Der Papierkochtopf Versuch zur Überprüfung der Wärmeleitfähigkeit von Wasser

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1 Der Papierkochtopf Versuch zur Überprüfung der Wärmeleitfähigkeit von Wasser Jahrgangsstufe 5 Stand: Fach Natur und Technik Lernbereich 1: Naturwissenschaftliches Arbeiten Lernbereich 2.2: Temperatur und Wärme Übergreifende Bildungs- und Erziehungsziele Zeitrahmen Benötigtes Material Technische Bildung ca. 2-3 Unterrichtszeiteinheiten Je Arbeitsgruppe: 1 Pappbecher, Teelicht, Feuerzeug, Holzspieß, 2 Gläser, Wasser, Teebeutel Kompetenzerwartungen und Inhalte NT 5 Lernbereich 1: Naturwissenschaftliches Arbeiten Die Schülerinnen und Schüler beobachten Alltagsphänomene mit naturwissenschaftlichem Hintergrund. [ ] und führen mithilfe von konkreten Anleitungen einfache Untersuchungen unter Beachtung von Sicherheitsaspekten durch. Inhalte zu den Kompetenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg; Schwerpunkte: Aufstellung von Vermutungen, [ ]Durchführung eines Versuchs nach Anleitung, Auswertung des Versuchs NT 5 Lernbereich 2.2: Temperatur und Wärme Die Schülerinnen und Schüler beschreiben an einem ausgewählten Beispiel das Prinzip des Wärmetransports [ ] Inhalte zu den Kompetenzen Transport von Wärme: Wärmeleitung, [ ] Wärmestrahlung; [ ] Seite 1 von 7

2 Aufgabe Die Schülerinnen und Schüler kochen in Kleingruppen oder in Partnerarbeit, mit Hilfe eines Papierbechers und weiterer bereitgestellter Materialien, Tee. Hierbei setzen sie sich mit der Alltagserfahrung auseinander, dass Pappe sehr leicht zu brennen beginnt, wenn sie in die Nähe von Feuer gebracht wird. Sie vermuten was passieren könnte, führen den Versuch durch, beobachten was passiert, vergleichen ihre Vermutung mit den Beobachtungen und stellen Erklärungsversuche auf. Abbildung 1: Versuchsaufbau Mögliche kompetenzorientierte, differenzierte Impulse: 1. Kannst du mit einem Becher aus Pappe Teewasser zum Kochen bringen? Was meinst du? Notiere und begründe deine Vermutung. 2. A. Entwerfe einen Versuchsaufbau, um mit den bereitgestellten Materialien Teewasser zu kochen. Zeichne diesen Versuchsaufbau. Lasse ihn von der Lehrkraft abzeichnen. Baue deinen Versuch auf. Führe den Versuch durch. 2. B. Baue den Versuch auf (siehe Bild). Führe den Versuch durch. 3. A. Erstelle eine Wertetabelle. Miss die Temperatur des Teewassers in Abständen von zwei Minuten und trage die Werte in deine Tabelle ein. 3. B. Miss die Temperatur des Teewassers in Abständen von zwei Minuten und trage die Werte in die vorgefertigte Tabelle ein. 4. Beobachte was passiert. Notiere deine Beobachtungen. Werte deine Ergebnisse in geeigneter Form aus. 5. A. Diskutiere deine Ergebnisse mit deinen Mitschülern. Vergleiche dein Ergebnis mit deiner Vermutung zu Beginn des Versuchs. Begründe dein Versuchsergebnis. 5. B. Vergleiche dein Versuchsergebnis mit deiner Vermutung zu Beginn des Versuchs. Begründe dein Versuchsergebnis. Die ausliegenden Informationen helfen dir bei der Erklärung. Für schnelle Forscher: Führe den gleichen Versuch mit zwei Teelichtern durch. Vergleiche mit den Ergebnissen des ersten Durchgangs. Seite 2 von 7

3 Hinweise zum Unterricht Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Lernvoraussetzungen: Temperaturmessung Erstellung einer Wertetabelle/Grafik (Bezug zum Fach Mathematik, 5.6. Daten) Anregungen zur Differenzierung/Individualisierung: Je nach Vorwissen der Schülerinnen und Schüler sowie ihren Kompetenzen im naturwissenschaftlichen Arbeiten, können die oben angeführten Aufgabenstellungen variiert werden. Die Aufgabenteile A erfüllen ein höheres Kompetenzniveau als die Aufgabenteile B. Leistungsstarke Schüler können den Versuchsaufbau skizzieren und eine Wertetabelle selbst erstellen, leistungsschwächere Schüler erhalten das Bild zum Versuchsaufbau und erhalten eine vorgefertigte Wertetabelle. Schnelle Schüler führen den gleichen Versuch mit zwei Teelichtern oder weniger Wasser durch und begründen die Unterschiede zum ersten Versuch. Ausliegende Informationen zur Erklärung des Sachverhaltes unterstützen leistungsschwächere Schüler. Sicherheitshinweise: Unterweisung der Schülerinnen und Schüler in den ungefährlichen Umgang mit Feuer und heißen Flüssigkeiten. Seite 3 von 7

4 Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler Rechtschriftlich nicht korrigierte Produkte verschiedener Schülerinnen und Schüler Die Schüler haben aus den vorhandenen Materialien verschiedene Entwürfe zum Versuchsaufbau skizziert. Der erste Entwurf führte zur korrekten Durchführung. Beim zweiten Entwurf wurde nach kurzer Seite 4 von 7

5 Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Durchführung erkannt, dass die Kerze wegen Sauerstoffmangels sehr schnell erlischt und ein Erhitzen des Teewassers somit unmöglich wird. Die Schüler konnten dann mit dem vorhandenen Versuchsbild das Experiment sehr schnell nachbauen und durchführen. gelungener Versuchsaufbau verworfener Versuchsaufbau Unterschiedliches Notieren der Messwerte Seite 5 von 7

6 Anregungen zur Reflexion und Dokumentation des Lernprozesses Reflexion: Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich über funktionierende und nicht funktionierende Versuchsdurchführungen aus und reflektieren die Gründe dafür. Dokumentation der zu erwerbenden Kompetenzen: die Schülerin/ der Schüler führt mithilfe von konkreten Anleitungen einfache Untersuchungen unter Beachtung von Sicherheitsaspekten durch. stellt Vermutungen auf, warum das Feuer den Papierbecher nicht zum Brennen bringt. wertet die Ergebnisse des Versuchs aus. Legende: 3 Ł erwartetes Kompetenzniveau übertroffen 2 Ł erwartetes Kompetenzniveau erfüllt 1 Ł erwartetes Kompetenzniveau teils erfüllt 0 Ł nur mit Hilfe Seite 6 von 7

7 Anregungen zum weiteren Lernen Die Wärmeleitung und der Temperaturausgleich können praxisnah in der Schulküche geübt werden, z. B. durch Abkühlen von heißen Getränken (Kakao, Milch), mittels mehrmaligen Umschüttens in verschiedene Becher. Ein Alltagsbezug kann durch den Vergleich von guten Wärmeleitern (Kochtöpfe, Pfannen, Bügeleisen, Heizkörper) zu schlechten Wärmeleitern (Holz- und Kunststoffkochlöffel) hergestellt werden, sowie durch die Untersuchung wo gute bzw. schlechte Wärmeleiter zum Einsatz kommen und warum. Der Papiertopf-Versuch eignet sich auch als abschließender Versuch zum Lernbereich NT , um die Wärmestrahlung (bei der Kerzenflamme), Wärmeströmung (aufsteigende Warmluft oder Umwälzung des Wassers im Pappbecher) und Wärmeleitung (Wärmeübergang vom Pappbecher zum Teewasser) zu wiederholen und Unterschiede und Anwendungen zu diskutieren. Quellen- und Literaturangaben ISB, München, 2018 Seite 7 von 7