Experimente durchführen, protokollieren, auswerten und grafisch darstellen

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1 (skript_eperimente_durchfuehren_und_auswerten.dc) Renner, Schich, Päd. Seminar Tübingen Seite 1 vn 5 Eperimente durchführen, prtkllieren, auswerten und grafisch darstellen Bildungsplan 4. Spezifisches Methdenrepertire der Physik Klasse 8: Die S. können erste Eperimente unter Anleitung durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen Klasse 10: Die S. können Eperimente unter Anleitung durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen Klasse 12: Die S. können Eperimente selbstständig durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen Um die vm Bildungsplan gefrderten Kmpetenzen bei den Schülerinnen und Schülern herauszubilden, muss diesen eine Anleitung zum durchführen, auswerten und grafischen veranschaulichen gegeben werden. Eine slche Anleitung kann eine Auswahl der flgenden Punkte in einer schülergerechten Frmulierung enthalten und in einem Methdenrdner gesammelt werden. Durchführen vn Eperimenten 1. Vergleich der bereitgestellten der ausgewählten Geräte mit der Skizze der Eperimentieranrdnung bzw. mit dem Schaltplan, evtl. Geräteliste ergänzen 2. Prüfen der Funktinstüchtigkeit der Geräte 3. Übersichtliches Aufbauen der Eperimentieranrdnung (Übereinstimmung mit Schaltung der Skizze, Sichtbarkeit der Messinstrument, zu bedienende Elemente in den Vrdergrund, möglichst wenige Überschneidungen vn Kabeln, ) 4. Schwierige Aufbauten und vr allem elektrische Schaltungen stets vr Inbetriebnahme vm Lehrer überprüfen lassen 5. Allgemeine und spezielle Sicherheitsvrkehrungen beachten (Arbeit mit Netzsteckdsen, Standfestigkeit der Geräte, Beschädigung durch Stöße, Berührung mit Wärmequellen der durch Überlastung inflge zu hher Spannung bzw. Strmstärke vermeiden) 6. Arbeitsschritte laut frmulierter Versuchsdurchführung ausführen (Ingangsetzen, Bebachten, Messen, Bedingungen verändern, ) 7. Alle Messparameter und Bebachtungen (insbesndere unverstandene, unerwartete) festhalten und aufheben! 8. Messwerte kritisch überprüfen, evtl. Messung wiederhlen 9. Messwerte geeignet zusammenstellen (Messwerttabelle) Der Umgang mit Geräten Alle Geräte müssen pfleglich behandelt werden. Bemerkte Mängel der Schäden müssen dem Lehrer sfrt gemeldet werden. Nach Abschluss des Versuches müssen die Geräte auf Vllzähligkeit überprüft, gegebenenfalls gereinigt und auf ihren Platz zurückgebracht werden. Besndere Hinweise zum Messen in der Elektrizitätslehre Hierbei geht es insbesndere um Strm- und Spannungsmessungen. Dazu stehen verschiedene Arten vn Messgeräten zur Verfügung: Instrumente mit analger und digitaler Anzeige. Bei Ablesen der Messwerte bei einem analgen Zeigerinstrument ist darauf zu achten, dass der Endwert der jeweiligen Skala dem vrab eingestellten Messbereich entspricht und es s zu Umrechnungen des angezeigten Skalenwertes kmmen kann, um die tatsächliche Messgröße angeben zu können. Beispiel: Gewählter Messbereich: 0,01 A Skalenendwert: 10 Skalenteile Zeigerstellung: 5 Skalenteile

2 (skript_eperimente_durchfuehren_und_auswerten.dc) Renner, Schich, Päd. Seminar Tübingen Seite 2 vn 5 Hier entspricht der Skalenendwert 10 dem Wert 0,01 A des gewählten Messbereiches. Der gemessene Wert ist damit 0,005 A. Zu beachten ist: Strmmessgeräte sind stets in Reihe in den Strmkreis einzuschalten, Spannungsmessgeräte sind stets parallel zum Netzgerät der zu dem elektrischen Gerät, dessen anliegende Spannung gemessen werden sll, zu schalten. Vr dem Einschalten einer elektrischen Schaltung sllten alle Messgeräte auf den größten Messbereich eingestellt sein. Bei Einzelmessungen gilt: Slange der nächst kleinere Messbereich ausreicht, muss auf ihn heruntergeschaltet werden. Bei Untersuchungen vn Abhängigkeiten: Alle Messungen erflgen nach Möglichkeit in ein und demselben Messbereich. Allgemeines Vrgehen: Messgröße wählen (U, I) Richtige Plung beachten Gleich- der Wechselspannung bzw. -strm auswählen Mit grßem Messbereich beginnen! Bei zu geringem Zeigerausschlag Messbereich schrittweise verringern. Prtkllieren vn Eperimenten Für jedes Eperiment sllte vn den Schülerinnen und Schülern ein Prtkll angefertigt werden. Das Prtkll muss eine übersichtliche Struktur und eine saubere äußere Frm haben. Ein typisches Prtkll könnte die flgende Struktur haben: Klasse: Prtkll Bearbeiter: Datum: Thema des Eperiments Mitarbeiter: Versuch: Fragestellung:... Vrbetrachtungen: Geräte: Aufbau: Durchführung: Bebachtung bzw. Messwerte: Unabhängige Größe, die variiert wird Abhängige Größe Überschrift Wrum geht es in diesem Versuch? Was sll untersucht werden? Hier können Vrüberlegungen, die zum Verständnis des Versuches ntwendig und hilfreich sind, ntiert werden. Skizze des Versuchsaufbaus Verbale Erläuterung für den Eperimentatr, Frmulierung vn Teilversuchen Verbal der in Messwerttabelle: A in Abhängigkeit vn B: Knstant bleiben C, D, B in (Einheit) A in (Einheit) 0 Auswertung der Ergebnisse: Resultat: Fehleranalyse: Wichtig! Alle Messparameter und Bebachtungen (insbesndere unverstandene, unerwartete) festhalten und aufheben! Berechnungen, Graphische Darstellungen, Frmulierung im Satz, Bezug zur gestellten Aufgabe Welche Faktren können die Messwerte in welcher Weise beeinflusst haben? Mögliche grbe Abschätzung: Wie stark können diese Faktren die Messwerte beeinflusst haben?

3 (skript_eperimente_durchfuehren_und_auswerten.dc) Renner, Schich, Päd. Seminar Tübingen Seite 3 vn 5 Auswerten vn Eperimenten und grafisches Veranschaulichen 1. Ntwendige Berechnungen ausführlich und übersichtlich darstellen. Ergebnisse evtl. in Tabellenfrm erfassen. Bei sich wiederhlenden Rechnungen genügt die Angabe eines ausführlichen Einzelbeispiels. 2. Graphische Darstellungen werden in der Regel auf Millimeterpapier der mit einem Tabellenkalkulatinsprgramm (z.b. Ecel) angefertigt. a. Für die Einteilung der Achsen einen geeigneten Maßstab wählen. b. Ntieren, zu welchem Bauteil das Diagramm der das Schaubild gehört. Farben benutzen. c. Zu jedem Diagramm gehört eine Überschrift. 3. Evtl. Einzelmessungen wiederhlen, wenn bei der Auswertung Zweifel an der Richtigkeit der Messwerte aufkmmen. 4. Das Resultat der eperimentellen Aufgabe im Satz frmulieren, dabei Bezug zur gestellten Aufgabe nehmen. 5. Bei der Untersuchung vn Zusammenhängen zweier physikalischer Größen gilt es häufig, die Abhängigkeit einer physikalischen Größe y vn einer anderen physikalischen Größe zu erarbeiten. Die flgende Übersicht zeigt, wran sich wichtige Abhängigkeiten erkennen lassen: In den meisten Fällen wird es sich bei dem Zusammenhang um eine einfache Prprtinalität handeln: y ~, wenn zum zweifachen, dreifachen,, n-fachen Wert vn der zweifache, dreifache,, n-fache Wert vn y gehört. der Qutient y/ einen knstanten Wert k ergibt: k = y/. Dann flgt y = k. im y--diagramm eine Ursprungsgerade entsteht.

4 (skript_eperimente_durchfuehren_und_auswerten.dc) Renner, Schich, Päd. Seminar Tübingen Seite 4 vn 5 -y-diagramm mit Ursprungsgerade: y in 0.. Messpunkte Ausgleichsgerade in Bemerkung: Aufgrund vn bei der Messung aufgetretenen Messfehlern streuen i. A. die Messpunkte. Als Messkurve zeichnet man eine Ausgleichskurve (im Spezialfall: Ausgleichsgerade) s, dass im Mittel alle Messpunkte gleichweit nach ben und nach unten um diese Messkurve streuen. 6. Als Resultat wird das eperimentelle Ergebnis angegeben und mit der Hypthese verglichen. Dies kann zur Widerlegung und damit zu einer Änderung der Hypthese führen, was u. U. einen neuen Versuch mit veränderter Fragestellung zur Flge haben kann. Methdische Analyse Methdische Varianten Die angestrebten Kmpetenzen sllten im Unterricht sukzessive erarbeitet werden. Ausgehend vn einer engen Führung sllte die Offenheit der Aufgabenstellung und damit der Schwierigkeitsgrad allmählich gesteigert werden. Auch eine Bewertung der Fähigkeiten ist erstrebenswert. Flgende Abstufungen sind denkbar: Durchführen vn Versuchen [1] Aufbau der Versuchsanrdnung und/der Durchführung in gleicher Frnt gemeinsam mit dem Lehrer [2] Aufbau der Versuchsanrdnung und/der Durchführung wird vm Lehrer vrgemacht, Schülerinnen und Schüler machen es im Anschluss selbst nach [3] Aufbau der Versuchsanrdnung und/der Durchführung wird vn den Schülerinnen und Schülern selbstverantwrtlich übernmmen Auswerten vn Versuchen und grafisches Darstellen [1] Auswertung und grafische Darstellung in gleicher Frnt gemeinsam mit dem Lehrer, Vrgaben durch den Lehrer [2] Gemeinsame Erarbeitung der Art und Weise der Auswertung und der grafischen Darstellung mit dem Lehrer, Schülerinnen und Schüler arbeiten danach selbstständig [3] Auswertung und grafische Darstellung übernehmen die Schülerinnen und Schüler in eigener Verantwrtung Bei den Punkten [1] und [2] eignet sich zur gemeinsamen Erarbeitung und Auswahl der möglichen Auswerteverfahren die Think-Pair-Share-Methde ( Ich-Du-Wir-Methde ). Think: Welche Auswertungen müssen vrgenmmen werden? Welche Art der grafischen Veranschaulichung ist sinnvll? Pair: Einigung mit Partner der im Team Share: Präsentatin der Überlegungen, Einigung auf gemeinsame Methde im Plenum

5 (skript_eperimente_durchfuehren_und_auswerten.dc) Renner, Schich, Päd. Seminar Tübingen Seite 5 vn 5 Weitere methdische Hinweise für den Lehrer zur Organisatin beim Durchführen vn Eperimenten Im Allgemeinen werden die Schülereperimente in Teams zu 3-4 Schülern stattfinden. Damit jeder Schüler in der Gruppe Verantwrtung übernehmen muss, kann man jedem Schüler des Teams ein Amt zuweisen: Zeitmanager: Ist verantwrtlich dafür, dass die geplanten Zeiten eingehalten werden. Ist verantwrtlich dafür, dass das Team alle in dieser Zeit erfrderlichen Aufgaben erledigt. Eperimentierbeauftragter: Überprüft die Eperimentiergeräte zu Beginn auf Vllständigkeit. Ist verantwrtlich, dass das Eperiment gewissenhaft und srgfältig durchgeführt wird. Ist verantwrtlich dafür, dass die Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden. Materialbeauftragter: Ist für das Hlen des Materials zuständig und damit verantwrtlich dafür, dass die Gruppe zügig beginnen kann. Ist verantwrtlich dafür, dass die Eperimentiergeräte und Materialien srgfältig behandelt werden und alles wieder zügig und rdentlich aufgeräumt wird. Prtkllbeauftragter: Ist dafür verantwrtlich, dass alle wichtigen und verlangten Aufschriebe vn allen Schülern getätigt werden. Bei Gruppen vn drei Schülern kann das Amt des Eperimentierbeauftragten mit dem des Materialbeauftragen zusammengelegt werden. Diese Zuständigkeiten werden vrher geklärt und auch in einer Zuständigkeitstabelle festgehalten. Dies erleichtert dem Lehrer den Überblick über die Zuständigkeitsbereiche und es ist möglich, beim nächsten Eperiment die Zuständigkeiten zu ändern. Ich bin Zeitmanager(in) Eperimentierbeauftragte(r) Materialbeauftragte(r) Prtkllbeauftragte(r)