Elektrische Grundschaltungen im Alltag eine Lerntheke. Ein Beitrag von Patrick Diedrich, Essen und Hendrik Josch-Pieper, Oberhausen VORANSICHT

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1 1 von 22 Elektrische Grundschaltungen im Alltag eine Lerntheke Ein Beitrag von Patrick Diedrich, Essen und Hendrik Josch-Pieper, Oberhausen Thinkstockphotos/Dorling Wir können uns heute kaum mehr vorstellen, wie die Welt ohne Elektrizität aussah. Ob Hausbeleuchtung, Waschmaschine, Computer oder Telefon ohne Elektrizität funktioniert in unserem modernen Alltag fast nichts. Und erst bei einem Stromausfall wird uns bewusst, wie sehr wir ständig auf die Elektrizität angewiesen sind. Wecken Sie das Interesse Ihrer Schülerinnen und Schüler durch den Alltagsbezug dieses Themas. Die Lernenden schätzen zunächst ihr Wissen und Können zum Thema elektrische Grundschaltungen selbstständig ein. Im Anschluss führen sie einfache Experimente durch und bauen elektrische Schaltungen auf. Mit Schülerexperimenten! Einfacher Stromkreis Das Wichtigste auf einen Blick Kindersley Klassen: 5/6 Dauer: 4 Stunden Kompetenzen: Die Schüler planen und bauen einfache elektrische Schaltungen auf. zeigen an Beispielen aus ihrem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes auf und unterscheiden diese. planen einfache Experimente, führen sie durch und dokumentieren ihre Ergebnisse. Aus dem Inhalt: Worin unterscheiden sich eine Reihenund eine Parallelschaltung? Kannst du die UND- und die ODER-Schaltung anhand ihrer Eigenschaften auseinanderhalten? Kannst du erkennen, wo in Schaltskizzen und Abbildungen von Stromkreisen ein Kurzschluss vorliegt? Kannst du Materialien benennen, die Strom leiten? Beteiligte Fächer: Physik Anteil hoch mittel gering

2 4 von 22 Die Reihe im Überblick V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit Fo = Folie LEK = Lernerfolgskontrolle Stunden 1 4: Elektrische Grundschaltungen im Alltag eine Lerntheke Material M 1 (Ab) V: 2 5 min D: 5 min M 2 (SV) V: 5 min D: 20 min M 3 (Ab/Fo) V: 2 5 min D: 15 min M 4 (Ab/Fo/ SV) V: 5 min D: 10 min M 5 (SV) V: 5 min D: 20 min M 6 (Ab/SV) V: 10 min D: 20 min Thema und Materialbedarf Wie fit bist du? Ein Selbsteinschätzungsbogen Die Reihen- und Parallelschaltung Experimentierkästen für die Grundschaltungen Wo ist der Kurzschluss? Folienstifte Ein Schnelltest: Lampe und Batterie Folienstifte 4,5 V-Batterie und kleines Glühlämpchen (3,5 V und 0,2 A) Die Wechselschaltung Experimentierkästen für elektrische Schaltungen, insbesondere zwei Umschalter Leiter und Isolatoren Kennst du dich aus? M 7 (LEK) Spannungsquelle (4,5 V-Batterie; für die Kohle können Sie im Demonstrationsexperiment ein verstellbares Netzgerät verwenden) Zwei Isolatoren Eine Glühlampe in einer Fassung (3,5 V und 0,2 A) 4 Kabel Leiter und Isolatoren (vgl. Abb.) Elektrische Grundschaltungen Teste dich selbst! Minimalplan Sie können das Material auch als reine Wiederholung der Reihen- und Parallelschaltung nutzen. Streichen Sie dazu im Selbsteinschätzungsbogen die beiden letzten Situationen durch und verwenden Sie nur die Materialien M 2 bis M 5. Die Lernerfolgskontrolle entfällt in diesem Fall.

3 5 von 22 Wie fit bist du? Ein Selbsteinschätzungsbogen M 1 Ziel: Ich kann mit den elektrischen Grundschaltungen umgehen! Schätze dein Können in den jeweiligen Situationen ein. Wähle das entsprechende Material aus. Gib den ausgefüllten Bogen bei deinem Lehrer ab. Lege das Material am Schluss wieder zurück. Situation Sehr sicher Sicher Unsicher Sehr unsicher Material Kontrolle Ich kann den Batterieschnelltest bei einer Glühlampe durchführen. Ich kenne die Parallelschaltung, ihre Eigenschaften und ihre Schaltskizze. Ich kann die Reihenschaltung skizzieren (Schaltskizze) und ihre Eigenschaften benennen. M 4 Experimentierkästen M 2 Experimentierkästen, M 2 Experimentierkästen, Ich kann die UND- und die ODER-Schaltung anhand ihrer Eigenschaften auseinanderhalten. M 2 Experimentierkästen, Ich kann erklären, was ein Kurzschluss ist. Ich kann erkennen, wo in Schaltskizzen und Bildern ein Kurzschluss vorliegt. M 3 Schulbuch M 3 Ich kann Materialien benennen, die Strom leiten. Ich kann wiedergeben, woran zu erkennen ist, dass ein Strom fließt. M 6 Experiment, M 6 Experiment Ich kann eine Wechselschaltung aufbauen und den Unterschied zur ODER-Schaltung angeben. M 5 Experimentierkästen

4 10 von 22 M 3 Wo ist der Kurzschluss? Aufgabe a) Kreuze die Stromkreise an, bei denen ein Kurzschluss entsteht. b) Schreibe zu einer der Schaltungen eine nachvollziehbare Erklärung, warum es zu einem Kurzschluss kommt. Leuchtet die Lampe bei einem Kurzschluss? Erläutere deine Antwort. Erklärung zu Bild : Fotos: P. Diedrich, Essen, H. Josch-Pieper, Oberhausen Idee: Stadtwerke München GmbH

5 14 von 22 M 6 Leiter und Isolatoren Kennst du dich aus? Aufgabe: Markiere die Gegenstände, die den elektrischen Strom besonders gut leiten! Papier Eisennagel Glas Stein Thinkstock/iStock Holz Wasser Kohle Schere Bleistift Radiergummi Plastikente Porzellantasse Thinkstock/iStock Thinkstock/iStock Metallschraube Alufolie Stahldraht Büroklammer Abbildungen: P. Diedrich, H. Josch-Pieper Tipp Wenn du dir bei einem Gegenstand/einem Material unsicher bist, dann baue eine Schaltung auf und überprüfe diesen Gegenstand. Skizziere eine Schaltung, die man für den Test nutzen könnte. Erkläre, woran du erkennst, dass ein Strom fließt. Schreibe einen Text und nutze dabei mindestens die folgenden Begriffe: Stromkreis, Kabel, geschlossen, Strom.

6 15 von 22 Elektrische Grundschaltungen Teste dich selbst! M 7 Name: 1. Skizziere eine Parallelschaltung mit zwei Lampen und einem Schalter. Der Schalter soll alle Lampen gleichzeitig an- und ausschalten können. 2. Benenne zwei Eigenschaften der Parallelschaltung. 3. In dem Bild siehst du, wie man eine elektrische Heckenschere bedient. Damit die Heckenschere funktioniert, muss man sie gut festhalten. a) Benenne die Art der Schaltung, die in der Heckenschere verbaut ist. b) Erstelle eine Schaltskizze zur Heckenschere. Tipp Nutze nicht das Symbol für eine Lampe, sondern das folgende Symbol für einen Motor, der sich in der Heckenschere befindet: M c) Beschreibe, was passiert, wenn der Benutzer aus Versehen das Stromkabel mit der Heckenschere durchtrennt. Erkläre deine Beschreibung kurz. 4. Gib an, in welchem Bild die Lampe leuchtet. Beschreibe jeweils, warum in den anderen Fällen das Lämpchen nicht leuchtet. Achte dabei auf Fachbegriffe Fotos: P. Diedrich, Essen, H. Josch-Pieper, Oberhausen

7 16 von 22 Erläuterungen und Lösungen Je nachdem, wie sicher Ihre Schüler im Umgang mit den Schaltungen sind, stellen Sie die Lösungen zur Verfügung oder nicht. Nach erfolgter Kontrolle werden der Arbeitsstand und der Lernzuwachs auf dem Einschätzungsbogen M 1 in der letzten Spalte dokumentiert. M 2 Die Reihen- und Parallelschaltung Schaltskizze und Foto mit je einer aufgebauten Schaltung aus Holzklötzen Foto: P. Diedrich, Essen, H. Josch-Pieper, Oberhausen ODER-Schaltung (Autoinnenbeleuchtung) Foto: P. Diedrich, Essen, H. Josch-Pieper, Oberhausen Parallel-Schaltung (Mehrfachsteckdose)