Schwimmen und Sinken. Eine Einführung in die KiNT-Unterrichtsmaterialien. Ralph Schumacher

Transkript

1 Schwimmen und Sinken Eine Einführung in die KiNT-Unterrichtsmaterialien Ralph Schumacher

2 Wie kommt es, dass ein kleines Stück Stahl untergeht, aber ein grosses, schweres Schiff aus Stahl schwimmt?

3 Schwimmen und Sinken 4 zentrale Fragen Was schwimmt was sinkt? Wir untersuchen Vollkörper. Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Was macht das Wasser mit einem Gegenstand, wenn man diesen eintaucht? Warum schwimmt ein Schiff?

4 Unterricht im 1. und 2. Schuljahr 1. Unterrichtseinheit: Was schwimmt was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern Sequenz 1: Was schwimmt was sinkt? - Erste Vermutungen Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere Messer nicht? Sequenz 3: Was schwimmt was sinkt? Wiederholung und Festigung Sequenz 4: Wir bauen ein Floss aus verschiedenen Materialien

5 Unterricht im 1. und 2. Schuljahr 2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Verdrängung von Wasser Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Verdrängung Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? Versuche zur Verdrängung

6 Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? Erste Vermutungen 2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? Verdrängung von Wasser

7 Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 3. Unterrichtseinheit: Warum schwimmt ein Schiff? Auftrieb Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht? Auftrieb Sequenz 2: Bau von Knetbooten: Wasser drückt und Wasser wird verdrängt Sequenz 3: Gegenspiel Zusammenhang zwischen Gewicht zieht und Wasser drückt

8 Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 4. Unterrichtseinheit: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs? Dichte Sequenz 1: Was schwimmt was sinkt? Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs? Sequenz 3: Wie kommt es, dass ein Schiff schwimmt, aber ein Metallklotz nicht?

9 Warum naturwissenschaftlicher Unterricht in der Primarschule? Interessensentwicklung Lernmotivation / Fähigkeitsselbstkonzept (Kompetenzerleben) Aufbau von Begriffswissen Vermeidung von Misskonzepten / Fehlvorstellungen Vorbereitung wissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen

10 Lernen aus konstruktivistischer Sicht Lernen als aktiver und konstruktiver Prozess Lernen als Verändern von Präkonzepten Anschlussfähige und nicht-anschlussfähige Schülervorstellungen Kognitiv aktivierende Lernformen Lernerfolge diagnostizieren

11 Schülervorstellungen Was schwimmt was sinkt? Schwere und gelochte Gegenstände sinken. Kleine, leichte und flache Gegenstände schwimmen. Nur solche Dinge schwimmen, in denen Luft enthalten ist. Alle Gegenstände aus Holz schwimmen. Alle Gegenstände aus Stein gehen unter.

12 Schülervorstellungen Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Je schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr Wasser verdrängt er, auch wenn die Gegenstände gleich gross sind. Beispiel: Eine schwere Kugel verdrängt mehr Wasser als eine leichte Kugel, obwohl beide Kugeln gleich gross sind. Das Wasser will zurück an seinen Platz.

13 Schülervorstellungen Warum schwimmt ein Schiff? weil das Schiff einen Kapitän hat weil es angebunden ist weil es einen Motor hat weil Luft drin ist weil es hohl ist

14 Ziele beim Lernen naturwissenschaftlicher Themen in der Primarschule Freude am Nachdenken über Phänomene aus Natur und Technik Selbstvertrauen entwickeln, etwas herausfinden und verstehen zu können die Bereitschaft entwickeln, sich auf forschendes Lernen einzulassen und Herausforderungen im Denken anzunehmen die Fähigkeit entwickeln, über naturwissenschaftlich-technische Fragen zu kommunizieren beginnen, ein Verständnis von wissenschaftlichem Arbeiten und von Experimenten aufzubauen

15 1) Fragestellung formulieren 2) Hypothesen aufstellen 3) Versuch darstellen 4) Beobachtungen beschreiben 5) Versuch interpretieren und ggf. Hypothesen revidieren

16 Unterricht gestalten: Das Verändern von Präkonzepten unterstützen Erklärungen von Phänomenen selber entwickeln Eigene Ideen / Vermutungen formulieren und prüfen Erklärungen begründen und Experimente entwickeln Wichtigkeit von Fehlern als Zwischenstufen auf dem Weg zur richtigen Erklärung den eigenen Lernprozess reflektieren Erklärungen auf mehrere Phänomene übertragen

17 Gesprächsführung im Unterricht Sinnliche Wahrnehmung unterstützen: Was spürst du, wenn du mit dem Handschuh ins Wasser eintauchst? Was beobachtest du, wenn zwei gleich grosse, aber unterschiedlich schwere Kugeln ins Wasser eintauchen?

18 Gesprächsführung im Unterricht Erklärungen einfordern: Warum meinst du, dass der Knopf schwimmt? Warum meinst Du, dass grössere Dinge mehr Wasser wegdrängen als kleinere?

19 Gesprächsführung im Unterricht Widersprüche herausstellen: Du sagst, dass umso mehr Wasser verdrängt wird, je schwerer der Gegenstand ist. Aber Lena sagt, dass grössere Sachen mehr Wasser verdrängen als kleinere. Was stimmt denn nun?

20 Gesprächsführung im Unterricht Übertragung anregen: Kannst du damit auch erklären, wieso dieser grosse Topf schwerer beladen werden kann als der kleinere? Hast du schon mal im Schwimmbad versucht, deinen Freund hochzuheben? Was hast du da gespürt? Kannst du das auch erklären?

21 Gesprächsführung im Unterricht Beweise einfordern: Versuche mal alle Experimente, die du hier siehst, mit dieser Idee, dass das Wasser drückt, zu erklären

22 Gesprächsführung im Unterricht Erkennen von Zusammenhängen und Regeln anregen: Je grösser das Schiff ist, desto.

23 Gesprächsführung im Unterricht Ideen hervorheben: Sabine hat da gerade eine ganz neue Idee. Sie sagt, dass Sachen vielleicht im Wasser leichter werden, weil das Wasser sie auch nach oben drückt. Was meint Ihr dazu?

24 Gesprächsführung im Unterricht Eine Erklärung für mehrere Phänomene finden: Ihr habt gesagt, das Wasser drückt die Bälle nach oben. Überprüft, ob das Wasser alle Sachen nach oben drückt, also auch die Töpfe, die Tauchringe, etc. Stimmt das für alle Versuche?

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26 Unterricht im 1. und 2. Schuljahr 1. Unterrichtseinheit: Was schwimmt was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern Sequenz 1: Was schwimmt was sinkt? - Erste Vermutungen Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere Messer nicht? Sequenz 3: Was schwimmt was sinkt? Wiederholung und Festigung Sequenz 4: Wir bauen ein Floss aus verschiedenen Materialien

27 Schülervorstellungen Was schwimmt was sinkt? Schwere und gelochte Gegenstände sinken. Kleine, leichte und flache Gegenstände schwimmen. Nur solche Dinge schwimmen, in denen Luft enthalten ist / die Hohlräume haben. Alle Gegenstände aus Holz schwimmen. Alle Gegenstände aus Stein gehen unter.

28 Schülervorstellungen Was schwimmt was sinkt? Alles, was schwer ist, geht unter. Alles, was leicht ist, schwimmt. Alles, was gross ist, geht unter. Alles, was klein ist, schwimmt. Alles, was flach / dünn ist, schwimmt. Alle Sachen, in denen Luft ist, schwimmen, weil die Luft die Sachen nach oben zieht.

29 Lernziele: Es ist nicht entscheidend, wie gross oder wie schwer Gegenstände sind und ob sie Löcher haben oder nicht. Es ist allein entscheidend, aus welchem Material die Gegenstände bestehen (Materialkonzept). Gegenstände, die bei gleichem Volumen leichter sind als Wasser, schwimmen. Ein Vollkörper schwimmt, wenn seine Dichte geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit, in die er eintaucht.

30 Lernziele: Ob ein Gegenstand schwimmt, hängt von seiner Dichte ab. Im Unterricht wird noch nicht von Dichte gesprochen. Die Kinder sollen eine Vorstellung davon bekommen, dass Materialien bei gleicher Grösse ein unterschiedliches Gewicht haben können: Etwas ist schwer / leicht für seine Grösse.

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32 Sequenz 1

33 Was schwimmt was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern

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35 Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere nicht?

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37 Sequenz 4

38 Dichtetabelle: Erklären des Schwimmens und Sinkens mit Hilfe der Dichte (3. / 4. Schuljahr)

39 Lernstandskontrolle

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43 Unterricht im 1. und 2. Schuljahr 2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Verdrängung von Wasser Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Verdrängung Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? Versuche zur Verdrängung

44 Schülervorstellungen Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Je schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr Wasser verdrängt er, auch wenn die Gegenstände gleich gross sind. Beispiel: Eine schwere Kugel verdrängt mehr Wasser als eine leichte Kugel, obwohl beide Kugeln gleich gross sind.

45 Lernziele: Alle Sachen brauchen Platz im Wasser. Je mehr Platz sie brauchen, desto mehr Wasser drängen sie weg. Die Menge des verdrängten Wassers hängt nur vom Volumen eines eingetauchten Gegenstandes ab. Ein eingetauchter Gegenstand mit grösserem Volumen verdrängt mehr Wasser als ein eingetauchter Gegenstand mit kleinerem Volumen. Gegenstände, die hohl sind, verdrängen mehr Wasser als ein gleich schwerer Vollkörper aus demselben Material.

46 Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? Verdrängung

47 Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? Versuche zur Verdrängung

48 Station 1: Gleich grosse Würfel im Becher

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50 Station 2: Gleich schwere Kugeln im Becher Bei den kleineren Kugeln steigt das Wasser nicht so hoch wie bei den grösseren Kugeln.

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52 Station 3: Verschieden grosse Steine Bei den kleinen Steinen Steigt das Wasser nicht So hoch wie bei den Grösseren Steinen.

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54 Station 4: Knetmasse in verschiedenen Formen Das Wasser steigt immer gleich hoch.

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60 Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? Erste Vermutungen 2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? Verdrängung von Wasser

61 Schülervorstellungen Ein Schiff schwimmt, weil es hohl ist weil die Luft das Schiff nach oben zieht weil im Meer Salzwasser ist weil das Wasser eine Haut hat weil es so spitz geformt ist weil es unten platt ist

62 Schülervorstellungen Je schwerer ein Gegenstand ist, desto höher steigt das Wasser, auch bei gleichem Volumen. Es kommt auf das Material an. Manche Materialien verdrängen mehr Wasser als andere.

63 Lernziele: Die Menge des verdrängten Wassers hängt nur vom Volumen eines eingetauchten Gegenstandes ab. Ein eingetauchter Gegenstand mit grösserem Volumen verdrängt mehr Wasser als ein eingetauchter Gegenstand mit kleinerem Volumen. Gegenstände, die hohl sind, verdrängen mehr Wasser als ein gleich schwerer Vollkörper aus demselben Material.

64 1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? Erste Vermutungen

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66 2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? Verdrängung von Wasser

67 Station 1: Würfel im Becher Das Wasser steigt bei allen Würfeln gleich hoch, wenn sie ganz ins Wasser getaucht sind. Wenn ein Würfel schwimmt, dann verdrängt er weniger Wasser.

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69 Station 2: Kugeln im Becher Bei den kleineren Kugeln steigt das Wasser nicht so hoch wie bei den grösseren Kugeln.

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71 Station 3: Töpfe Das Wasser steigt bei den grösseren Töpfen höher als bei den kleineren. Wenn die Töpfe Das gleiche Volumen haben, steigt das Wasser gleich hoch. Töpfe mit grösserem Volumen brauchen mehr Platz im Wasser. Sie sind auch schwerer hineinzudrücken als kleinere Töpfe.

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73 Station 4: Überlaufversuch

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75 Station 5: Schiffsmodell und Klotz aus Edelstahl Das Boot verdrängt mehr Wasser als der Klotz.

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77 Station 6: Eigene Versuche Phänomen Verdrängung Phänomen Wasser drückt

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83 Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 3. Unterrichtseinheit: Warum schwimmt ein Schiff? Auftrieb Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht? Auftrieb Sequenz 2: Bau von Knetbooten: Wasser drückt und Wasser wird verdrängt Sequenz 3: Gegenspiel Zusammenhang zwischen Gewicht zieht und Wasser drückt

84 Lernziele: Das Wasser drückt einen Gegenstand hoch, weil es wieder an seinen Platz zurück will. Das Wasser drückt gegen alle Gegenstände, auch gegen die, die untergehen.

85 Lernziele: Der Auftrieb wird durch das Volumen der verdrängten Flüssigkeit und durch die Dichte der Flüssigkeit beeinflusst. Er ist umso grösser: je grösser das Volumen der vom Gegenstand verdrängten Flüssigkeit ist und je grösser die Dichte der verdrängten Flüssigkeit ist.

86 Lernziele: In Flüssigkeiten entsteht durch deren Gewicht ein so genannter Schweredruck. Der Schweredruck nimmt mit der Tiefe zu. Er ist die Ursache für den Auftrieb.

87 Schülervorstellungen Je mehr Wasser vorhanden ist, desto stärker drückt es. Mögliche Reaktion: Draht in Wasserbecken, Badewanne, Schwimmbecken werfen. Er geht immer unter. Je schwerer ein Gegenstand ist, desto stärker drückt das Wasser. Mögliche Reaktion: Gegenstände, die gleich schwer, aber unterschiedlich gross sind, können leichter ins Wasser gedrückt werden, wenn sie kleiner sind.

88 Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht?

89 Station 1: Knetklumpen an der Angel Der Knetklumpen wird im Wasser scheinbar leichter.

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91 Station 2: Knetklumpen am Gummiband Das Gummiband zieht sich zusammen, sobald der Knetklumpen ins Wasser eintaucht. Wenn man ihn wieder aus dem Wasser zieht, dehnt sich das Gummi wieder aus.

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93 Station 3: Verschiedene Becher Es ist schwieriger, den grossen Becher einzutauchen als den kleinen.

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95 Station 4: Plastikhandschuh Der Handschuh wird von allen Seiten durch das Wasser an die Hand gedrückt.

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97 Station 5: Bälle Die Bälle springen aus dem Wasser.

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99 Station 6: Töpfe Je grösser die Töpfe sind, desto stärker drückt das Wasser.

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102 Sequenz 2: Bau von Knetbooten Zusammenführung der Konzepte Wasser drückt und Wasser wird verdrängt

103 Lernziel Die Kinder können die Vorstellung entwickeln: Je mehr Wasser verdrängt wird, desto mehr Wasser drängt zurück an seinen Platz desto stärker drückt das Wasser und umso mehr kann es tragen.

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105 Sequenz 3: Gegenspiel Zusammenhang zwischen Gewicht zieht und Wasser drückt

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113 Der Schweredruck als Ursache des Auftriebs

114 Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 4. Unterrichtseinheit: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs? Dichte Sequenz 1: Was schwimmt was sinkt? Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs? Sequenz 3: Wie kommt es, dass ein Schiff schwimmt, aber ein Metallklotz nicht?