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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.eu



Dokumentation einer Unterrichtseinheit


1. Allgemeine Angaben

Kompetenzorientierte Formulierung des Themas




Bau eines elektronischen Stundenplans
– Erwerb von Grundlagen der Elektronik
im MNT-Unterricht der Klasse 8

Autorin/ Autor
Torsten Wilcke

Klassenstufe      Zeitumfang in Stunden         Schule
8                 20 Stunden + 10 GHWRS Ersbergschule Nürtingen
                  Stunden

Organisationsform der Unterrichtssequenz
themenorientiert/projektorientiert (auf Präkonzepten und Interessen aufbauend, mehr-
perspektivisch, handlungs- und produktorientiert)

Struktur des Lernprozesses
situiert (aktiv, selbstgesteuert, konstruktiv, situativ, sozial); kooperativ

Anmerkungen
Aus 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. Kompetenzanalyse

Kompetenzanalyse

Die 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 Inhalte
wurden Schwerpunkte gesetzt und es wurde gemeinsam mit den SuS eine logische Abfolge
der Bearbeitung festgelegt, wobei sich sechs Unterrichtssequenzen ergaben. Deren kompe-
tenzorientierte Lernziele, die angestrebten fachlichen Kompetenzen, Produktbezüge, Inhalte
sowie 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. 
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
                     •   Elektroskop
Methoden:
                     •   Entstehung von Blitzen (theoretisch und Demonstration mit
                         Bandgenerator)
                     •   Bohrsches Atommodell

Arbeitsweisen:    Experimentieren/Vermuten/Beobachten/Modellieren


Sequenz 3:        Die elektrische Spannung

Kompetenzen:         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 verschiedenen
orientiertes      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 die
Produkt:
                         Spannung.

Inhalte und          •   Das Vielfachmessgerät
                     •   Bauen nach Schaltplan
Methoden:
                     •   Spannungsmessungen
                     •   Die Spannung in der Reihenschaltung
                     •   Analogien:
                             o Gravitationsanalogie → Pumpspeicherwerk
                             o Spannung als Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten

Arbeitsweisen:    Experimentieren/Vermuten/Prüfen/Messen

Sequenz 4: Die Stromstärke

Kompetenzen:         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 selbstständig die Stromstärke an verschiedenen
orientiertes       Stellen im Stromkreis messen. Die SuS begreifen die Stromstärke
Lernziel:          als die Anzahl „durchfließender“ Ladungsträger (Elektronen) pro Zeit.

Bezug zum              •   Abstimmung von Bauteilen auf die Stromstärke
                       •   Fehlersuche
Produkt:

Inhalte und            •   Analogie Verkehrsstrom
                       •   Analogie Fahrradkette
Methoden:
                       •   Bauen nach Schaltplan
                       •   Messen mit dem Multimeter

Arbeitsweisen:     Experimentieren/Modellieren/Vermuten/Prüfen/Messen



Sequenz 5: Entwurf eines Schaltplans für den elektr. Stundenplan

Kompetenzen:          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 Schaltplänen
Methoden:
                       •   Bauteile - Dioden um das „Rückwärtsfließen“ des Stroms zu
                           verhindern

Arbeitsweisen:     Recherchieren/Kommunizieren/Diskutieren/Interpretieren




Sequenz 6: Der elektrische Widerstand/Das Ohmsche Gesetz

Kompetenz:            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
orientiertes     Stromstärke experimentell erfassen und auswerten. Sie erkennen die
Lernziel:        Abhängigkeit der Stromstärke vom elektrischen Widerstand.

Bezug zum           •   Berechnung des benötigten Vorwiderstands für die LED´s
Produkt:

Inhalte und         •   Elektrischer Stromkreis mit Prüfstrecke
                    •   Elektrischer Widerstand
Methoden:
                    •   Ohmsches Gesetz

Arbeitsweisen:   Experimentieren/Vermuten/Prüfen/Messen/Mathematisieren
3. Sachstruktur des Themenfeldes, Schwerpunktsetzung und Begründung




Eine Schwerpunktsetzung erfolgte auf Grundlage der für die Produkterstellung benötigten Kompetenzen sowie der während der Themenfelderöff-
nung erhobenen Präkonzepte und Interessen.
4. Analyse fachdidaktischer/fächerverbundspezifischer Aspekte,
Schwerpunktsetzung, Begründung


Analyse fachdidaktischer/fächerverbundspezifischer Aspekte

Übergeordnetes Ziel der Einheit war es, zu einer grundlegenden naturwissenschaftlichen Bil-
dung (Scientific Literacy) im Sinne des Bildungsplans 2004 beizutragen, um den SuS so eine
aktive und lebenslange Teilhabe an unserer naturwissenschaftlich geprägten (und elektrifi-
zierten) Gesellschaft zu ermöglichen (-->Lebenskompetenz). Das heißt im Wesentlichen ging
es 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 Begründung

Einüben naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen

Der Unterricht im Fächerverbund MNT soll zu reflektiertem Handeln befähigen. Grundlage
dafür 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- und
Arbeitsweisen angestrebt. Als Analyseinstrument diente dabei die Spinnennetzmethode nach
Stäudel (Vgl. Stäudel 2007).

Modellbildung und Nutzung von Analogien

Vergleiche 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 Analogien
und Modellen Verwendung:

    •   Ladungstrennung
            o    Bohrsches Atommodell
    •   Einfacher Stromkreis
            o    Wasseranalogie (Wasserkreislauf)
    •   Spannung
            o    Gravitationsanalogie (Pumpspeicherwerk)
            o    Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten
    •   Stromstärke
            o    Fahradkettenanalogie
5. Lernstandserhebung

Lernstandserhebung (Methoden/Materialien)

Die Lernstanderhebung erfolgte schriftlich, in Form eines Fragebogens. Bei der Auswertung
zeigte 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 darin
begründet, dass die Erhebung zu stark auf Inhalte und Fachwissen fokussiert war. Lediglich
in den Bereichen Anschlussbedingungen und einfacher Stromkreis verfügten einzelne SuS
über anschlussfähiges Wissen. Für die Planung bedeutete dies einerseits, dass von einer
Anfangsunterrichtssituation für die betreffenden Kompetenzen und Inhalte ausgegangen
werden musste. Der Fokus verschob sich dabei von den Grundlagen der Elektronik hin zu
den Grundlagen der Elektrizitätslehre.




6. Dokumentation und Reflexion von Lernprozessen
(Lerntagebuch/Hefte/Ordner)

Dokumentation von Lernprozessen

    a) Durch die Projektordner
    b) Durch das Produkt

Reflexion von Lernprozessen

Die Unterrichtseinheit wurde nach den Prinzipien des kooperativen Lernens durchgeführt, bei
denen 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 zu
setzen und dadurch die Basis für eine weitere Entwicklung zu schaffen. Die Reflexion bezog
sich, in Abhängigkeit vom jeweiligen Unterrichtsverlauf, auf unterschiedliche Aspekte, z.B. die
Methode, den Arbeitsverlauf oder das Thema der Stunde.
7. Anhang

Literaturangaben
    -   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
STE-PS Doku Elektronischer Stundenplan - Klasse 8
Bezugsquellen für Materialien
Versuchsmaterialien:
z.B. http://www.phywe.de/7/Schule.htm
Bauteile für den elektronischen Stundenplan
z.B. http://www.traudl-riess.de
     http://www.conrad.de


Sonstiges

Beteiligung 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?
Severin Bauer; http://www.didaktik.physik.uni‐muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/einf_elektrizitaet/index.html

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STE-PS Doku Elektronischer Stundenplan - Klasse 8

  • 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.eu Dokumentation einer Unterrichtseinheit 1. Allgemeine Angaben Kompetenzorientierte Formulierung des Themas Bau eines elektronischen Stundenplans – Erwerb von Grundlagen der Elektronik im MNT-Unterricht der Klasse 8 Autorin/ Autor Torsten Wilcke Klassenstufe Zeitumfang in Stunden Schule 8 20 Stunden + 10 GHWRS Ersbergschule Nürtingen Stunden Organisationsform der Unterrichtssequenz themenorientiert/projektorientiert (auf Präkonzepten und Interessen aufbauend, mehr- perspektivisch, handlungs- und produktorientiert) Struktur des Lernprozesses situiert (aktiv, selbstgesteuert, konstruktiv, situativ, sozial); kooperativ Anmerkungen Aus 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. Kompetenzanalyse Kompetenzanalyse Die 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 Inhalte wurden Schwerpunkte gesetzt und es wurde gemeinsam mit den SuS eine logische Abfolge der Bearbeitung festgelegt, wobei sich sechs Unterrichtssequenzen ergaben. Deren kompe- tenzorientierte Lernziele, die angestrebten fachlichen Kompetenzen, Produktbezüge, Inhalte sowie 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. 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 • Elektroskop Methoden: • Entstehung von Blitzen (theoretisch und Demonstration mit Bandgenerator) • Bohrsches Atommodell Arbeitsweisen: Experimentieren/Vermuten/Beobachten/Modellieren Sequenz 3: Die elektrische Spannung Kompetenzen: 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 verschiedenen orientiertes 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 die Produkt: Spannung. Inhalte und • Das Vielfachmessgerät • Bauen nach Schaltplan Methoden: • Spannungsmessungen • Die Spannung in der Reihenschaltung • Analogien: o Gravitationsanalogie → Pumpspeicherwerk o Spannung als Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten Arbeitsweisen: Experimentieren/Vermuten/Prüfen/Messen Sequenz 4: Die Stromstärke Kompetenzen: 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. Kompetenz- Die SuS können selbstständig die Stromstärke an verschiedenen orientiertes Stellen im Stromkreis messen. Die SuS begreifen die Stromstärke Lernziel: als die Anzahl „durchfließender“ Ladungsträger (Elektronen) pro Zeit. Bezug zum • Abstimmung von Bauteilen auf die Stromstärke • Fehlersuche Produkt: Inhalte und • Analogie Verkehrsstrom • Analogie Fahrradkette Methoden: • Bauen nach Schaltplan • Messen mit dem Multimeter Arbeitsweisen: Experimentieren/Modellieren/Vermuten/Prüfen/Messen Sequenz 5: Entwurf eines Schaltplans für den elektr. Stundenplan Kompetenzen: 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 Schaltplänen Methoden: • Bauteile - Dioden um das „Rückwärtsfließen“ des Stroms zu verhindern Arbeitsweisen: Recherchieren/Kommunizieren/Diskutieren/Interpretieren Sequenz 6: Der elektrische Widerstand/Das Ohmsche Gesetz Kompetenz: 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. orientiertes Stromstärke experimentell erfassen und auswerten. Sie erkennen die Lernziel: Abhängigkeit der Stromstärke vom elektrischen Widerstand. Bezug zum • Berechnung des benötigten Vorwiderstands für die LED´s Produkt: Inhalte und • Elektrischer Stromkreis mit Prüfstrecke • Elektrischer Widerstand Methoden: • Ohmsches Gesetz Arbeitsweisen: Experimentieren/Vermuten/Prüfen/Messen/Mathematisieren
  • 6. 3. Sachstruktur des Themenfeldes, Schwerpunktsetzung und Begründung Eine Schwerpunktsetzung erfolgte auf Grundlage der für die Produkterstellung benötigten Kompetenzen sowie der während der Themenfelderöff- nung erhobenen Präkonzepte und Interessen.
  • 7. 4. Analyse fachdidaktischer/fächerverbundspezifischer Aspekte, Schwerpunktsetzung, Begründung Analyse fachdidaktischer/fächerverbundspezifischer Aspekte Übergeordnetes Ziel der Einheit war es, zu einer grundlegenden naturwissenschaftlichen Bil- dung (Scientific Literacy) im Sinne des Bildungsplans 2004 beizutragen, um den SuS so eine aktive und lebenslange Teilhabe an unserer naturwissenschaftlich geprägten (und elektrifi- zierten) Gesellschaft zu ermöglichen (-->Lebenskompetenz). Das heißt im Wesentlichen ging es 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 Begründung Einüben naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen Der Unterricht im Fächerverbund MNT soll zu reflektiertem Handeln befähigen. Grundlage dafür 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- und Arbeitsweisen angestrebt. Als Analyseinstrument diente dabei die Spinnennetzmethode nach Stäudel (Vgl. Stäudel 2007). Modellbildung und Nutzung von Analogien Vergleiche 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 Analogien und Modellen Verwendung: • Ladungstrennung o Bohrsches Atommodell • Einfacher Stromkreis o Wasseranalogie (Wasserkreislauf) • Spannung o Gravitationsanalogie (Pumpspeicherwerk) o Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten • Stromstärke o Fahradkettenanalogie
  • 8. 5. Lernstandserhebung Lernstandserhebung (Methoden/Materialien) Die Lernstanderhebung erfolgte schriftlich, in Form eines Fragebogens. Bei der Auswertung zeigte 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 darin begründet, dass die Erhebung zu stark auf Inhalte und Fachwissen fokussiert war. Lediglich in den Bereichen Anschlussbedingungen und einfacher Stromkreis verfügten einzelne SuS über anschlussfähiges Wissen. Für die Planung bedeutete dies einerseits, dass von einer Anfangsunterrichtssituation für die betreffenden Kompetenzen und Inhalte ausgegangen werden musste. Der Fokus verschob sich dabei von den Grundlagen der Elektronik hin zu den Grundlagen der Elektrizitätslehre. 6. Dokumentation und Reflexion von Lernprozessen (Lerntagebuch/Hefte/Ordner) Dokumentation von Lernprozessen a) Durch die Projektordner b) Durch das Produkt Reflexion von Lernprozessen Die Unterrichtseinheit wurde nach den Prinzipien des kooperativen Lernens durchgeführt, bei denen 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 zu setzen und dadurch die Basis für eine weitere Entwicklung zu schaffen. Die Reflexion bezog sich, in Abhängigkeit vom jeweiligen Unterrichtsverlauf, auf unterschiedliche Aspekte, z.B. die Methode, den Arbeitsverlauf oder das Thema der Stunde.
  • 9. 7. Anhang Literaturangaben - 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
  • 11. Bezugsquellen für Materialien Versuchsmaterialien: z.B. http://www.phywe.de/7/Schule.htm Bauteile für den elektronischen Stundenplan z.B. http://www.traudl-riess.de http://www.conrad.de Sonstiges Beteiligung 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?