Erwerb naturwissenschaftlicher Kompetenzen durch das Experimentieren am Beispiel akustischer Phänomene. Silke Mikelskis-Seifert & Klaus Wiebel

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1 Erwerb naturwissenschaftlicher Kompetenzen durch das Experimentieren am Beispiel akustischer Phänomene Silke Mikelskis-Seifert & Klaus Wiebel

2 Eine Begriffsklärung zum Experimentieren Experiment, dass:, 1. Wissenschaftlicher Versuch, durch den etwas entdeckt, bestätigt oder gezeigt werden soll. 2. [gewagter] Versuch, Wagnis; gewagtes, unsicheres Unternehmen; Unternehmen, von dem man noch nicht weiß, wie es ausgehen wird, ob gut oder schlecht, ) (DUDEN: Das große Fremdwörterbuch. Mannheim, 1994.)

3 Gliederung 3) 2) Experimentelle Erfahrungen Physik und Musik in der Grundschule 1) Experimentieren in der Grundschule

4 Gliederung Experimentelle Erfahrungen Physik und Musik in der Grundschule 1) Experimentieren in der Grundschule

5 Experimentieren in der Grundschule "Die Kunst des Lehrens besteht darin, die natürliche Neugier junger Menschen zu wecken, um sie dann stillen zu können." Anatole France (frz. Schriftsteller) Ich höre etwas und ich vergesse es. Ich sehe etwas, und ich merke es mir. Ich tue etwas und ich verstehe es. (Mcugzi)

6 Ziele des Experimentierens in der Grundschule 1) Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz bei den Kindern Begriffe Konzepte Kenntnisse Arbeitsweisen Beobachten Messen Vergleichen

7 Erwerb naturwissenschaftlicher Kompetenz die Stufen-Skala 1) Probleme erkennen und begreifen 2) Tatsachen und Ergebnisse zusammentragen 3) Ergebnisse interpretieren 4) Schlussfolgerungen übertragen Vorkenntnisse erfassen, Texte und Bilder deuten geeignete Versuche planen Ideen festhalten Vermutungen anstellen (Hypothesen formulieren) beobachten mit Materialien, Geräten, Werkzeugen umgehen messen probieren, versuchen Ergebnisse festhalten und darstellen Ergebnisse auswerten, verarbeiten (zeichnen, rechnen) klassifizieren Beispiele und Beziehungen finden Deutungen versuchen Einfache Schlussfolgerungen anstellen Erkenntnisse auf andere Probleme übertragen Anschlussprobleme lösen Nützlichkeit technischer Anwendungen finden

8 Ziele des Experimentierens in der Grundschule Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz bei den Kindern Neugierde wecken und das Interesse wach halten bzw. fördern

9 Theorie / Modell Naturw. Argumentation Experiment

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11 Was beim Experimentieren in der Grundschule zu beachten ist? 1) Experimente nicht aus Parallelen zur Wissenschaft ableiten Vielmehr: Beachten der Perspektive der Lernenden, deren Bedürfnisse sowie der zu vermittelnden Lerninhalte 2) Vorrang den Schülerexperimenten geben: hierbei ist eine angemessene Einbettung eine gute Vor- und Nachbereitung wichtig Schülerexperimente sind nicht per se lernförderlich (siehe aktuelle Ergebnisse von Studien zum Experimentieren) 3) Einsatz von Alltagsmaterialien

12 Was beim Experimentieren in der Grundschule zu beachten ist? 3) Einsatz von Alltagsmaterialien Bitte für übermorgen 78 Dosen Margarine leeressen!

13 Was beim Experimentieren in der Grundschule zu beachten ist? 3) Einsatz von Alltagsmaterialien 4) Differenziertes Experimentieren in Kleingruppen Es gibt überhaupt keinen vernünftigen Grund, warum alle Kinder zur gleichen Zeit das gleiche Experiment machen sollten

14 Rahmenbedingungen für das Experimentieren in der Grundschule These 1: Mit unserer traditionell vornehmlich frontalen oder zumindest zentralen Unterrichtsführung wird der Experimentalunterricht wahrscheinlich niemals in guten Einklang zu bringen sein.

15 Rahmenbedingungen für das Experimentieren in der Grundschule These 2: Wo nicht die freie Aktivität zum Grundprinzip jeglicher Organisation gemacht wird, da bedarf es einer besonderen Disziplin. Sie hat die Funktion, das Kind zu etwas zu zwingen, was es nicht tun will und gleichzeitig das zu unterdrücken, was es gern täte. (Celestin Freinet)

16 Rahmenbedingungen für das Experimentieren in der Grundschule 2 Kardinalsfehler: 1. Experimentieren im Gleichschritt, bei dem alle Kinder gleichzeitig Gleiches tun müssen. 2. Einsatz viel zu aufwendiger und zu teurer Materialien.

17 Gliederung Experimentelle Erfahrungen 2) Physik und Musik in der Grundschule Experimentieren in der Grundschule

18 Eintauchen in die physikalische Welt der Töne, Klänge und Geräusche Skalentransformationen Methode des Skalieren am Beispiel von Gullivers Reisen in das Liliputanerland Manfred Euler

19 Methode des Skalierens Tim Tom

20 Methode des Skalierens Untersuchung der Stoffwechselintensität Untersuchung des Knochenbaus Untersuchung zum Sprechen Idee des Vergrößern und Verkleinern Untersuchung zum Sehen Untersuchung zum Hören

21 Projekt: Sprechen Im bekannten Märchen Gullivers Reisen von Jonathan Swift gelangt Gulliver auf einer seiner Reisen in das Land Lilliput. Dort leben Zwerge, die an Gestalt dem Menschen vollkommen ähnlich nur um den Faktor 12 kleiner sind. Gulliver behauptet er habe die Sprache der Lilliputaner erlernt. Ist dies jedoch überhaupt möglich? Manfred Euler

22 Verständlichkeit von skalierter Sprache < 1.5 khz Manfred Euler 16

23 Einstimmung in akustische Phänomene

24 Einstimmung in akustische Phänomene

25 Einstimmung in akustische Phänomene Hertz. Infraschall Schall Ultraschall

26 Einstimmung in akustische Phänomene Hertz. Infraschall Schall Ultraschall Hinsichtlich Infraschalls ist das menschliche Ohr nahezu unempfindlich. Tiere, wie zum Beispiel Elefanten, Giraffen und Blauwale, sind in der Lage, Schall in einem Teil dieses Frequenzspektrums wahrzunehmen. Sie nutzen diese Laute wahrscheinlich auch zur Kommunikation.

27 Einstimmung in akustische Phänomene Hertz. Infraschall Schall Ultraschall Hinsichtlich Infraschalls ist das menschliche Ohr nahezu unempfindlich. Tiere, wie zum Beispiel Elefanten, Giraffen und Blauwale, sind in der Lage, Schall in einem Teil dieses Frequenzspektrums wahrzunehmen. Sie nutzen diese Laute wahrscheinlich auch zur Kommunikation. Oberhalb des menschlichen Wahrnehmungsvermögen wird als Ultraschall bezeichnet. Ultraschall findet in der Technik und Medizin diverse Anwendungen: wie zum Beispiel Echolot, Sonar Tiefenmessung und Meeresbodenuntersuchung aus Wasser- und Unterwasserfahrzeugen heraus

28 Echolotsystem Die Fledermäuse nutzen die Echoortung zur Orientierung. Dabei stoßen sie kurze Schreie im Ultraschallbereich aus und empfangen die reflektierten Echos. Dadurch sind sie in der Lage, sich auch in völliger Dunkelheit zu orientieren. Das Echolotsystem ist so genau, dass Fledermäuse damit fliegende Insekten in der Luft orten und jagen können. Interessanterweise verändern Fledermäuse zur präziseren Ortung beim Schrei die Tonhöhe und stoßen beim Jagen andere Schreie aus als beim Suchen.

29 Definition: Schallwelle Schallwelle: Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen. Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen des Mediums.

30 Definition: Schallwelle Schallwelle: Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen. Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen des Mediums. Ursache für die Entstehung von Schallwellen: Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige Systeme

31 Definition: Schallwelle Schall entsteht durch Körper, die ausreichend schnell schwingen. Man bezeichnet diese als Schallquellen.

32 Definition: Schallwelle Schallwelle: Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen. Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen des Mediums. Ursache für die Entstehung von Schallwellen: Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige Systeme Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen: 1) Vorhandensein von Gasen: Gase bestehen aus Teilchen, die ständig aneinanderstoßen. Weiterleitung des Schalls von Teilchen zu Teilchen

33 Definition: Schallwelle Schallwelle: Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen. Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen des Mediums. Ursache für die Entstehung von Schallwellen: Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige Systeme Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen: 1) Vorhandensein von Gasen 2) Vorhandensein von Flüssigkeiten: Flüssigkeiten bestehen Teilchen, die durch Kohäsionskräfte verbunden sind. Weiterleitung des Schalls von Teilchen zu Teilchen

34 Definition: Schallwelle Schallwelle: Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen. Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen des Mediums. Ursache für die Entstehung von Schallwellen: Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige Systeme Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen: 1) Vorhandensein von Gasen 2) Vorhandensein von Flüssigkeiten 3) Vorhandensein von festen Körpern: Festkörper bestehen Teilchen, die durch Kräfte in einer Gitterstruktur verbunden sind. Weiterleitung des Schalls von Teilchen zu Teilchen

35 Definition: Schallwelle Schallwelle: Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen. Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen des Mediums. Ursache für die Entstehung von Schallwellen: Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige Systeme Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen: 1) Vorhandensein von Gasen 2) Vorhandensein von Flüssigkeiten 3) Vorhandensein von festen Körpern Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr?

36 Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr? In gasförmigen Körpern: Gase bestehen aus sehr vielen Teilchen, die ständig aneinanderstoßen. Modell:

37 Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr? In gasförmigen Körpern: Gase bestehen aus sehr vielen Teilchen, die ständig aneinanderstoßen. Beim Hinschwingen werden die unmittelbar benachbarten Luftteilchen derart in Bewegung versetzt, dass eine Luftverdichtung entsteht. Beim Rückschwingen entsteht eine Luftverdünnung, da die zunächst nach vorn gestoßenen Teilchen wieder zurückschwingen.

38 Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr? In gasförmigen Körpern: Wenn eine Schallquelle schwingt, erzeugt sie in der Umgebung Luftverdichtungen und Luftverdünnungen. Diese Luftverdichtungen und verdünnungen breiten sich durch die Stöße der Teilchen untereinander aus. Die Teilchen geben zwar die Stöße an ihre Nachbarteilchen weiter, kehren anschließend jedoch in ihre Ruhelage zurück. Verdichtungen und Verdünnungen wandern durch den Raum. Analoges gilt für Flüssigkeiten und feste Körper!

39 Gliederung 3) Experimentelle Erfahrungen Physik und Musik in der Grundschule Experimentieren in der Grundschule

40 Viel Spaß beim Schallerzeugen!