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

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       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 Kultur

Klasse: 2

Zeitraum:
15.04.2010 - 01.07.2010
Lernort 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 Materialien
06.05.10    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)
            • Lerntagebuch
20.05.10    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
            • Lerntagebuch
10.06.10    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
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
            • Lerntagebuch
24.06.10    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 Rückmeldegespräche
01.07.10    Erkenntnisse aus der Einheit
            • Individuelle Rückmeldungen der Kinder
            • Lernstandserhebung                                                             3
            • Erarbeiten der Texte für die Homepage
            • Rückmeldegespräche und Übergabe der „Diplome“


1. Kompetenzanalyse

1.1 Kompetenzen, Kriterien und Indikatoren

In dieser Einheit sollen erste Kompetenzen im naturwissenschaftlich-technischen
Bereich angebahnt und entwickelt werden, die sich im Bildungsplan der Grundschule
im Fächerverbund MeNuK wieder finden:
                                    Kompetenzfeld 8:
 Erfinderinnen, Erfinder, Künstlerinnen, Künstler, Komponistinnen und Komponisten
                     entdecken, entwerfen und bauen, stellen dar
Kompetenzen:
• Kennen Beispiele wichtiger technischer Erfindungen aus ihrem Alltag.
• Können einfache technische Funktionszusammenhänge erkennen.
• Können einfache Gegenstände selbst herstellen und Werkzeuge sachgerecht
   benutzen.
Kriterien                             Indikatoren
Sach-fachlicher Bereich:

Technische Erfindungen („Einfache    •    betrachten Bilder, beschreiben was sie sehen und
Maschinen“) aus dem                       was die Menschen damit machen
Erfahrungsbereich 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 ihre
Einfache technische                       Beobachtungen
Funktionszusammenhänge
                                      •   Erproben spielerisch mit Alltagsgegenständen
                                          und Sportgeräten einfache technische
                                          Funktionszusammenhänge wie Hebel, Schiefe
                                          Ebene, Roll- und Gleitreibung
                                             2
•   Erleben die konkrete Arbeits- oder
                                         Gewichtsentlastung beim Heben und
                                         Fortbewegen von schweren Lasten und können
                                         ihre Erfahrungen verbalisieren

Hebelmaschine nach Anleitung         •   Können mit Hilfe von Bauanleitungen (Bild und
zusammenbauen                            Text) die Hebelmaschine zusammenbauen und
                                         Bauteile mit den Fachbegriffen benennen
Werkzeuge sachgerecht benutzen       •   Können Werkzeuge zum Montieren und Bauen
                                         sachgerecht benutzen und kennen ihre Funktion

Hebel und Schiefe Ebene als          •   Untersuchen die Funktion von Haushaltsgeräte
mechanisches Prinzip bei Geräten         und Alltagsgegenstände hinsichtlich ihrer
und Gebrauchsgegenständen                technischen Funktionsprinzipien

                                     •   Beschreiben das Funktionsprinzip und erklären
                                         weshalb diese Geräte die menschliche Arbeit
                                         erleichtern
                                   Kompetenzfeld 7:
Natur macht neugierig: Forschen, experimentieren, dokumentieren, gestalten
Kompetenz:
• Einfache Experimente mit und ohne Anleitung durchführen, beobachten und
  dokumentieren
Kriterien                            Indikatoren
Methodischer 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
                                         Hebelgesetz

Experimente 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
                                         Ebene

Einfache Experimente zur             •   Experimentieren mit der Hebelmaschine indem
Hebelwirkung und Schiefen Ebene          sie unterschiedliche Versuchsreihen erproben
mit 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
Kompetenzfeld 1:
Wer bin ich, was kann ich: Kinder entwickeln und verändern sich, stellen sich dar
Kompetenzen:
• Eigene Fähigkeiten und Fertigkeiten erkennen, weiterentwickeln und
   situationsgerecht anwenden
• Aus praktischen Tun Freude und Zuversicht in die eigene Leistungsfähigkeit
   entwickeln
Kriterien                        Indikatoren
Personaler Bereich:

Technische Fähigkeiten und              •   Können durch eigenes, praktisches Handeln im
Fertigkeiten ausbilden                      Umgang mit der Hebelmaschine Erfahrungen
                                            machen, diese verbalisieren, reflektieren und
                                            weiter entwickeln
Eigene 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 lernen
Kompetenzen:
• Erkennen, dass eigen Fähigkeiten und Fertigkeiten in der Gruppe wirksam
  werden
• Einander zuhören, Erfahrungen und Meinungen anderer aufnehmen, sowie die
  eigene Meinung äußern
      8


Kriterien                               Indikatoren
Sozial-kommunikativer Bereich:
                                        •   Arbeiten und experimentieren im Team und
Arbeiten im Team                            bringen ihre Potentiale in die Arbeitsaufgaben ein
                                        •   Diskutieren und Reflektieren ihre Erfahrungen,
Diskutieren und Reflektieren                modifizieren die Aufgaben und bewerten ihre
                                            Erkenntnisse

2. Didaktisches Konzept1
Wir verstehen im STE-PS Projekt Lernen grundsätzlich als konstruktiven, aktiven,
kumulativen und zielgerichteten, sowie als situierten, interaktiven und selbstgesteuerten
Prozess. Dieser Grundsatz wurde in der vorliegenden Einheit durch verschiedene
didaktische Prinzipien gewährleistet.

Scientific Literacy:
Grundlage war der Ansatz von Scientific Literacy, der naturwissenschaftlichen Grundbildung.
Schülerinnen und Schüler werden hierbei durch das Aufzeigen von Phänomenen dazu
angeregt, naturwissenschaftliche Fragestellungen zu entwickeln und diese mit Hilfe von
naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen zu bearbeiten, um so Erkenntnisse daraus
zu gewinnen. Ebenso gilt dies auch für die Technische Grundbildung, bei der es um die
Anwendung technischer Methoden und Verfahren zur Lösung entsprechender
Problemstellungen geht.

Gestaltete Lernumgebung:
Außerdem war eine gestaltete Lernumgebung einer der Bausteine der Einheit. Durch eine
genaue und durchdachte Vorbereitung der Materialien und Bereitstellung verschiedener
1
    http://www.scribd.com/doc/27484894/STE-PS-Didaktisches-Rahmenkonzept-v01
                                               4
Hilfsmittel sowie ein durchgängiges Regel-/Ritualkonzept können Schülerinnen und Schüler
ihren Lernprozess selbständig steuern. Dies begünstigt einen schülerorientierten Lernansatz.
Der Lehrer kann sich somit zurücknehmen und als Begleiter und Moderator des Lernens
fungieren. Jede Unterrichtssequenz folgte einem ritualisierten Ablauf, der mit einem
informierenden Einstieg begann und jeweils mit einem Abschiedsritual endete.
Wiederkehrende Methoden, wie das sokratische Gespräch oder die Bauphase, gaben den
Schülerinnen und Schülern Sicherheit und Gelegenheit ihre Erkenntnisse auch mündlich im
Plenum zu reflektieren.

Authentic Assessment:
Konstruktives und situiertes Lernen impliziert im naturwissenschaftlich-technischen
Unterricht eine Form der Leistungsbewertung, die die Kompetenzen und Fähigkeiten der
Schülerinnen und Schüler in authentischen Prozessen berücksichtigt, in denen sie alleine
oder im Team Probleme bearbeiten und dabei miteinander kommunizieren und sich
unterstützen (Authentic Assessment). Dies kann unter Anderem die Arbeit mit einem
Lerntagebuch sein. In der Unterrichtseinheit diente das Lerntagebuch den Schülerinnen und
Schülern 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 die
Klasse abzustimmen.

Deutsch als Unterrichtsprinzip:
Bei der Arbeit mit dem Lerntagebuch konnte so auch Deutsch als Unterrichtsprinzip stärker
mit eingebunden werden. Die Schülerinnen und Schüler konnten hier gemäß ihren
individuellen Fähigkeiten schriftliche oder bildliche Einträge zu ihren Erkenntnissen festhalten
und diese so weiter vertiefen. In gezielt eingesetzten Reflexionsphasen und
Unterrichtsgesprächen konnten die Schülerinnen und Schüler ihre Fertigkeiten im Bereich
Sprechen ausdifferenzieren.

Heterogenität:
Lerngruppen sind heterogen zusammengesetzt. Dies bietet zum Einen neue Lernchancen
für den Einzelnen, zum Anderen bedingt die Heterogenität auch eine Abstimmung der
Methoden, sowie der Inhalte und Konzepte. In dieser Einheit wurden daher auf der Basis der
Ergebnisse eines Soziogramms und verschiedener diagnostischer Tests Kleingruppen
gebildet. Dies gewährleiste, dass Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen Interessen
wie auch mit unterschiedlichem Vorwissen in einem entsprechenden Lernszenario arbeiten
konnten. Weiterhin wurde durch eine „natürliche Differenzierung“ von der Sache aus, der
heterogenen Zusammensetzung Rechnung getragen.


3. Analyse der Sache und des Inhalts
3.1 Einfache Maschinen2
Unter einer einfachen Maschine versteht man in der Physik und der Technischen
Mechanik 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 von
einfachen Maschinen.
Es lassen sich vier grundlegende einfache Maschinen unterscheiden, die sich nicht weiter in
Wirkprinzipien 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 Kraft
2
    http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/378726
                                                  5
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 Wellrad
Diese 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“ des
Menschen (Zange, Stock) oder „konzentrieren“ den Krafteinsatz (Seilwinde, Klinge, Nagel).

3.3 Geschichtliche Aspekte
Einfache Maschinen sind in Verwendung, seitdem der Mensch gelernt hat, mit Werkzeugen
umzugehen.
   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 Sinne
Der Bau der großen Kathedralen des Mittelalters wäre ohne die Anwendung mechanischer
Maschinen, wie dem Flaschenzug, Seilwinden und Treträdern, die von Windenknechten
bedient wurden, nicht möglich gewesen.

4. Sachstruktur des Themenfeldes




                                             6

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

  • 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 Kultur Klasse: 2 Zeitraum: 15.04.2010 - 01.07.2010 Lernort 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 Materialien 06.05.10 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) • Lerntagebuch 20.05.10 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 • Lerntagebuch 10.06.10 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. 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 • Lerntagebuch 24.06.10 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 Rückmeldegespräche 01.07.10 Erkenntnisse aus der Einheit • Individuelle Rückmeldungen der Kinder • Lernstandserhebung 3 • Erarbeiten der Texte für die Homepage • Rückmeldegespräche und Übergabe der „Diplome“ 1. Kompetenzanalyse 1.1 Kompetenzen, Kriterien und Indikatoren In dieser Einheit sollen erste Kompetenzen im naturwissenschaftlich-technischen Bereich angebahnt und entwickelt werden, die sich im Bildungsplan der Grundschule im Fächerverbund MeNuK wieder finden: Kompetenzfeld 8: Erfinderinnen, Erfinder, Künstlerinnen, Künstler, Komponistinnen und Komponisten entdecken, entwerfen und bauen, stellen dar Kompetenzen: • Kennen Beispiele wichtiger technischer Erfindungen aus ihrem Alltag. • Können einfache technische Funktionszusammenhänge erkennen. • Können einfache Gegenstände selbst herstellen und Werkzeuge sachgerecht benutzen. Kriterien Indikatoren Sach-fachlicher Bereich: Technische Erfindungen („Einfache • betrachten Bilder, beschreiben was sie sehen und Maschinen“) aus dem was die Menschen damit machen Erfahrungsbereich 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 ihre Einfache technische Beobachtungen Funktionszusammenhänge • Erproben spielerisch mit Alltagsgegenständen und Sportgeräten einfache technische Funktionszusammenhänge wie Hebel, Schiefe Ebene, Roll- und Gleitreibung 2
  • 3. Erleben die konkrete Arbeits- oder Gewichtsentlastung beim Heben und Fortbewegen von schweren Lasten und können ihre Erfahrungen verbalisieren Hebelmaschine nach Anleitung • Können mit Hilfe von Bauanleitungen (Bild und zusammenbauen Text) die Hebelmaschine zusammenbauen und Bauteile mit den Fachbegriffen benennen Werkzeuge sachgerecht benutzen • Können Werkzeuge zum Montieren und Bauen sachgerecht benutzen und kennen ihre Funktion Hebel und Schiefe Ebene als • Untersuchen die Funktion von Haushaltsgeräte mechanisches Prinzip bei Geräten und Alltagsgegenstände hinsichtlich ihrer und Gebrauchsgegenständen technischen Funktionsprinzipien • Beschreiben das Funktionsprinzip und erklären weshalb diese Geräte die menschliche Arbeit erleichtern Kompetenzfeld 7: Natur macht neugierig: Forschen, experimentieren, dokumentieren, gestalten Kompetenz: • Einfache Experimente mit und ohne Anleitung durchführen, beobachten und dokumentieren Kriterien Indikatoren Methodischer 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 Hebelgesetz Experimente 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 Ebene Einfache Experimente zur • Experimentieren mit der Hebelmaschine indem Hebelwirkung und Schiefen Ebene sie unterschiedliche Versuchsreihen erproben mit 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. Kompetenzfeld 1: Wer bin ich, was kann ich: Kinder entwickeln und verändern sich, stellen sich dar Kompetenzen: • Eigene Fähigkeiten und Fertigkeiten erkennen, weiterentwickeln und situationsgerecht anwenden • Aus praktischen Tun Freude und Zuversicht in die eigene Leistungsfähigkeit entwickeln Kriterien Indikatoren Personaler Bereich: Technische Fähigkeiten und • Können durch eigenes, praktisches Handeln im Fertigkeiten ausbilden Umgang mit der Hebelmaschine Erfahrungen machen, diese verbalisieren, reflektieren und weiter entwickeln Eigene 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 lernen Kompetenzen: • Erkennen, dass eigen Fähigkeiten und Fertigkeiten in der Gruppe wirksam werden • Einander zuhören, Erfahrungen und Meinungen anderer aufnehmen, sowie die eigene Meinung äußern 8 Kriterien Indikatoren Sozial-kommunikativer Bereich: • Arbeiten und experimentieren im Team und Arbeiten im Team bringen ihre Potentiale in die Arbeitsaufgaben ein • Diskutieren und Reflektieren ihre Erfahrungen, Diskutieren und Reflektieren modifizieren die Aufgaben und bewerten ihre Erkenntnisse 2. Didaktisches Konzept1 Wir verstehen im STE-PS Projekt Lernen grundsätzlich als konstruktiven, aktiven, kumulativen und zielgerichteten, sowie als situierten, interaktiven und selbstgesteuerten Prozess. Dieser Grundsatz wurde in der vorliegenden Einheit durch verschiedene didaktische Prinzipien gewährleistet. Scientific Literacy: Grundlage war der Ansatz von Scientific Literacy, der naturwissenschaftlichen Grundbildung. Schülerinnen und Schüler werden hierbei durch das Aufzeigen von Phänomenen dazu angeregt, naturwissenschaftliche Fragestellungen zu entwickeln und diese mit Hilfe von naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen zu bearbeiten, um so Erkenntnisse daraus zu gewinnen. Ebenso gilt dies auch für die Technische Grundbildung, bei der es um die Anwendung technischer Methoden und Verfahren zur Lösung entsprechender Problemstellungen geht. Gestaltete Lernumgebung: Außerdem war eine gestaltete Lernumgebung einer der Bausteine der Einheit. Durch eine genaue und durchdachte Vorbereitung der Materialien und Bereitstellung verschiedener 1 http://www.scribd.com/doc/27484894/STE-PS-Didaktisches-Rahmenkonzept-v01 4
  • 5. Hilfsmittel sowie ein durchgängiges Regel-/Ritualkonzept können Schülerinnen und Schüler ihren Lernprozess selbständig steuern. Dies begünstigt einen schülerorientierten Lernansatz. Der Lehrer kann sich somit zurücknehmen und als Begleiter und Moderator des Lernens fungieren. Jede Unterrichtssequenz folgte einem ritualisierten Ablauf, der mit einem informierenden Einstieg begann und jeweils mit einem Abschiedsritual endete. Wiederkehrende Methoden, wie das sokratische Gespräch oder die Bauphase, gaben den Schülerinnen und Schülern Sicherheit und Gelegenheit ihre Erkenntnisse auch mündlich im Plenum zu reflektieren. Authentic Assessment: Konstruktives und situiertes Lernen impliziert im naturwissenschaftlich-technischen Unterricht eine Form der Leistungsbewertung, die die Kompetenzen und Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler in authentischen Prozessen berücksichtigt, in denen sie alleine oder im Team Probleme bearbeiten und dabei miteinander kommunizieren und sich unterstützen (Authentic Assessment). Dies kann unter Anderem die Arbeit mit einem Lerntagebuch sein. In der Unterrichtseinheit diente das Lerntagebuch den Schülerinnen und Schülern 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 die Klasse abzustimmen. Deutsch als Unterrichtsprinzip: Bei der Arbeit mit dem Lerntagebuch konnte so auch Deutsch als Unterrichtsprinzip stärker mit eingebunden werden. Die Schülerinnen und Schüler konnten hier gemäß ihren individuellen Fähigkeiten schriftliche oder bildliche Einträge zu ihren Erkenntnissen festhalten und diese so weiter vertiefen. In gezielt eingesetzten Reflexionsphasen und Unterrichtsgesprächen konnten die Schülerinnen und Schüler ihre Fertigkeiten im Bereich Sprechen ausdifferenzieren. Heterogenität: Lerngruppen sind heterogen zusammengesetzt. Dies bietet zum Einen neue Lernchancen für den Einzelnen, zum Anderen bedingt die Heterogenität auch eine Abstimmung der Methoden, sowie der Inhalte und Konzepte. In dieser Einheit wurden daher auf der Basis der Ergebnisse eines Soziogramms und verschiedener diagnostischer Tests Kleingruppen gebildet. Dies gewährleiste, dass Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen Interessen wie auch mit unterschiedlichem Vorwissen in einem entsprechenden Lernszenario arbeiten konnten. Weiterhin wurde durch eine „natürliche Differenzierung“ von der Sache aus, der heterogenen Zusammensetzung Rechnung getragen. 3. Analyse der Sache und des Inhalts 3.1 Einfache Maschinen2 Unter einer einfachen Maschine versteht man in der Physik und der Technischen Mechanik 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 von einfachen Maschinen. Es lassen sich vier grundlegende einfache Maschinen unterscheiden, die sich nicht weiter in Wirkprinzipien 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 Kraft 2 http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/378726 5
  • 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 Wellrad Diese 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“ des Menschen (Zange, Stock) oder „konzentrieren“ den Krafteinsatz (Seilwinde, Klinge, Nagel). 3.3 Geschichtliche Aspekte Einfache Maschinen sind in Verwendung, seitdem der Mensch gelernt hat, mit Werkzeugen umzugehen. 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 Sinne Der Bau der großen Kathedralen des Mittelalters wäre ohne die Anwendung mechanischer Maschinen, wie dem Flaschenzug, Seilwinden und Treträdern, die von Windenknechten bedient wurden, nicht möglich gewesen. 4. Sachstruktur des Themenfeldes 6
  • 7. 5. Medien und Materialien Materialien für die Unterrichtsarbeit Materialbox: - schriftliche Bauanleitung für die Hebelmaschine Kleingruppe (3 Kinder) - Bauteile für die Hebelmaschine/Schiefe Ebene - Arbeitsaufträge, Arbeitsblätter - Gruppensymbole zur Orientierung Ganze Klasse - Symbolkarten für Unterrichtsphasen - Symbolkarten zur Einhaltung der Gruppenregeln - Differenzierungsaufgaben (jeweils pro Unterrichtssequenz) - Symbolkarten zum Begrüßungs-/Abschiedslied - Lerntagebuch - Namensschild mit Gruppensymbol 6. Literaturangaben Mandl, Heinz / Kopp, Birgit: Auf dem Weg zu einer neuen Lehr-Lern-Kultur. Ein Beitrag zum situierten Lernen. In H. Altenberger, P. Schettgen & M. Scholz (Hrsg.) 2003: Innovative Ansätze konstruktiven Lernens (S. 70-88), Augsburg: ZIEL Siebert, Horst: Konstruktivistisch lehren und lernen, 2008 Siebert Horst: Pädagogischer Konstruktivismus – Lernen als Konstruktion von Wirklichkeit, 2003 Gudjons, Herbert: Handbuch Gruppenunterricht, 2003 Gudjons, Herbert: Handlungsorientiert lehren und lernen. Schüleraktivierung. Selbsttätigkeit. Projektarbeit, 2008 Zolg, Monika (2010): Ein Maschinenbaulehrgang: Grundschulkinder erforschen, konstruieren und Bauen Maschinen in: Weltwissen Sachunterricht 2/2010 Seite 16-21 Benchner, Gundula / Schneider, Elfriede (2010): Fantastische Maschinen. Technisch-konstruktives Bauen im Anfangsunterricht in: Weltwissen Sachunterricht 2/2010 Seite 9-11 Bildungsserver Nordrhein- Westphalen http://www.learn-line.nrw.de/angebote/gssachunterricht/UG_Maschinen.htm Abgerufen am 10.11.2010 Phänomenta Lüdenscheid e.V. ▪ Gustav-Adolf-Str. 9-11 ▪ 58507 Lüdenscheid E-Mail: verein@phaenomenta-luedenscheid.de Internet: http://www.phaenomenta-luedenscheid.de/verein Michaela 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 Alltag http://naturwissenschaften.bildung-rp.de/naturwissenschaften/materialien-zur-unterrichtspraxis/6- themenfeld-geraete-und-maschinen-im-alltag/charakterisierung-des-themenfeldes.html abgerufen 10.11.2010 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport: Bildungsplan für die Grundschule. Stuttgart: Neckar-Verlag, 2004 7