Von TryEngineering -

Transkript

1 Von TryEngineering - Im Mittelpunkt dieser Lektion In dieser Lektion geht es um das Errichten hoher Gebäude und um ihre Strukturen. Die Schüler und Schülerinnen konstruieren den höchsten Turm, den sie mit einem begrenzten Materialvorrat bauen können. Der Turm muss zwei Minuten lang das Gewicht eines Golfballs tragen können. Sie entwickeln ein Design auf Papier, bauen ihren Turm, zeigen diesen der Klasse und testen ihn, beurteilen ihre Ergebnisse und die Ergebnisse ihrer Klassenkameraden und füllen Reflexionsarbeitsblätter aus. Zusammenfassung dieser Lektion In der Aktivität Hohe Türme wird das Design hoher Gebäude z. B. von Wolkenkratzern und Telekommunikationstürmen untersucht. Die Schüler und Schülerinnen konstruieren in Teamarbeit den höchsten Turm, den sie nur mit Strohhalmen, Pfeifenreinigern und Heftklammern bauen können. Der Turm muss stabil genug sein, um zwei Minuten lang das Gewicht eines Golfballs zu tragen. Altersstufen Ziele Die Schüler und Schülerinnen sollen etwas über Bautechnik lernen. Die Schüler und Schülerinnen sollen etwas über Konstruktionstechniken und Konstruktionsverbesserungen lernen. Die Schüler und Schülerinnen sollen lernen, wie die Konstruktionstechnik zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beitragen kann. Die Schüler und Schülerinnen sollen etwas über Teamarbeit und Problemlösungen lernen. Erwartete Ergebnisse zum Vorteil der Lernenden Als Ergebnis dieser Aktivität sollten die Schüler und Schülerinnen ein Verständnis der folgenden Konzepte entwickeln: Bautechnik und -konstruktion Konstruktionsdesign Teamarbeit Hohe Türme Seite 1 von 11

2 Aktivitäten dieser Lektion Die Schüler und Schülerinnen untersuchen die höchsten Gebäude der Welt, insbesondere ihr Design und ihre Konstruktion. Dann konstruieren sie in Teams einen möglichst hohen Turm, der 2 Minuten lang das Gewicht eines Golfballs tragen kann. Sie erhalten 50 Strohhalme, 50 Rohrreiniger und 25 Heftklammern. Sie entwickeln ihren Plan auf Papier, bauen den Turm, testen ihn und vergleichen ihre Ergebnisse mit denen ihrer Klassenkameraden. Ressourcen/Materialien Ressourcendokumente für Lehrer (liegen bei) Ressourcenblatt für Schüler (liegt bei) Schülerarbeitsblatt (liegt bei) Abstimmung auf Lehrpläne Siehe das Lehrplan-Abstimmungsblatt am Ende der Lektion. Weiterführende Websites TryEngineering () Design und Bau des Burdsch Chalifa-Turms ( CN Tower ( National Science Education Standards ( in englischer Sprache ITEA Standards for Technological Literacy ( Literaturempfehlungen How Tall Is Tall?: Comparing Buildings (ISBN: ) Reinforced Concrete Design of Tall Buildings (ISBN: ) Construction Technology For Tall Buildings (ISBN: ) Optionale Schreibaktivität Schreibe einen Aufsatz oder einen Absatz darüber, wie Fortschritte in der Konstruktionstechnik zur explosiven Zunahme vertikaler Gebäude zu Beginn des 20. Jahrhunderts führten. Hohe Türme Seite 2 von 11

3 Für Lehrer: Ressourcen für Lehrer Ziel dieser Lektion In dieser Lektion geht es um das Errichten hoher Gebäude und um ihre Strukturen. Die Schüler und Schülerinnen konstruieren den höchsten Turm, den sie mit einem begrenzten Materialvorrat bauen können. Der Turm muss zwei Minuten lang das Gewicht eines Golfballs tragen können. Der Golfball muss in der Nähe des oberen Abschlusses des Turmes gelagert werden, und die Unterseite des Balles darf sich höchstens 20 % unter der Oberkante des Turmes befinden. Sie entwickeln ein Design auf Papier, bauen ihren Turm, zeigen diesen der Klasse und testen ihn, beurteilen ihre Ergebnisse und die Ergebnisse ihrer Klassenkameraden und füllen Reflexionsarbeitsblätter aus. Lektionsvorgaben Die Schüler und Schülerinnen sollen etwas über Bautechnik lernen. Die Schüler und Schülerinnen sollen etwas über Konstruktionstechniken und Konstruktionsverbesserungen lernen. Die Schüler und Schülerinnen sollen lernen, wie die Konstruktionstechnik zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beitragen kann. Die Schüler und Schülerinnen sollen etwas über Teamarbeit und Problemlösungen lernen. Materialien Ressourcenblätter für Schüler Schülerarbeitsblätter Materialsatz pro Team: 1 Golfball, 50 Plastikstrohhälme, 50 Pfeifenreiniger, 25 Heftklammern aus Metall. Verfahren 1. Zeigen Sie den Schülern die Informationsblätter für Schüler. Diese können in der Klasse gelesen oder im Voraus als Hausaufgabe zum Lesen aufgegeben werden. 2. Sprechen Sie zum Einstieg in die Lektion mit den Schülern und Schülerinnen darüber, dass die Gebäude im letzten Jahrhundert immer höher wurden. Sie könnten sich überlegen, was das größte Gebäude in ihrer Gemeinde sein könnte, und dieses dann mit einigen der höchsten Gebäude der Welt vergleichen. 3. Lassen Sie die Schüler und Schülerinnen die Planungs- und Bauressourcen auf der Website für Design und Bau des Burdsch Chalifa-Turms prüfen und fordern Sie sie auf, die Form der höchsten Gebäude in Erwägung zu ziehen. ( 4. Die Teams müssen sich über ihre Aufgabe Gedanken machen und ein Diagramm ihres Turmplans zu Papier bringen. 5. Als Nächstes bauen die Teams ihre Türme und testen diese innerhalb ihres Teams. 6. Dann zeigen alle Teams der versammelten Klasse ihre Türme und demonstrieren die Fähigkeit des Turmes, den Golfball zu tragen. Hohe Türme Seite 3 von 11

4 Für Lehrer: Ressourcen für Lehrer (Fortsetzung) 7. Alle Türme werden zur Ermittlung des höchsten Turms gemessen. 8. Die Schülerteams füllen ein Reflexionsarbeitsblatt aus und teilen der Klasse ihre Erfahrungen mit. 9. Hinweis: Diese Lektion kann auch schulweit durchgeführt werden, sodass alle Klassen einer Klassenstufe gegeneinander antreten. Benötigte Zeit Eine oder zwei 45-Minuten-Sitzungen. Hohe Türme Seite 4 von 11

5 Ressource für Schüler: Hohe Gebäude Der CN Tower (im Bild links) in Toronto, Ontario (Kanada), ist ein Kommunikations- und Aussichtsturm mit einer Höhe von 553,3 m. Er galt 31 Jahre lang als das höchste, auf Land gebaute, freistehende Gebäude der Welt und wurde erst vor Kurzem vom Burdsch Chalifa in den Vereinigten Arabischen Emiraten übertroffen. Der Burdsch Chalifa wurde 2009 gebaut und ist 828 m hoch. Das dritthöchste Gebäude ist der Willis Tower (der ehemalige Sears Tower) in Chicago, Illinois (USA), der bis zu seiner Spitze 527 m misst. Das mit 118 m höchste Holzgebäude der Welt ist der 1935 errichtete Funkturm in Gliwice, Polen. Die Übersicht rechts bietet einen Höhenvergleich zwischen dem Burdsch Chalifa, dem CN Tower und dem Willis Tower. Im Januar 2010 wurde im Burdsch Chalifa die höchste Aussichtsplattform der Welt mit Außenterrasse für den Publikumsverkehr freigegeben. Hunderte von Menschen, zum größten Teil ganze Familien, reihten sich im 124. Stock des Burdsch Chalifa in eine Warteschlange ein, um Tickets zu erwerben und Gelegenheit zu erhalten, mit als erste den erstaunlichen Ausblick auf die Stadt zu genießen. Das Panorama soll dem ähnlich sein, das man von einem Flugzeug aus zu sehen bekommt. Die Fahrt zur 124. Etage erfolgt in einem Doppelstockaufzug, wobei jede Ebene bis zu 14 Personen befördert, die mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s unterwegs sind. Der Aufzug erreicht in nicht einmal einer Minute die Aussichtsplattform die einzige der Öffentlichkeit zugängliche Aussichtsplattform mit Außenterrasse in einer derartigen Höhe. Die gesamte Plattform ist von hohen Fenstern umgeben; die Besucher können mithilfe computergestützter Bildsucher den Horizont und die weit entfernten Straßen unter ihnen absuchen. Die Sucher bieten auch vorprogrammierte Tages- und Nachtpanoramen der Stadt und der sie umgebenden Region. Hohe Türme Seite 5 von 11

6 Schülerarbeitsblatt: Anwendung von Technologie zur Lösung von Problemen Teamarbeit und Planung Ihr gehört zu einem Team von Ingenieuren, dem die Aufgabe gestellt wurde, einen möglichst hohen Turm zu bauen und dazu nur 50 Strohhalme, 50 Pfeifenreiniger und 25 Heftklammern zu verwenden. Ihr müsst nicht alle Materialien verwenden, aber euer Turm muss zwei Minuten lang dem Gewicht eines Golfballs standhalten. Der Golfball muss in der Nähe des oberen Abschlusses des Turmes gelagert werden, und die Unterseite des Balles darf sich höchstens 20 % unter der Oberkante des Turmes befinden. Planungs- und Konstruktionsphase Überlegt euch verschiedene Methoden zum Verbiegen bzw. Verändern der Form von Strohhalmen, Pfeifenreinigern und Heftklammern. Ihr könnt diese Gegenstände zerschneiden, dürft sie aber weder mit Klebeband noch mit sonstigen Materialien miteinander verbinden. Zeichnet im folgenden Kasten euren Plan für den Turm. Hohe Türme Seite 6 von 11

7 Schülerarbeitsblatt: (Fortsetzung) Bauphase Baut euren Turm und testet ihn, um festzustellen, ob er das Gewicht des Golfballs tragen kann. Beantwortet dann die folgenden Fragen: 1. Wie ähnlich war euer Design dem Turm, den ihr letztendlich gebaut habt? 2. Beschreibt, weshalb ihr bestimmte Veränderungen vorgenommen habt (falls ihr solche während der Bauphase für notwendig befunden habt). 3. Habt ihr alle euch zur Verfügung gestellten Gegenstände verwendet? Wurden irgendwelche der Gegenstände verwendet, um eine größere Turmhöhe zu erzielen? Präsentation und Messung Zeigt der Klasse euren Turm und lasst den Lehrer messen, wie hoch er ist. Beachtet dabei, dass der Golfball in der Nähe des oberen Abschlusses des Turmes aufliegen muss und die Unterseite des Balles sich höchstens 20 % unter der Oberkante des Turmes befinden darf. Wenn die Unterseite des Balls mehr als 20 % von der Oberkante entfernt ist, wird euer Turm disqualifiziert. Füllt die folgende Tabelle für euren Turm aus: Gesamthöhe bis zur Unterseite des Balles am/im Turm Länge von der Unterseite des Golfballs bis zur Oberkante des Turmes Prozentueller Anteil des den Golfball tragenden Turmteils Hohe Türme Seite 7 von 11

8 Schülerarbeitsblatt (Fortsetzung): Auswertung Beantwortet die folgenden Auswertungsfragen: 1. Beschreibt die Form bzw. Bauweise des höchsten und somit siegreichen Turmes. Inwiefern hat sich dieser Turm von dem euren unterschieden (wenn der eures Teams nicht der höchste war)? 2. Wenn ihr Gelegenheit hättet, mit diesem Projekt noch einmal von vorne anzufangen, was würde euer Team dann anders machen? 3. Glaubst du, dass diese Aktivität im Team lohnender war, oder hättest du lieber allein daran gearbeitet? Warum? 4. Wenn ihr ein zusätzliches Material hättet verwenden können (z. B. Klebeband, Klebstoff, Holzstäbchen, Alufolie), welches hättet ihr dann benutzt? Warum? 5. Glaubt ihr, dass nach dem Design eines Gebäudes und der erfolgten Baugenehmigung während des eigentlichen Bauprozesses viele Aspekte geändert werden? Warum bzw. warum nicht? 6. Wie lange wird es eurer Meinung nach dauern, bevor jemand ein Gebäude baut, das höher ist als der Burdsch Chalifa? Wo, glaubt ihr, wird man es bauen? Warum? Hohe Türme Seite 8 von 11

9 Für Lehrer: Abstimmung auf Lehrpläne Hinweis: Alle Unterrichtspläne dieser Serie sind mit den vom National Research Council veröffentlichten und von der National Science Teachers Association unterstützten National Science Education Standards (Lernziele in den Naturwissenschaften) und darüber hinaus mit den Standards for Technological Literacy (Standards für technische Bildung) der International Technology Education Association oder den Principles and Standards for School Mathematics (Grundsätze und Standards für den Mathematikunterricht) des National Council of Teachers of Mathematics abgestimmt. National Science Education Standards, Kindergarten bis 4. Klasse (4-9 Jahre) INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Erkundung Als Ergebnis dieser Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen Folgendes entwickeln: Zur Durchführung einer wissenschaftlichen Erkundung notwendige Fähigkeiten Verständnis wissenschaftlicher Erkundungen INHALTSSTANDARD B: Naturwissenschaft Eigenschaften von Gegenständen und Werkstoffen INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie Als Ergebnis dieser Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen Folgendes entwickeln: Fähigkeiten zu technologischen Designs Verständnis von Naturwissenschaft und Technologie INHALTSSTANDARD F: Wissenschaft in persönlichen und sozialen Perspektiven Eigenschaften und Veränderungen von Populationen Umweltveränderungen Einsatz von Wissenschaft und Technologie zur Lösung örtlicher Herausforderungen INHALTSSTANDARD G: Geschichte und Wesen der Wissenschaft Wissenschaft als menschliches Bestreben Hohe Türme Seite 9 von 11

10 Für Lehrer: Abstimmung auf Lehrpläne (Fortsetzung) National Science Education Standards 5. bis 8. Klasse (10-14 Jahre) INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Erkundung Als Ergebnis dieser Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen Folgendes entwickeln: Zur Durchführung einer wissenschaftlichen Erkundung notwendige Fähigkeiten Verständnis wissenschaftlicher Erkundungen INHALTSSTANDARD B: Naturwissenschaft Als Ergebnis ihrer Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen ein Verständnis Bewegungen und Kräfte INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie Als Ergebnis von Aktivitäten in den Klassenstufen 5-8 sollten alle Schüler und Schülerinnen Folgendes entwickeln: Fähigkeiten zu technologischen Designs INHALTSSTANDARD F: Wissenschaft in persönlichen und sozialen Perspektiven Bevölkerungszahlen, Bodenschätze und Umweltbedingungen Risiken und Vorteile Wissenschaft und Technologie in der Gesellschaft INHALTSSTANDARD G: Geschichte und Wesen der Wissenschaft Geschichte der Wissenschaft National Science Education Standards 9. bis 12. Klasse (14-18 Jahre) INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Erkundung Als Ergebnis dieser Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen Folgendes entwickeln: Zur Durchführung einer wissenschaftlichen Erkundung notwendige Fähigkeiten INHALTSSTANDARD B: Naturwissenschaft Als Ergebnis ihrer Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen ein Verständnis Bewegungen und Kräfte INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie Als Ergebnis dieser Aktivitäten sollten die Schüler und Schülerinnen Folgendes entwickeln: Fähigkeiten zu technologischen Designs Verständnis von Naturwissenschaft und Technologie Hohe Türme Seite 10 von 11

11 Für Lehrer: Abstimmung auf Lehrpläne (Fortsetzung) INHALTSSTANDARD F: Wissenschaft in persönlichen und sozialen Perspektiven Eigene und öffentliche Gesundheit Bevölkerungswachstum Umweltqualität Wissenschaft und Technologie angesichts örtlicher, nationaler und globaler Herausforderungen Standards für technische Bildung alle Altersstufen Wesen der Technologie Standard 1: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis der Eigenschaften und des Wirkungskreises von Technologie entwickeln. Technologie und Gesellschaft Standard 4: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis der kulturellen, sozialen, wirtschaftlichen und politischen Auswirkungen von Technologie entwickeln. Standard 5: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis des Einflusses von Technologie auf die Umwelt entwickeln. Standard 6: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis der Rolle der Gesellschaft bei Entwicklung und Gebrauch von Technologie entwickeln. Standard 7: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis des Einflusses von Technologie auf die Geschichte entwickeln. Design Standard 8: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis von Designattributen entwickeln. Standard 9: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis von Konstruktionsdesigns entwickeln. Standard 10: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis der Funktion der Fehlersuche, der Forschung und Entwicklung, von Erfindungen und Innovationen und der Experimentierung bei der Problemlösung entwickeln. Fähigkeiten für eine technologische Welt Standard 11: Die Schüler und Schülerinnen müssen die Fähigkeit zur Anwendung des Designprozesses entwickeln. Die geplante Welt Standard 20: Die Schüler und Schülerinnen müssen ein Verständnis von Konstruktionstechnologien sowie die Fähigkeit zu deren Auswahl und Nutzung entwickeln. Hohe Türme Seite 11 von 11