • Können mit Hilfe von Bauanleitungen (Bild undzusammenbauen Text) die Hebelmaschine zusammenbauen und Bauteile mit den Fachbegriffen benennenWerkzeuge sachgerecht benutzen • Können Werkzeuge zum Montieren und Bauen sachgerecht benutzen und kennen ihre FunktionHebel und Schiefe Ebene als • Untersuchen die Funktion von Haushaltsgerätemechanisches Prinzip bei Geräten und Alltagsgegenstände hinsichtlich ihrerund Gebrauchsgegenständen technischen Funktionsprinzipien • Beschreiben das Funktionsprinzip und erklären weshalb diese Geräte die menschliche Arbeit erleichtern Kompetenzfeld 7:Natur macht neugierig: Forschen, experimentieren, dokumentieren, gestaltenKompetenz:• Einfache Experimente mit und ohne Anleitung durchführen, beobachten und dokumentierenKriterien IndikatorenMethodischer Bereich:Experimente zu Hebelwirkung • Erproben mit Hilfe der Hebelmaschine die Gesetzmäßigkeiten des zweiseitigen Hebels • Variieren die Aufgaben, beobachten und formulieren auf der Wenn-Dann-Ebene das HebelgesetzExperimente zur Schiefen Ebene • Erproben mit Hilfe der Hebelmaschine die Gesetzmäßigkeiten der Schiefen Ebene • Variieren die Aufgaben beobachten und formulieren auf der Wenn-Dann-Ebene die Kraftersparnis durch den Einsatz der Schiefen EbeneEinfache Experimente zur • Experimentieren mit der Hebelmaschine indemHebelwirkung und Schiefen Ebene sie unterschiedliche Versuchsreihen erprobenmit und ohne Anleitung und sich die Gesetzmäßigkeiten des zweiseitigen Hebels selbst erarbeiten. • Experimentieren mit der zur Schiefen Ebene umgebauten Hebelmaschine indem sie unterschiedliche Längen und Steigungen erproben und sich die Gesetzmäßigkeiten der Schiefen Ebene selbst erarbeiten.Dokumentation im Lerntagebuch • Erstellen Zeichnungen, Tabellen, Versuchsreihen und dokumentieren dies im Lerntagebuch 3
  4. 4. Kompetenzfeld 1:Wer bin ich, was kann ich: Kinder entwickeln und verändern sich, stellen sich darKompetenzen:• Eigene Fähigkeiten und Fertigkeiten erkennen, weiterentwickeln und situationsgerecht anwenden• Aus praktischen Tun Freude und Zuversicht in die eigene Leistungsfähigkeit entwickelnKriterien IndikatorenPersonaler Bereich:Technische Fähigkeiten und • Können durch eigenes, praktisches Handeln imFertigkeiten ausbilden Umgang mit der Hebelmaschine Erfahrungen machen, diese verbalisieren, reflektieren und weiter entwickelnEigene Leistungsfähigkeit erkennen • erkennen in der Arbeit im Team, die eigenen Stärken und bringen diese in die Gruppe ein Kompetenzfeld 2:Ich du wir: Zusammen leben, miteinander gestalten, voneinander lernenKompetenzen:• Erkennen, dass eigen Fähigkeiten und Fertigkeiten in der Gruppe wirksam werden• Einander zuhören, Erfahrungen und Meinungen anderer aufnehmen, sowie die eigene Meinung äußern 8Kriterien IndikatorenSozial-kommunikativer Bereich: • Arbeiten und experimentieren im Team undArbeiten im Team bringen ihre Potentiale in die Arbeitsaufgaben ein • Diskutieren und Reflektieren ihre Erfahrungen,Diskutieren und Reflektieren modifizieren die Aufgaben und bewerten ihre Erkenntnisse2. Didaktisches Konzept1Wir verstehen im STE-PS Projekt Lernen grundsätzlich als konstruktiven, aktiven,kumulativen und zielgerichteten, sowie als situierten, interaktiven und selbstgesteuertenProzess. Dieser Grundsatz wurde in der vorliegenden Einheit durch verschiedenedidaktische Prinzipien gewährleistet.Scientific Literacy:Grundlage war der Ansatz von Scientific Literacy, der naturwissenschaftlichen Grundbildung.Schülerinnen und Schüler werden hierbei durch das Aufzeigen von Phänomenen dazuangeregt, naturwissenschaftliche Fragestellungen zu entwickeln und diese mit Hilfe vonnaturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen zu bearbeiten, um so Erkenntnisse darauszu gewinnen. Ebenso gilt dies auch für die Technische Grundbildung, bei der es um dieAnwendung technischer Methoden und Verfahren zur Lösung entsprechenderProblemstellungen geht.Gestaltete Lernumgebung:Außerdem war eine gestaltete Lernumgebung einer der Bausteine der Einheit. Durch einegenaue und durchdachte Vorbereitung der Materialien und Bereitstellung verschiedener1 http://www.scribd.com/doc/27484894/STE-PS-Didaktisches-Rahmenkonzept-v01 4
  5. 5. Hilfsmittel sowie ein durchgängiges Regel-/Ritualkonzept können Schülerinnen und Schülerihren Lernprozess selbständig steuern. Dies begünstigt einen schülerorientierten Lernansatz.Der Lehrer kann sich somit zurücknehmen und als Begleiter und Moderator des Lernensfungieren. Jede Unterrichtssequenz folgte einem ritualisierten Ablauf, der mit eineminformierenden Einstieg begann und jeweils mit einem Abschiedsritual endete.Wiederkehrende Methoden, wie das sokratische Gespräch oder die Bauphase, gaben denSchülerinnen und Schülern Sicherheit und Gelegenheit ihre Erkenntnisse auch mündlich imPlenum zu reflektieren.Authentic Assessment:Konstruktives und situiertes Lernen impliziert im naturwissenschaftlich-technischenUnterricht eine Form der Leistungsbewertung, die die Kompetenzen und Fähigkeiten derSchülerinnen und Schüler in authentischen Prozessen berücksichtigt, in denen sie alleineoder im Team Probleme bearbeiten und dabei miteinander kommunizieren und sichunterstützen (Authentic Assessment). Dies kann unter Anderem die Arbeit mit einemLerntagebuch sein. In der Unterrichtseinheit diente das Lerntagebuch den Schülerinnen undSchülern dazu, ihre Lernprozesse zu reflektieren und sich über eventuelle Verständnis-schwierigkeiten klar zu werden. Außerdem waren die Lerntagebücher eine gute Grundlage,um die Inhalte der Einheit immer wieder aufs Neue zu überdenken und sie so besser auf dieKlasse abzustimmen.Deutsch als Unterrichtsprinzip:Bei der Arbeit mit dem Lerntagebuch konnte so auch Deutsch als Unterrichtsprinzip stärkermit eingebunden werden. Die Schülerinnen und Schüler konnten hier gemäß ihrenindividuellen Fähigkeiten schriftliche oder bildliche Einträge zu ihren Erkenntnissen festhaltenund diese so weiter vertiefen. In gezielt eingesetzten Reflexionsphasen undUnterrichtsgesprächen konnten die Schülerinnen und Schüler ihre Fertigkeiten im BereichSprechen ausdifferenzieren.Heterogenität:Lerngruppen sind heterogen zusammengesetzt. Dies bietet zum Einen neue Lernchancenfür den Einzelnen, zum Anderen bedingt die Heterogenität auch eine Abstimmung derMethoden, sowie der Inhalte und Konzepte. In dieser Einheit wurden daher auf der Basis derErgebnisse eines Soziogramms und verschiedener diagnostischer Tests Kleingruppengebildet. Dies gewährleiste, dass Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen Interessenwie auch mit unterschiedlichem Vorwissen in einem entsprechenden Lernszenario arbeitenkonnten. Weiterhin wurde durch eine „natürliche Differenzierung“ von der Sache aus, derheterogenen Zusammensetzung Rechnung getragen.3. Analyse der Sache und des Inhalts3.1 Einfache Maschinen2Unter einer einfachen Maschine versteht man in der Physik und der TechnischenMechanik eine Vorrichtung, welche Ansatzpunkt, Richtung oder Größe einer Kraft verändert,um die vorhandene Kraft möglichst zweckmäßig zur Verrichtung von Arbeit einzusetzen.Bis heute besteht praktisch jede mechanische Maschine aus einer Kombination voneinfachen Maschinen.Es lassen sich vier grundlegende einfache Maschinen unterscheiden, die sich nicht weiter inWirkprinzipien untergliedern lassen: Das Seil und die Stange, sie verlagern den Punkt, an dem eine Kraft ansetzt Die Rolle, zum Umlenken der Kraft, sie verlagert Angriffspunkt und Richtung der Kraft Der Hebel, verändert Ansatzpunkt und Größe einer Kraft, und kehrt ihre Richtung um Die Schiefe Ebene, verändert die Größe und Richtung einer Kraft2 http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/378726 5
  6. 6. 3.2 Beispiele kombinierter einfacher Maschinen Flaschenzug: Seil und Rolle Wellrad: Hebel und Stange Keil: zwei schiefe Ebenen Schraube: Stange und schiefe Ebene (sie wird in der Antike zu den fünf grundlegenden Maschinen gezählt) Zahnrad: Wellrad und schiefe Ebene Kurbel: Hebel und WellradDiese Kombinationen bilden die Basis aller Werkzeuge.Eine der einfachsten Anwendungen ist die, bei der die Richtung der Kraft so verändert wird,dass die Schwerkraft unterstützend mit eingesetzt werden kann (Waage, Rad).Andere dienen der Ergonomie, unterstützen also etwa „mangelnde Ausrüstung“ desMenschen (Zange, Stock) oder „konzentrieren“ den Krafteinsatz (Seilwinde, Klinge, Nagel).3.3 Geschichtliche AspekteEinfache Maschinen sind in Verwendung, seitdem der Mensch gelernt hat, mit Werkzeugenumzugehen. Die Stange als Stock oder Keule, der Keil als Faustkeil, das Seil gehören zu den Anfängen des Menschen als homo habilis – obschon sich ihre Verwendung auch bei Tieren im Sinne dieser einfachen Mechanik nachweisen lässt. Werkzeuge wie Hebel und Keil zum Heben schwerer Massen, die Rolle zum Bewegen sind wohl schon bei den ersten steinzeitlichen Bautätigkeiten verwendet worden. In Ägypten wurden Umlenkrollen verwendet, um z. B. Obelisken aufzustellen. Auch die Römer verwendeten sie bei ihren Baukränen.Einfache Maschinen bilden auch die Basis der Maschine im heutigen SinneDer Bau der großen Kathedralen des Mittelalters wäre ohne die Anwendung mechanischerMaschinen, wie dem Flaschenzug, Seilwinden und Treträdern, die von Windenknechtenbedient wurden, nicht möglich gewesen.4. Sachstruktur des Themenfeldes 6
  7. 7. 5. Medien und MaterialienMaterialien für die UnterrichtsarbeitMaterialbox: - schriftliche Bauanleitung für die HebelmaschineKleingruppe (3 Kinder) - Bauteile für die Hebelmaschine/Schiefe Ebene - Arbeitsaufträge, Arbeitsblätter - Gruppensymbole zur OrientierungGanze Klasse - Symbolkarten für Unterrichtsphasen - Symbolkarten zur Einhaltung der Gruppenregeln - Differenzierungsaufgaben (jeweils pro Unterrichtssequenz) - Symbolkarten zum Begrüßungs-/Abschiedslied - Lerntagebuch - Namensschild mit Gruppensymbol6. LiteraturangabenMandl, Heinz / Kopp, Birgit: Auf dem Weg zu einer neuen Lehr-Lern-Kultur. Ein Beitrag zum situiertenLernen. In H. Altenberger, P. Schettgen & M. Scholz (Hrsg.) 2003: Innovative Ansätze konstruktivenLernens (S. 70-88), Augsburg: ZIELSiebert, Horst: Konstruktivistisch lehren und lernen, 2008Siebert Horst: Pädagogischer Konstruktivismus – Lernen als Konstruktion von Wirklichkeit, 2003Gudjons, Herbert: Handbuch Gruppenunterricht, 2003Gudjons, Herbert: Handlungsorientiert lehren und lernen. Schüleraktivierung. Selbsttätigkeit.Projektarbeit, 2008Zolg, Monika (2010):Ein Maschinenbaulehrgang: Grundschulkinder erforschen, konstruieren und Bauen Maschinen in:Weltwissen Sachunterricht 2/2010 Seite 16-21Benchner, Gundula / Schneider, Elfriede (2010):Fantastische Maschinen. Technisch-konstruktives Bauen im Anfangsunterricht in: WeltwissenSachunterricht 2/2010 Seite 9-11Bildungsserver Nordrhein- Westphalenhttp://www.learn-line.nrw.de/angebote/gssachunterricht/UG_Maschinen.htm Abgerufen am 10.11.2010Phänomenta Lüdenscheid e.V. ▪ Gustav-Adolf-Str. 9-11 ▪ 58507 Lüdenscheid E-Mail:verein@phaenomenta-luedenscheid.de Internet: http://www.phaenomenta-luedenscheid.de/vereinMichaela Bühler, Tobias Kraft und Julian Leitner (2009)Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (RS) Reutlingen„Einfache Maschinen“ vorgestellt an den Beispielen „schiefe Ebene“, „Hebel“ und „Flaschenzug“Bildungsserver Naturwissenschaften, Rheinland-Pfalz, Themenfeld 6: Geräte und Maschinen im Alltaghttp://naturwissenschaften.bildung-rp.de/naturwissenschaften/materialien-zur-unterrichtspraxis/6-themenfeld-geraete-und-maschinen-im-alltag/charakterisierung-des-themenfeldes.htmlabgerufen 10.11.2010Ministerium für Kultus, Jugend und Sport: Bildungsplan für die Grundschule. Stuttgart: Neckar-Verlag,2004 7

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