Katamaran - Pädagogische Hochschule Weingarten

Pädagogische Hochschule Weingarten
Ausführlicher Unterrichtsentwurf
Projekt
„Wir bauen einen Katamaran“
Einführungsstunde:
„ Experimentelle Erarbeitung einer strömungsgünstigen Form und der Tragfähigkeit eines Schiffsrumpfes “
Ausbildungsschule:
GHWRS Berg
Fach:
WAG
Klasse:
5
Datum:
10.06.2009
Zeit:
08.20 – 09.55 Uhr
Ausbildungslehrer/in:
***
Betreuender Dozent:
***
26.06.2009
Inhaltsverzeichnis
1.
2.
Bedingungsanalyse........................................................................................... 2
1.1.
Schulsituation und schulische Begebenheiten ..................................................2
1.2.
Klassensituation ................................................................................................3
Sachanalyse....................................................................................................... 4
2.1.
Boote und Schiffe ..............................................................................................4
2.2.
Werkstoff Styrodur.............................................................................................8
3.
Didaktische Analyse.......................................................................................... 9
4.
Angestrebte Kompetenzen und Stundenziele .............................................. 12
5.
4.1.
Kompetenzen ..................................................................................................12
4.2.
Stundenziele ...................................................................................................12
Methodische Analyse...................................................................................... 13
5.1.
Grundsätzliche Vorüberlegungen ....................................................................13
5.2.
Methodische Überlegungen und Begründungen zu den
einzelnen Unterrichtsphasen......................................................................................17
5.2.1. Einstieg/Problemstellung ...........................................................................17
5.2.2. Motivationsphase .......................................................................................17
5.2.3. Reflexionsphase ........................................................................................18
5.2.4. Experimentierphase 1 ................................................................................18
5.2.5. Experimentierphase 2 ................................................................................19
5.2.6. Reflexionsphase ........................................................................................19
5.2.7. Arbeitsphase: Fertigungs- bzw. Herstellungsaufgabe................................20
6.
Unterrichtsskizze............................................................................................. 21
7.
Literaturverzeichnis ........................................................................................ 24
8.
Anhang ............................................................................................................. 25
8.1.
Bilder für den Einstieg .....................................................................................25
8.2.
Arbeitsblatt ......................................................................................................27
1
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1.
Bedingungsanalyse
1.1.
Schulsituation und schulische Begebenheiten
„Unsere pädagogischen Intentionen sind ausgerichtet auf Förderung
der Eigeninitiative und Selbstständigkeitsentwicklung durch Wochenplanarbeit, Freiarbeit, langzeitorientierte Vorhaben wie Jahresarbeiten
in allen Hauptschulklassen, ab der 6. Klasse verbindlich in Teamarbeit; umfangreiche Projektphasen bieten lebensnahe Handlungsperspektiven und fördern verständnisintensives Lernen“
Dies sind Kernsätze des pädagogischen Leitbildes der Grund-, Hauptund Werkrealschule Berg. Die fett unterlegten Aussagen können/sollen
in dem WAG-Projekt „Wir bauen einen Katamaran1“ realisiert werden.
Die Grund-, Haupt- mit Werkrealschule Berg hat im laufenden Schuljahr 254 Schülerinnen und Schüler in acht Grundschul- und fünf Hauptschulklassen, die von insgesamt zwanzig Lehrkräften unterrichtet werden.
Das Schulgebäude wurde 1962 als Zentralschule der großflächigen Nett, aber wozu braucht
Gemeinde mit 55 Teilorten an der Bergstraße erstellt und bildet zusammen mit dem 1984 integrierten Erweiterungsbau und der seit 1972
man diese Infos?
Wenn keine Auswirkungen auf die Stundenpla-
bestehenden Turn- und Festhalle neben Kirche und Rathaus einen nung: weglassen!
weiteren verbindenden Treffpunkt in der Gemeinde mit vielfältigen
schulischen
und
außerschulischen
Begegnungsmöglichkeiten.
Ich habe in den wenigen Besuchen bzw. Hospitationen im Rahmen
des Tagespraktikums den Eindruck gewonnen, dass an der Schule eine gute Lern- und Arbeitsatmosphäre herrscht, die von den o.g. pädagogischen Grundsätzen und einem vielfältigen Schulleben geprägt ist.
1
Boote bzw. Schiffe, die zwei Rümpfe haben.
2
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1.2.
Klassensituation
Die WAG-Gruppe/Technik der Klasse 6 der Grund- Haupt- mit Werkrealschule Berg besteht aus 2 Mädchen und 4 Jungen. Die Lernatmosphäre ist u.a. geprägt von einem sehr guten Lehrer – Schülerverhältnis. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten gerne miteinander, bei
Gruppenbildungen sind keine Ablehnungen zu beobachten. Bei freier
Gruppenbildung arbeiten allerdings gerne die 2 Mädchen und die 4
Jungen zusammen.
Das Leistungsniveau innerhalb der Gruppe schätze ich als relativ aus- gut argumentiert
geglichen ein, so dass bei der vorliegenden Stunde Differenzierungsmaßnahmen nicht erforderlich scheinen.
Die Schülerinnen und Schüler haben in den bisherigen Stunden grundsätzlich Interesse für technische Inhalte gezeigt, so dass bezüglich des
Projektes „Wir bauen einen Katamaran“ und der vorliegenden Einführungsstunde von guten Voraussetzungen ausgegangen werden kann.
Auch die räumliche und sächliche Ausstattung für das Projekt bzw. der
Einführungsstunde halte ich für optimal, da für die verschiedenen Unterrichtsverfahren, bzw. für die in dieser Stunde schwerpunktmäßig
technischen Experimente, genügend Platz und Gruppentische zur Verfügung stehen.
Die Materialien für diese Stunde musste ich allerdings selbst besorgen,
da ich u.a. das Styrodur im Vorfeld vorbereiten und zusägen musste.
Ebenso benötige ich bestimmte Wassergefäße, die schiefe Ebene und
Quarzsand für die technischen Experimente, die an der Schule so nicht
vorhanden sind.
Insgesamt sehe ich für die Durchführung des Projektes “Wir bauen einen Katamaran“ und die vorliegende Doppelstunde gute Vorausset-
3
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zungen im Sinne der oben zitierten Aussagen zum pädagogischen
Leitbild der Schule.
2.
Sachanalyse
2.1.
Boote und Schiffe
Boote und Schiffe unterscheiden sich in ihren Beschaffenheiten nur
durch ihre Größe. Eine Regel besagt: “Ein Boot passt auf ein Schiff,
aber ein Schiff niemals auf ein Boot“2.
Die Geschichte von Booten bzw. Schiffen kann heute bis auf eine Zeit
um etwa 7500 v. Chr. zurückdatiert werden. Aus dieser Zeit gibt es
Funde von Einbäumen, Paddeln etc.. Das älteste belegte Segelboot
ist aus der Zeit zwischen 5000 bis 3500 v. Chr und stammt aus der
Nubischen Wüste.
In der Antike wurden aus den noch recht kleinen Booten die ersten
größeren Schiffe gebaut, um Frachten und Personen zu transportieren.
Sie stammen aus Mesopotamien. Diese Schiffe waren auch der Ausschlag für die ersten Seehandelsbeziehungen in der Geschichte. Im
Laufe der Jahrhunderte entwickelten sich die Boote und Schiffe stetig
weiter. Sie konnten immer weitere Strecken zurücklegen und vor allem
immer größere Gewichte transportieren. Auch die Bedeutung im militärischen Bereich nahm mit den Jahrhunderten enorm zu.
Die Erfindung der Dampfmaschine verhalf den Booten und Schiffen zu
einer neuen „Evolutionsstufe“. Sie sorgte nicht nur für maschinell betriebene Boote und Schiffe, sondern ebnete auch den Weg für die
Verwendung von Eisen und später Stahl im industriellen Schiffsbau.
Des weiteren wurde die Form des Rumpfes3 optimiert und der Schiffswiderstand somit verringert. Diese Faktoren führten zu noch höheren
Geschwindigkeiten und zu einer noch größeren Zuladung.
2
3
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserfahrzeug/Sonstige 06.06.09 14:08 Uhr
Rumpf = Teil des Bootes bzw. des Schiffes, der ihm seine Schwimmfähigkeit verleiht.
4
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Nach dem zweiten Weltkrieg setzte sich dann der Dieselmotor im
Schiffsbau durch, da er deutlich mehr Sicherheit an Bord eines Schiffes
bietet als Dampfmaschinen. Diesel- bzw. Verbrennungsmotoren sind
auch heute noch auf den meisten Booten/Schiffen anzutreffen.
Boote und Schiffe sind Wasserfahrzeuge, die nach dem Archimedischen Prinzip auf dem Wasser schwimmen. Das Archimedische
Prinzip besagt: „Die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium ist genauso groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums4)“.
Dabei spielen die Gewichtskraft und die so genannte Auftriebskraft eine Rolle. Diese Auftriebskraft wird ihrerseits durch den Schweredruck
in Flüssigkeiten hervorgerufen.
Da in jeder Flüssigkeit Schweredruck herrscht, der mit größerer Tiefe
zunimmt, ist, wie man an folgender Zeichnung sehen kann, die Kraft
F2, die auf die Unterfläche A2 eines in dieser Flüssigkeit befindlichen
Körpers drückt, größer als die Kraft F1, die auf die Oberseite A1 drückt,
da die Unterseite sich tiefer unter der Flüssigkeitsoberfläche befindet
(h1 < h2).
Wenn man die von oben herunterdrückende Kraft F1 von der nach oben wirkenden Kraft F2 abzieht, erhält man die Kraft, die wirklich nach
oben wirkt:
Die Auftriebskraft:
FA = pu · A - po · A;
FA = A · (pu - po);
4
http://de.wikipedia.org/wiki/Archimedisches Prinzip 06.06.09 14:04Uhr
5
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FA = F2 - F1
Da diese Kräfte durch den Druck in der jeweiligen Tiefe verursacht werden, gilt für sie:
F1 = A1 · p1
F2 = A2 · p2
Da es sich bei p1 und p2 um Schweredrücke handelt gilt weiterhin:
p1 = γ Fl · h1
p2 = γ Fl> · h2
Dabei handelt es sich bei γ Fl um die Wichte der Flüssigkeit, die dem
Produkt der Dichte
und der Fallbeschleunigung entspricht (γ Fl = ρ Fl · g).
Bei einem quaderförmigen Körper gilt:
A = A1 = A2
Quellenangabe
fehlt! Das ist doch
nicht alles selber
Wenn man diese Formeln ineinander einsetzt erhält man für die Auftriebskraft:
ausgedacht.
FA = A · (h2 - h1) · γ Fl
Da es sich bei dem Körper um eine Quader handelt gilt nun:
V = A · (h2 - h1)
Als Endergebnis erhält man dann:
FA = ρFl · g · V
g = 9,81 m/s2
FA = γFl · V
Dabei sind ρFl und γFl die Dichte der Flüssigkeit, V das Volumen des in der Flüssigkeit
befindlichen Körpers.
Die Stabilität und Tragfähigkeit eines Schiffes erklären sich u.a. durch
das Phänomen des Archimedischen Prinzips.
Ein Schiff gilt im physikalischen Sinne als stabil, wenn eine positive
Kraft aufgewendet werden muss, um es tiefer zu tauchen oder es um
seine Längs- oder Querachse zu drehen. Die Reaktionskräfte und
Drehmomente des Körpers wirken dem gegenüber. Die Stabilität eines
Schiffes hängt auch davon ab, inwieweit es die Fähigkeit besitzt, den
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„Angriff“ durch Wind und Seegang auszugleichen. Dieses Phänomen
spielt in der Stunde jedoch keine Rolle.
Die Stabilität und Tragfähigkeit
eines Katamarans ist bedingt durch Quelle?
seine beiden verbundenen Rümpfe. Diese beiden Auftriebskörper erzeugen eine stabile Wasserlage. Diese Stabilität wird aus der Breite,
dh. aus dem Abstand der beiden Rümpfe bezogen. Waren die ersten
Konstruktionen mit Längen-/Breitenverhältnisse von 3:1 noch sehr
schmal, ist heute mit 2:1 und etwas mehr ein ausgewogenes Maß zwischen Quer- und Längsstabilität erreicht. Katamarane mit einem Verhältnisse von 1:1 haben zwar ein enormes Segeltragevermögen, können aber genau so schnell kopfüber kentern.
Bei der vorliegenden Einführungsstunde in das Projekt „Wir bauen einen Katamaran“ soll u.a. die Strömungstechnik eines Bootes betrachtet
werden. Dabei soll die strömungsgünstigste Form des Schiffsbugs, der
Vorderteil des Schiffsrumpfes, bei seiner (Vorwärts-) Bewegung im
Wasser experimentell untersucht werden.
Bei der Betrachtung dieses Phänomens spielt hier der Strömungswiderstand eine Rolle:
Bewegt sich ein Körper in einer Flüssigkeit und/oder wird dieser von einer Flüssigkeit umströmt, dann wird die Bewegung des Körpers gehemmt.
Der jeweilige Stoff (z. B. Wasser oder Luft) und der sich bewegende
Körper wirken aufeinander ein. Diese Wechselwirkung führt zu einer
Kraft, die die Bewegung hemmt. Man nennt diesen bewegungshemmenden Widerstand Strömungswiderstand.
Die Kraft, die die Bewegung des Körpers hemmt, heißt Strömungswiderstandskraft.
Der Strömungswiderstand eines Körpers ist abhängig von,
•
•
der Querschnittsfläche des Körpers.
der Form des Körpers (Stumpfe und eckige Formen vergrößern in der Regel den Strömungswiderstand).
•
der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers.
7
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•
der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Körper und umgebendem Stoff
•
je größer die Dichte des Stoffes ist.
•
den Verwirbelungen neben und hinter dem Schiff
Die o.g. letzten vier Faktoren spielen in der Stunde keine wesentliche
Rolle, könnten jedoch von den Schülerinnen und Schüler im UGespräch eingebracht werden.
Auf Kinder haben Boots- und Schiffsmodelle eine große Anziehungskraft. Etwas Schwimmendes zu bauen und damit zu experimentieren
ist generell eine reizvolle Aufgabe für die Schülerinnen und Schüler. Sie
können aus Fehlern und Erfahrungen lernen und das Gelernte auch
ohne größeren Aufwand umsetzen.
Vor allem die geographische Nähe zum Bodensee macht diese Objekte
für den Unterricht sehr interessant, da Boote / Schiffe für die Schüler sicherlich keine ganz unbekannten Objekte sind.
2.2.
Werkstoff Styrodur
Styrodur ist chemisch betrachtet ein Polystyrol.
Chemische Struktur:
Thermoplast aus kettenförmigen Makromolekülen mit abwechselnden Verzweigungen aus
Wasserstoff und Benzolringen.
Chemische Formel:
C6H5 – CH = CH2
Dieses Polystyrol kommt zum einen als ein transparentes, amorphes
oder teilkristallines Thermoplast, welches in unserem Alltag oft Verwendung findet, als auch als Schaumstoff (expandiertes Polystyrol) vor. Zu
diesen Schaumstoffen gehört das Styrodur.
Styrodur ist nur ein Handelsname bzw. eine Markenbezeichnung für
einen geschlossen-zelligen, extrudierten Polystyrolschaumstoff (XPS).
8
gehört nicht hierher
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Weitere Handelsnamen von Polystyrolschaumstoff sind Floormate, Jackodur, Lustron, Roofmate, Styropor, Styroflex.
Styrodur ist gut geeignet als Dämmstoff für die Innen- als auch Außenisolierung. Die Dichte von festem Polystyrol liegt zwischen 1,040 und
1,090 g/m3,
aufgeschäumtes Polystyrol wie Styrodur hat eine Dichte
von 0,02 – 0,09 g/m3. Vergleichswerte:
- Dichte von Wasser:
1,0
g/m3
- Dichte von Holz:
0,5
g/m3
- Dichte von Eisen:
7,8 g/m3
Styrodur eignet sich besonders gut für die Verwendung im Modellbaubereich, da die sich Polystyrolschaumstoffe sehr einfach verarbeiten
lassen. Man kann Styrodur sägen, feilen und schneiden. Dies führt zu
einer unglaublichen Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten, nicht nur im (privaten) Modellbau, sondern auch in der Schule.
Insgesamt sehr gründliche Überlegungen zur Sache! Die Literaturgrundlage ist etwas dünn. Quellen immer angeben!
3. Didaktische Analyse
Das Projekt „Wir bauen einen Katamaran“ und die vorliegende Stunde
ist nicht alleine dem Fächerverbund Wirtschaft-Arbeit-Gesundheit zuzuordnen, sondern auch dem Fächerverbund Materie-Natur-Technik.
Im Fächerverbund WAG kommen Kompetenzen aus den Bereichen
„Arbeit – Produktion – Technik“ zum Tragen5, während im Fächerverbund MNT Kompetenzen im Bereich „Bewegte Welt“ tangiert werden.
An diesem Beispiel zeigt sich, dass Kompetenzen und Inhalte der beiden Fächerverbünde nicht isoliert betrachtet werden können (dürfen).
Fach- und fächerübergreifende Ansätze fördern ganzheitliches Lernen.
5
siehe 4.1. Kompetenzen
9
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Der Fächerverbund WAG greift Aufgaben- und Problemstellungen aus
dem beruflichen, privaten und öffentlichen Lebensbereich auf6 . Wenn
die SuS in ihrem späteren Leben wahrscheinlich kein Segelboot konstruieren und bauen werden, werden sie doch aufgrund der geographischen Nähe zum Bodensee mit den gewonnenen Erfahrungen und
Kenntnissen ihre Umwelt, in Bezug auf dieses Thema, Schiffe und Boote, bewusster wahrnehmen. Somit können, wie es der Bildungsplan fordert, mit dem Projekt „Wir bauen einen Katamaran“ gegenwarts- und
zukunftsbedeutsame Themenfelder praxisbezogen und handelnd erschlossen werden.
Ich denke es ist selbstverständlich, dass dabei entdeckende, problemlösende und projektorientierte Unterrichtsverfahren eingesetzt werden.
Mit technischen Experimenten sollen in der vorliegenden Stunde entdeckende und problemlösende Unterrichtsverfahren umgesetzt werden.
Mit und innerhalb des Projekts „Wir bauen einen Katamaran“ sollen pro- gute Verknüpfung
jektorientierte Unterrichtsverfahren realisiert werden, ganz im Sinne der
Leitsätze der GHWRS Berg “Umfangreiche Projektphasen bieten lebensnahe Handlungsperspektiven und fördern verständnisintensives
Lernen“.
Der Begriff „Projekt“ wird unterschiedlich definiert. Der Duden definiert
ihn als „Plan(-ung), Entwurf, Vorhaben. Er umschreibt ein Vorhaben einer Idee oder eines Themas bzw. eine selbst gesteuerte Arbeitsmethode. Diese Definitionen zeigen, dass es im Projekt um mehr als nur reine
Wissensvermittlung geht.
Im schulischen Bereich ist ein Projekt durch vier Aspekte gekennzeichnet7:
themenorientiert prozessorientiert zielorientiert ergebnisorientiert
6
Ministerium für Kultus und Sport Baden-Württemberg (Hg): Bildungsplan der Haupt-
schule / Werkrealschule, Stuttgart 2004, S.126/127
7
PMP SchuleLeben: MNT,WAG,Projekte, Berufsorientierung Hauptschule – 1/ 2006
10
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Der Komplexität wegen verzichte ich auf eine ausführliche Darstellung
(Phasen, Gruppenbildung usw.), da sie für die vorliegende Stunde nicht
von großer Relevanz ist.
Die Stunde ist der Einstieg bzw. die Einführung in das Gesamtprojekt.
Ziel ist der Bau eines Modells eines Katamarans. Die Motivation der
SuS für eine „Sache“ hängt häufig sehr stark von der „ersten Begegnung“ mit dem Thema ab.
Meine grundsätzliche Zielsetzung ist handlungsorientiertes Vorgehen.
Theoretische Fragestellungen wie zum Beispiel „Warum schwimmt ein
Schiff?“ und die Erklärung mit dem Archimedischen Prinzip usw. würde
die SuS von Anfang an demotivieren.
Eine offene handlungsorientierte Phase, in der die SuS selbständig einen Schwimmkörper bauen können, soll den Forscherdrang der SuS
befriedigen und sie für die Thematik motivieren. In der Vorstellungsphase der Modelle können sich wertvolle Erkenntnisse für den weiteren
Verlauf herauskristallisieren. Im besten Falle können sich die Erkenntnisse wie ein roter Faden durch die Stunde ziehen.
Auch in den beiden Phasen mit den technischen Experimenten und
der abschließenden Arbeitsphase mit einer Fertigungs- bzw. Herstellungsaufgabe soll praktisch handelndes Arbeiten und Lernen ermöglicht werden.
„Die Verflechtung von praktischem Tun und reflektiertem Überprüfen
der dabei gewonnenen Erkenntnisse“, wie es der Bildungsplan fordert,
soll mit diesen Unterrichtsverfahren durchgängig umgesetzt und realisiert werden.
Für SuS ist die Erscheinung „Strömungs- oder Schiffswiderstand“
schwierig nachzuvollziehen, da man zwar die Wirkung beobachten und
messen kann, das Phänomen aber direkt nicht sichtbar ist. Um das
Vorstellungsvermögen der SuS zu unterstützen und „verständnisinten-
11
sehr gut eingebaut!
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sives Lernen“8 zu ermöglich, dient im Wasser versetzter Quarzsand
dazu, den Widerstandseffekt sichtbar zu machen. Der Quarzsand wird
sich je nach Widerstand vor dem Bug ansammeln. Diese Methode wird
mit Sicherheit das Vorstellungsvermögen der SuS und damit das Verständnis unterstützen.
Sehr gut dargestellt und begründet. Allerdings ist hier nur die Begründung
aus der Sicht des Bildungsplanes vorhanden. Das ist nur eine der
wichtigen Begründungsebenen. Die drei Klafki´schen fehlen!
4.
Angestrebte Kompetenzen und Stundenziele
4.1.
Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler
Prinzipiell richtig, aber
besser auswählen. In
-
entwerfen, planen und fertigen je nach Aufgabe Gegenstände aus der Stunde wird nichts
Holz, Metall, Kunststoff, Keramik und Textilien;
aus Holz, Metall, Ke-
-
können das Produkt und den Herstellungsprozess reflektieren und ramik oder Textilien
hergestellt. Kein Schü-
bewerten;
-
können mit Werkstoffen, Materialien und Energie fachgerecht und
verantwortungsbewusst umgehen.9
4.2.
Stundenziele
Die angestrebten Kompetenzen sollen mit folgenden Zielen erreicht werden:
Fachliche Ziele: Die Schülerinnen und Schüler sollen
-
-
8
9
den Schiffswiderstand und die Gleitfähigkeit sowie die Tragfähigkeit
und Stabilität eines Bootes experimentell ermitteln und bewerten
können,
ein Bootsmodell nach den Kriterien Schiffswiderstand und Tragfähigkeit bauen.
siehe Leitbild der GHWRS Berg
vgl. Bildungsplan 2004, Hauptschule, S. 128
12
ler lernt, mit Energie
fachgerecht umzugehen usw.
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Methodische Ziele: Die Schülerinnen und Schüler sollen
-
in technischen Experimenten die Abhängigkeitsfaktoren für die
Schwimmfähigkeit eines Bootes ermitteln;
-
durch Ausprobieren und gezielte Versuche ihr Vorwissen und ihre
Hypothesen überprüfen;
die gewonnenen Erkenntnisse bewerten und anwenden können.
-
Personale Ziele: Die Schülerinnen und Schüler lernen
-
technische und physikalische Probleme experimentell zu analysieren, zu verbalisieren, umzusetzen und anzuwenden.
Soziale Ziele: Die Schülerinnen und Schüler sollen im Team technische
Experimente durchführen.
Gute, überprüfbare Formulierungen
5.
Methodische Analyse
5.1.
Grundsätzliche Vorüberlegungen
Betrachtet man das Gesamtprojekt „Wir bauen einen Katamaran“, sind
verschiedene Methoden des Technikunterrichts denkbar bzw. möglich.
Das Unterrichtsverfahren des Lehrgangs10 kann zum Beispiel bei der
Bearbeitung des Rumpfes mit bestimmten Werkzeugen und von verschiedenen Materialien eingesetzt werden, um technische Kenntnisse
zu vermitteln oder technische Fertigkeiten einzuüben.
Die Methode der Konstruktionsaufgabe11 könnte zum Beispiel beim
Einbau eines Elektromotors, verbunden mit dem Bau eines wasserdichten Gehäuses für die Batterie oder der Konstruktion und Einbau
einer Lenkung (z.B. Gestänge, Übersetzung) zum Tragen kommen. Bei
10
Henseler, Kurt; Höpken Gerd (1996): Methodik des Technikunterrichtes. Bad
Heilbrunn: Verlag Julius Klinkhardt S.60ff
11
Henseler, Kurt; Höpken Gerd (1996): Methodik des Technikunterrichtes. Bad Heilbrunn: Julius
Klinkhardt S.66ff
13
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diesem technischen Problemlösungsprozess stünde dann das Erfinden, Entwerfen und Gestalten bzw. Konstruieren im Vordergrund.
Der Zugang zu dem Projekt könnte auch über eine Produktanalyse12
erfolgen. Mit der Demonstration von verschiedenen Bootsmodellen
bzw. –typen könnten die SuS mit einer technischen Analyse die Boote
systematisch hinsichtlich der (technischen) Komponenten, Faktoren
oder Wirkungsweise untersuchen.
Eine Erkundung im Rahmen des Technikunterrichts13 würde aufgrund der Nähe zum Bodensee eine Realbegegnung mit Problemstellungen ermöglichen. Ein außerschulischer Lernort könnte zum Beispiel
der Besuch einer Werft oder eines Bootshafens sein. Je nach Einbettung der Erkundung könnten sich die SuS Anregungen aus der technischen Realität für die ihnen gestellten Aufgaben suchen. Diese Einblicke müssten auf Fragestellungen, die für den Unterricht relevant sind,
beschränkt werden (Motivation und Reduktion).
In der vorliegenden Einführungsstunde zum Projekt „Wir bauen einen
Katamaran“ wird aufgrund der Zielsetzung das technische Experiment14 zum Tragen kommen. In zwei technischen Experimenten sollen
die Bedingungsfaktoren des Schiffswiderstandes und der Gleitfähigkeit
sowie die Tragfähigkeit und Stabilität eines Bootes experimentell ermittelt und bewertet werden.
Das technische Experiment enthält Bestandteile der Konstruktions- und
der Herstellungsaufgabe, jedoch mit einer anderen Zielsetzung. „Es
wird untersucht, ob ein Gegenstand oder ein Verfahren geeignet ist,
eine Teillösung zu einem Problem zu liefern“.
Übertragen auf die Stunde, sollen die Experimente (technische) Erkenntnisse liefern, und die Grundlage für den Bau eines Bootes darstellen.
12
Schmayl, Winfried; Wilkening, Fritz (1995): Technikunterricht. Bad Heilbrunn: Julius Klinkhardt S.
156f
13
Henseler, Kurt; Höpken Gerd (1996): Methodik des Technikunterrichtes. Bad Heilbrunn: Julius
Klinkhardt S.96ff
14
Henseler, Kurt; Höpken Gerd (1996): Methodik des Technikunterrichtes. Bad Heilbrunn: Julius
Klinkhardt S.84ff
14
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In der Einführungsstunde habe ich auf das Problem Antrieb eines Bootes, bezogen auf den Katamaran, auf die Funktion, Form und Konstruktion der Segel verzichtet, da dies ein sehr komplexes Phänomen ist.
Ich denke, diese Thematik müsste im Laufe des Projektes eventuell im
Zusammenhang mit der Problematik Antrieb separat behandelt werden.
Sehr gute Darstellung der methodischen Alternativen, sehr gute Begründung der methodischen Entscheidung!
Die beiden technischen Experimente in der Stunde enthalten die „klassischen“ Elemente eines Experiments:
-
Nach der Problemstellung äußern sich die Schüler (aufgrund ihres
Vorwissens) zu dem Problem und stellen Hypothesen auf. Die SuS
werden im ersten Experiment zur Ermittlung der geeignetsten Form
des Buges15 sehr schnell auf die Lösung kommen. Die Teilexperimente sollen den Sachverhalt veranschaulichen, um den (physikalischen) Hintergrund zu verdeutlichen und den Lernprozess der SuS
zu unterstützen.
Beim Experiment zur Tragfähigkeit und Stabilität wird das Vorwissen geringer sein und der Hypothesenbildung wird eine größere
Bedeutung zukommen. Die
Hypothesenbildung wird zunächst gemeinsam im Unterrichtsgespräch erfolgen, bei der Versuchsdurchführung werden die SuS innerhalb ihrer Gruppe immer wieder neue Thesen aufstellen, diskutieren und reflektieren.
-
Die Experimente sind von mir weitgehenst geplant und vorbereitet,
wobei im 2. Experiment zur Tragfähigkeit und Stabilität die SuS
großen Spielraum bei ihren Versuchplanungen, -gestaltungen und
Konstruktionen haben.
-
Die Durchführung der Experimente wird durch ein Arbeitsblatt unterstützt. Es enthält jeweils die Arbeitsanweisung und dient der Do-
15
Der Bug ist der vordere Teil eines Schiffsrumpfes. Er sollte so wenig Widerstand als
möglich erzeugen.
15
26.06.2009
kumentation der Beobachtungen und Ergebnisse. Diese schriftliche
Fixierung dient u.a. der Ergebnissicherung.
-
Jeweils direkt nach den beiden Experimentierphasen erfolgt eine
Reflexionsphase, in denen die Ergebnisse und Erkenntnisse diskutiert und dokumentiert werden. Für diese Auswertungen direkt nach
der Durchführungsphase habe ich mich entschieden, da für die SuS
kleinschrittigere Auswertungsphasen nicht zu komplex und somit
verständlicher sind.
-
In der abschließenden Fertigungs- bzw. Herstellungsaufgabenphase sollen die Schüler die Erkenntnisse der beiden technischen Experimentierphasen anwenden. Bei einer Fertigungs- bzw. Herstellungsaufgabe sollen die SuS nach vorgegebenen Kriterien planvoll
eine gegenständliche Lösung fertigen. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Bugform und der Tragfähigkeit sind die Grundlagen für
den vorgegebenen Arbeitsauftrag. In der Planungsphase sollen die
SuS die V-Form aufzeichnen und anschließend die Form mit einem
Teppichmesser (grob) ausschneiden. An dieser Stelle halte ich Sicherheitshinweise zum Umgang mit einem Teppichmesser für unbedingt erforderlich. Eine weitere Bearbeitung ist nicht vorgesehen,
da dies in der nächste Stunden u.a. mit Feilen vorgesehen ist.
Ich halte diese Phase für sehr wertvoll, da hierbei die SuS sehr selbständig und kreativ arbeiten können, sodass die Motivation sehr groß
sein wird. Wenn eine gemeinsame Betrachtung der gestalteten
Bootsmodelle aus Zeitgründen nicht mehr erfolgen kann, ist dies eine
Einstiegsmöglichkeit für die nächste Stunde.
Sehr wichtig für das Arbeitsverhalten (nicht nur) in Technik halte ich
das gemeinsame Aufräumen der Arbeitsplätze und des Technikraumes.
Die Lehrkraft sollte hier vorbildlich vorangehen und mitarbeiten.
Vor der Verabschiedung möchte ich kurz reflektieren, eventuell einen
Ausblick geben.
16
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5.2.
Methodische Überlegungen und Begründungen zu den
einzelnen Unterrichtsphasen
Aus den grundsätzlichen methodischen Überlegungen, den angestrebten Kompetenzen und Zielen ergibt sich folgende methodische Vorgehensweise:
5.2.1.
Einstieg/Problemstellung
Zwei Bilder von Segelbooten, auf denen der Bootsrumpf nicht zu sehen ist, sollen Sprechanlässe bieten, bei denen die SuS ihre Vermutungen und ihr Vorwissen einbringen können. Wie bereits erwähnt, gehe ich davon aus, dass die SuS aufgrund der Nähe zum Bodensee
verschiedene Segelboottypen kennen. Ich halte es grundsätzlich für
wichtig, dass SuS ihre Vorkenntnisse und Beobachtungen verbalisieren (können), da Deutsch in allen Fächern gefördert werden muss.
Nach dem Sammeln der Schüleräußerungen formuliere ich das Projekt- und Stundenziel.
Als Alternativen zu diesem Einstieg wären auch, wie bereits in den
grundsätzlichen Vorüberlegungen ausgeführt, eine Produktanalyse, dh.
die Demonstration von verschiedenen Bootsmodellen, denkbar. Aufgrund der Zielsetzung, die Bedingungsfaktoren des Schiffswiderstandes und der Gleitfähigkeit sowie die Tragfähigkeit und Stabilität über
technische Experimente systematisch zu erarbeiten, habe ich diesen
Weg verworfen.
5.2.2.
Motivationsphase
Durch diese offene Phase soll der natürliche Drang von Kindern, selbständig ohne strenge Zielvorgaben experimentieren zu dürfen, befriedigt werden. Die SuS können mit bereitgestellten Materialien nach ihren Vorstellungen schwimmende Modelle bauen. Der Werkstoff Styrodur, der durchgängig in der Stunde eingesetzt wird, besitzt eine gute
Schwimmeigenschaft und hat gegenüber Styropor den Vorteil, dass er
17
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nicht so „ausbröselt“. Holz wäre in dieser Phase nicht geeignet, da
Verbindungen schwierig zu realisieren wären.
Diese kreative Phase ist für die SuS mit Sicherheit eine große Motivation zum Einstieg in die Thematik.
5.2.3.
Reflexionsphase
Die SuS stellen ihre Modelle vor. Sie können sie kurz beschreiben und
ihre Intentionen erklären. Die Konstruktionen werden viele Sprechanlässe ergeben, die für die weiteren Schritte und Phasen wichtige „Impulse“ sein können. Spätestens an dieser Stelle müssen die Begriffe
Bootsrumpf, Bug und Heck geklärt werden.
Ich gehe davon aus, dass in dieser Reflexionsphase bereits Vorschläge zur Form des Buges kommen werden.
Diesen Impuls werde ich als Überleitung zu der Phase des ersten
technischen Experiments aufgreifen.
5.2.4.
Experimentierphase 1
Ich werde die Problemstellung aus der Überleitung heraus formulieren
„Welche Form des Buges ist wohl die beste?“
Ich gehe in der Hypothesebildung davon aus, dass die Vorschläge
sehr stark in Richtung V-Form gehen werden. Auch die Abschrägung
nach unten könnte sehr schnell in die Diskussion kommen.
Ich werde anschließend die Problemstellung mit der Fragestellung erweitern, wie wir die günstigste Strömungsform untersuchen könnten.
Ich glaube nicht, dass die SuS selbständig auf die vorgesehene bzw.
vorbereitete Versuchsplanung und –durchführung kommen werden.
Nach Möglichkeit werde ich aber Vorschläge der SuS aufgreifen. Ich
werde zu gegebener Zeit den Schülern die Versuchsanordnung und –
durchführung erklären.
Das Arbeitsblatt beinhaltet eine kurze Arbeitsanweisung. Die Zeichnungen mit verschiedenen Bugformen sollen den (weiteren) Versuchsablauf unterstützen.
18
26.06.2009
Die SuS sollen ihre Beobachtungen zeichnerisch festhalten und eine
„Rangliste“ der Bugformen erstellen.
In der anschließenden gemeinsamen Auswertungsphase werden die
Ergebnisse diskutiert und bewertet.
5.2.5.
Experimentierphase 2
Zur Untersuchung der Tragfähigkeit und Stabilität eines Rumpfes werde ich mit einem (stummen) Lehrerimpuls Playmobilfiguren und Gewichte auf die Modelle der SuS aus der Motivationsphase stellen. Sollten die SuS nicht auf den stummen Impuls reagieren, werde ich die
Zielfrage formulieren „Welche Rumpfform ist wohl die beste bzw. tragfähigste?“
Die SuS werden wahrscheinlich verschiedene Hypothesen formulieren
und Versuchsanordnungen vorschlagen. An dieser Stelle werde ich
anhand des Arbeitsblattes den Arbeitsauftrag für das technische Experiment 2 erteilen.
Die SuS haben in der Versuchsanordnung völlige Freiheit. Sie haben
die Möglichkeit, ihre ursprünglichen Modelle zu verwenden, zu optimieren oder völlig neue zu bauen.
Auf dem Arbeitsblatt sollen die SuS ihre Vorschläge aufzeichnen und
ihre Beobachtungen beschreiben. Nach der Durchführungsphase werden die Gruppenergebnisse gemeinsam reflektiert und ausgewertet.
5.2.6.
Reflexionsphase
Da die SuS in der anschließenden Phase einen „Rumpfrohling“ herstellen,
sollen die gewonnenen Erkenntnisse aus den beiden Experimentierphasen
nochmals gesichert und zusammenhängend betrachtet werden.
Die SuS sollen die optimale Rumpfform ableiten und verbalisieren.
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26.06.2009
5.2.7.
Arbeitsphase: Fertigungs- bzw. Herstellungsaufgabe
Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse über eine strömungsgünstige Was ist eine HerstelRumpfform sollen/können die SuS in einer abschließenden Fertigungs- lungsaufgabe???
bzw. Herstellungsaufgabe entweder ihr Ausgangsmodell weiterentwickeln
oder ein neues Modell bauen. Dazu stehen den SuS weitere StyrodurRohlinge zur Verfügung. Die Vorgaben für den Entwurf resultieren aus
den in den Experimentierphasen und der Reflexionsphase zusammengefassten Erkenntnissen.
Dabei sollen die SuS die V-Form aufzeichnen und mit einem Teppichmesser einen „Rohling“ eines Rumpfes gestalten bzw. herstellen. Sicherheitshinweise zum Umgang mit dem Teppichmesser werde ich im Vorfeld
geben.
Dieser Rohling soll jedoch noch nicht weiter bearbeitet werden, dies ist
in den nächsten Stunden mit Feilen vorgesehen.
Des weiteren bekommen die SuS die Möglichkeit ihre Modelle mit
Schwimmversuchen zu testen.
Sehr gute Diskussion der methodischen Planung. Keine reine „Vorerzählung“ der Stunde, sondern nach Phasen gegliedert dargestellt und gut begründet.
20
6.
Unterrichtsskizze
10.06.09
Kl.: 5 GHWRS Berg
„Wir bauen einen Katamaran“
Pascal Linzner
Lernziele:
- Die Schülerinnen und Schüler lernen Grundlagen der Strömungsform und die Stabilität eines Rumpfes/Katamaran kennen.
- Die Schülerinnen und Schüler lernen in technischen Experimenten die optimale Rumpfform eines Bootes zu ermitteln.
- Die Schülerinnen und Schüler sollen technische Probleme experimentell analysieren, umsetzen und anwenden.
- Die Schülerinnen und Schüler sollen im Team verschiedene Experimente durchführen und Lösungen ermitteln.
Zeit
ca. 2 min
ca. 5 min
ca. 15 min
ca. 5 min
Lernphasen
I.
II.
III.
Begrüßung
Einstieg
Problemstellung
Motivationsphase
Reflexionsphase
Lernimpuls/ Lernaktivität
Der Lehrer begrüßt die SuS.
Stummer Impuls anhand zweier Bilder von Segelbooten (ohne
Rumpf).
- Bilder und Vorwissen bieten Sprechanlass für die Schülerinnen
und Schüler.
Bekanntgabe des Projekt- und Stundenzieles.
- Projektziel: Bau eines Segelbootes bzw. Katamaran
- Stundenziel: Experimentelle Erarbeitung der Rumpfform.
Sozialform
Sitzkreis um eine
Werkbank.
Sitzkreis um
Werkbank.
Die Schülerinnen und Schüler sollen aus dem bereitgestellten Material schwimmende Modelle bauen.
Gruppen werden gebildet.
Gruppenarbeit
(2 x 3 SuS)
Die Ergebnisse der Schülerinnen und Schüler werden besprochen
und ausgewertet.
- Die Schülerinnen und Schüler stellen ihre Modelle vor und beschreiben ihre Intentionen und Erfahrungen beim Bau.
- Klärung der Begriffe Schiffsrumpf, Bug und Heck
Überleitung zur Experimentierphase.
Stehkreis um eine
Werkbank.
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Medien
Bilder von zwei
Segelbooten deren Rumpf nicht
zu sehen ist.
Wasserwannen,
Styrodurteile
(versch. Formen),
Zahnstocher,
Schaschlikspieße,
Segel, Tesafilm
Wasserwanne
Modelle der SuS
ca. 20 min
ca. 20 min
ca. 5 min
ca. 10 min
ca. 5 min
ca. 3 min
IV.
V.
VI.
VII.
Experimentierphase 1
Experimentierphase 2
Reflexionsphase
Fertigungs- bzw.
Herstellungsaufgabe
Schiffswiderstand und Gleitfähigkeit des Rumpfes
Problem: Welche ist die beste Bugform?
Hypothesenbildung der Schülerinnen und Schüler.
- AB für den Versuch wird ausgeteilt.
Durchführung der Versuche. (L. demonstriert die Vorgehensweise
des Versuches einmal.)
Auswertung und Ergebnissicherung auf dem AB.
Gruppenarbeit
(2 x 3 SuS)
Schiefe Ebene,
verschiedene
Styrodurformen,
Wasserflaschen,
Wasserwannen,
Quarzsand,
AB
Tragfähigkeit und Stabilität des Rumpfes
Problemstellung durch Lehrerimpuls.
- Gewichte werden auf Modelle gestellt.
Welche Bootsform ist wohl die stabilste?
Hypothesenbildung
Durchführung des Versuches.
Auswertung und Ergebnissicherung auf dem AB.
Zusammenfassende Reflexion und Auswertung der Ergebnisse aus
den beiden Experimentierphasen zur Bugform und Tragfähigkeit.
Die Schülerinnen und Schüler sollen anhand ihrer gemachten Erfahrungen die optimale Rumpfform für den Bau eines Bootes reflektieren
und bewerten.
Gruppenarbeit
(2 x 3 SuS)
Wasserwannen,
versch. Modelle,
Gewichte, AB,
Sitzkreis um eine
Werkbank.
AB, verschiedene
Modelle
Einzelarbeit
S-Aktivität
Styrodur, Teppichmesser, Stift,
Lineal,
Wasserwanne,
Schaschlikspieße,
Zahnstocher,
(evtl. Laubsäge
oder Dekupiersäge)
Herstellung des „Rumpfrohlinges“ mit einem Messer o.ä. geeignetem
Werkzeug.
- Aufzeichnen der V-Form auf den Styrodurteilen.
- Sicherheitshinweise zum Umgang mit Teppichmesser
- Ausschneiden der Form mit einem Teppichmesser.
Schwimmversuche mit dem selbstgebauten Rumpf.
Beschriften der Modelle (eventuell für nächste Stunde).
VIII. Aufräumen
Aufräumen und kehren des Klassenraumes.
IX..
Kurze Reflexion durch Lehrer.
L. verabschiedet sich von den Schülerinnen und Schüler.
Reflexion, Ausblick
und Verabschiedung
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Sitzkreis um eine
Werkbank
Skizze gut. Methodenspalte fehlt!
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7.
Literaturverzeichnis
Informationsbroschüre der GHS Berg
www.wikipedia.de (siehe Fussnoten mit Datum und Uhrzeit)
http://www.phynet.de/mechanik/dynamik/hydrodynamik/die-auftriebskraft-influssigkeiten (04.06.09 17:23Uhr)
Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (Hrsg.)
(2004): Bildungsplan für die Hauptschule. Ditzingen: Phillip Reclam Jun., Graph.
Betrieb GmbH
PMP SchuleLeben: MNT,WAG,Projekte, Berufsorientierung Hauptschule – 1/
2006
Henseler, Kurt; Höpken Gerd (1996): Methodik des Technikunterrichtes. Bad
Heilbrunn: Verlag Julius Klinkhardt
Schmayl, Winfried; Wilkening, Fritz (1995): Technikunterricht. Bad Heilbrunn:
Verlag Julius Klinkhardt
Im fachlichen Bereich fehlt eine solide Quelle, die die Wiki-Aussagen absichert.
Insgesamt ein sehr guter Entwurf!!
24
8.
Anhang
8.1.
Bilder für den Einstieg
25
26
8.2.
Kl.5
Arbeitsblatt
GHWRS Berg
ARBEITSBLATT – WAG Technik
Experiment 1:
a) Zeichne die Stellen ein, an denen sich der meiste Sand ansammelt:
27
10.06.09
rechteckige Form
spitze Form
halbrunde Form
geschlossen
halbrunde Form
geöffnet
b) Welche Form ist am besten für einen Rumpf geeignet? Ordne von 1 – 4.
1) _______________________
2) _______________________
3) _______________________
4) _______________________
Experiment 2:
Welche Bootsform ist die stabilste und welche kann das meiste Gewicht tragen?
Zeichne die deiner Meinung nach beste Form in das Kästchen und beschreibe sie.
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