SIBP Schweizerisches Institut für Berufspädagogik. Kurt Eggenberger B04TZ. Beat Schären. Hans-Rudolf Niederberger. Vordergut, 8772 Nidfurn

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1 AUSBILDUNG ZUR BERUFSSCHULLEHRPERSON Kompetenznachweis 019 Institut SIBP Schweizerisches Institut für Berufspädagogik Studiengruppe Kurt Eggenberger Kurs B04TZ Kursleiter Beat Schären, Ausbildungsblock Fachdidaktik Physik und Chemie Ausbildungseinheit Physik für Elektromonteure im 2. Lehrjahr Version 3 Seite 1-1 von 2

2 Inhaltsverzeichnis 1 Stichwortverzeichnis Abstract/Zielbeschreibung Bedeutung des gewählten s für die Lernenden Konkretisierung der Lernziele Unterrichtsmaterialien mit Musterlösungen Bilderverzeichnis Eigenständigkeit der vorgelegten Arbeit Quellenverzeichnis Anhang 1: Unterrichtsmaterialien für Lernende Anhang 2: Modell-Lehrplan Anhang 3: Sachstruktur Physik Anhang 4: Lektionsplanung Anhang 5: Lernkontrolle elektrische Leistung Version 4 Seite 1-2 von 2

3 1 Stichwortverzeichnis Anhang Lektionsplanung Lernkontrolle der Leistung Modell-Lehrplan Sachstruktur Physik Unterrichtsmaterial für Lernende Arbeitsblätter für Lernende Bedeutung der elektrischen Leistung Bilderverzeichnis Die elektrische Leistung Eigenständigkeit der Arbeit Fehlerfälle Falscher Spannungsanschluss Neutralleiterausfall Kombination der elektrischen Leistung mit dem ohmschen Gesetz , 3-1 Konkretisierung der Lernziele Kontrollaufgaben und Kontrollfragen Lehrerdemonstration Leistung ist die Basis der Arbeit bzw. Energie Lektionsinhalt Einführung Leistungsformel und ohmsches Gesetz Grafik entwickeln , 4-2 Lehrerdemonstration Messgerätesymbole kennen lernen Messschema kontrollieren Messschema zeichnen Praxisbezug zur Leistung aufzählen Repetition Tabelle bearbeiten , 4-3 Widerstandswerte berechnen Widerstandswerte interpretieren Lektionsplanung Musterlösung Quellenverzeichnis Sachstruktur Sachstruktur Physik Spannungserhöhung Spannungsrückgang Unterrichtsmaterialien Lerneden-Ausgabe Musterlösung Zu- oder Abnahme der Leistung Version 3 Seite 1-1 von 1

4 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 2 Abstract/Zielbeschreibung Vorwissen Die Lernenden, hier Elektromonteure im 2. Lehrjahr, bringen die unter Repetition aufgeführten Lerninhalte mit. Ziel Berechnungen der elektrischen Leistung ausführen können. Mit Hilfe einer Lehrerdemonstration, zwei Tabellen und zwei Grafiken soll die elektrische Leistung ( P = U I in W) in fünf Lektionen [7] untersucht werden (siehe Übersicht nächste Seite). Nächste Schritte Die Kombination der elektrischen Leistung mit 2 dem ohmschen Gesetz ( P = U / R sowie P = I 2 R ) wird nachfolgend behandelt V Bild P = U I W A U V I L I K R ϑl R ϑk Abb. 1 Schematische Darstellung der Lehrerdemonstration Repetition Die elektrische Leistung wird an einem temperaturabhängigen und einem konstanten Widerstand untersucht. Die Abhängigkeiten werden mit in der Praxis vorkommenden realen Betriebsmitteln (Glühlampe und Heizung) dargestellt. Bei der Erarbeitung und Vertiefung der elektrischen Leistung wird auf die Repetition von nebenstehenden Themen geachtet. In der Sachstruktur [8] Anhang 3 sind diese Themen bzw. Formeln gelb markiert. - Elektrischer Widerstand mit Ohm-Meter bestimmen R 20, R 20 l = ρ A - Temperaturabhängigkeit elektrischer Widerstand R ϑ = R20 (1 + α ϑ) Im eigenen Formelbuch sind diese Angaben zu entnehmen. - Ohmsches Gesetz - Spezifischer elektrischer Widerstand U R ϑ = I ρ Weitere Lerninhalte In diesen Unterrichtssequenzen ist nebenstehend das weitere Lernen aufgelistet. - Temperaturkoeffizient α - Tabelle - Grafik - Proportionen - Umgang mit Taschenrechner - Kontrolle Formelbuch - Schema lesen können - Einfache Verdrahtung ausführen Version 4 Seite 2-1 von 2

5 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe Ablauf der Lektionen Version 4 Seite 2-2 von 2

6 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 3 Bedeutung des gewählten s für die Lernenden Zeit t Kraft Sachstruktur Aus der Sachstruktur [8] von Anhang 3 ist die Bedeutung der elektrischen Leistung bzw. dessen Zusammenhang dargestellt. Geschwindigkeit s mech. Leistung P = F v Leistung W P = t Arbeit Die Kombination der elektrischen Leistung mit dem ohmschen Gesetz ( P = U / R sowie P = I 2 R ) 2 wird nachfolgend behandelt. Wirk- Leistung P Nm J W s s 2 U P = P = U I R P = I 2 R Strom I A Widerstand Spannung U V U = R I Ohmsches Gesetz Widerstand UK = U 0 R I Batterie Ui = B l v Generator G Abb. 2 Ausschnitt Leistung aus der Sachstruktur Anhang 3 Quadratische Beziehung Die Erkenntnis der quadratischen Zu- oder Abnahme der Leistung an einem konstanten Widerstand, bei Spannungserhöhung oder Spannungsrückgang, ist fundamental. Temperaturabhängigkeit Das Verstehen der Temperaturabhängigkeit des Leiters und die damit verbundene Widerstandszunahme sind wertvoll. Dass dadurch der Strom im Stromkreis abnimmt und die Leistung am Verbraucher sinkt, ist Ziel für die weiteren Betrachtungen der Verbraucherleistungen. Die Leistung eines Verbrauchers ist die Basis der Arbeit bzw. Energie die Betriebsmittel verbrauchen. Die Leistung eines Gerätes ist für die Kraft oder Wärme, die es abgeben kann, massgebend. Praxisbezug In der Praxis kann eine zu grosse Spannungserhöhung zur Zerstörung von Betriebsmitteln führen. Solche Fehlerfälle kommen beim falschen Anschluss an Spannung, Neutralleiterausfall und falscher Bemessungsspannung von Betriebsmitteln vor. Version 4 Seite 3-1 von 1

7 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 4 Konkretisierung der Lernziele Die Lernenden müssen nach diesen Lektionen [7] den Begriff der elektrischen Leistung [6, Seite 8/06] im Zusammenhang mit der Spannung und dem Strom aufzeigen können. 1. Lektion Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Besprechen der Ziele anhand der Sachstruktur (Anhang 3). Lernende übernehmen das Messschema in ihre Unterlagen, nachdem die Funktion aller Teile besprochen wurde. Messungen 1-6 durchführen und in Tabelle Seite 3 eintragen. Methode Lehrform DB HL DI HL AB Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] Abgabe von Seite 2 Messversuch 1, Lehrerdemonstration Abgabe Seite 3 Beim Zeichnen des Versuchsaufbaus kann der Lernende den nachfolgenden Messungen besser Folge leisten. Zeichnen eines Schemas. [6, Seite 11/01] Symbole der Messgeräte kennen. [6, Seite 18/04] Anschluss von Volt-, Ampère- und Watt-Meter erklären. [6, Seite 9/08] Anhand eines praktischen Versuchs Messwerte in eine Tabelle einfüllen können Den Skalenbereich der vorhandenen Grafik mit den Lernenden besprechen. DI Grafik Seite 3 Grafik ent-wickeln. [6, Seite 4/07] 10 DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Version 4 Seite 4-1 von 5

8 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 2. Lektion Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Messwerte (U, I) und (U, P) aus der Tabelle Seite 4 in die Grafik übertragen und in eine grafische Darstellung umwandeln. Methode Lehrform Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] VN Tabelle Seite 3 (Messwerte 1-6) Grafik Seite 3 Grafik ent-wickeln. [6, Seite 4/07] 20 Aus der Grafik Widerstandswerte berechnen und interpretieren. Spannungs- und Leistungsänderung vergleichen und Verhältnis ausrechen und interpretieren. DM Vorbereitete Formel Spannungs- und Leistungsänderung von Messwert 5 und Messwert 3 auf Blatt 3 Einführung in den Zusammenhang zwischen der Leistungsformel und dem ohmschen Gesetz. [6, Seite 8/06] 15 Praktische Vorkommnisse der Messungen aufzählen. DI Seite 5 verteilen Fragen zu Versuch 1, Seite 5 10 DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Hausaufgaben Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Angewandte Berechnungen ausführen (Widerstandsänderung bzw. Temperatur des Wolframwendels berechnen im Messpunkt 5). Methode Lehrform Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] DM Seite 6 Grafik Seite 3 Repetitionsfragen Repetitionsaufgaben Hausaufgabe. [6, Seite 8/07] 30 DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Version 4 Seite 4-2 von 5

9 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 3. Lektion Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Vorhandenes Messschema kontrollieren und besprechen. (Messungen 1-6) durchführen und in Tabelle Seite 4 eintragen. Methode Lehrform DI DB DM Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] Messversuch 2, Lehrerdemonstration Abgabe Seite 4 Mit dem be-greifen des Versuchsaufbaus kann der Lernende den nachfolgenden Messungen besser folgen. Zeichnen eines Schemas [6, Seite 11/01]. Symbole der Messgeräte kennen [6, Seite 18/04]. Anschluss von Volt-,Ampère- und Watt-Meter erklären [6, Seite 9/08]. Anhand eines praktischen Versuchs Messwerte in eine Tabelle einfüllen können Den Skalenbereich der vorhandenen Grafik mit den Lernenden besprechen (Repetition). DI Grafik Seite 4 Grafik ent-wickeln [6, Seite 4/07]. 10 DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Version 4 Seite 4-3 von 5

10 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 4. Lektion Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Messwerte (U, I) und (U, P) aus der Tabelle Seite 4 in die Grafik übertragen und in eine grafische Darstellung umwandeln. Methode Lehrform VN DM Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] Tabelle Seite 4 (Messwerte 1-6) Grafik Seite 4 Grafik ent-wickeln [6, Seite 4/07]. 20 Aus der Grafik Widerstandswerte berechnen und interpretieren. Spannungs- und Leistungsänderung vergleichen und Verhältnis ausrechen und interpretieren. DM Vorbereitete Formel Spannungs- und Leistungsänderung von Messwert 5 und Messwert 3, Seite 4 Einführung in den Zusammenhang zwischen der Leistungsformel und dem ohmschen Gesetz [6, Seite 8/06]. 15 Praktische Vorkommnisse der Messungen aufzählen. DI Fragen zu Versuch 2, Seite 5 10 DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Hausaufgaben Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Aufgaben bearbeiten. Fragen bearbeiten. Methode Lehrform Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] DM Repetitionsfragen Repetitionsaufgaben Vertiefung des Fachwissens. DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Version 4 Seite 4-4 von 5

11 [7] Literaturhinweis bzw. Quellenangabe 5. Lektion Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Zusammenfassung der Erkenntnisse. Methode Lehrform Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] DI Abgabe Seite 1 Reflektion des Gelernten [6, Seite 8/06]. 45 Formelbucheintrag. DM Formelbuch [10,Seite 62] Leistung bei Gleichstrom Hausaufgabe. 30 DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Hausaufgaben Beschreibung der Tätigkeit, Methodischer Aufbau Repetitionsaufgabe bearbeiten. Repetitionsfragen bearbeiten. Methode Lehrform Hilfsmittel Didaktische Analsyse Zeit [min] DM Repetitionsfragen Repetitionsaufgaben Vertiefung des Fachwissens. DB Darbieten, VN Vormachen und Nachmachen, HL Handelndes Lernen, AB Anschauen und Beobachten, LG Lehrgespräch, DI Diskussion, DM Durcharbeiten und Mechanisieren, PE Problemlösen und entdeckendes Lernen, LA Lernaufgabe Version 4 Seite 4-5 von 5

12 5 Unterrichtsmaterialien mit Musterlösungen Die Unterrichtsmaterialien für die Lernenden können unter herunter geladen werden: Schule/SIBP/Kompetenznachweise/ 8.14 Elektrische Leistung (Lösungen) 8.14 Elektrische Leistung (Schülerversion) Version 3 Seite 5-1

13 6 Bilderverzeichnis Abb. 1 Schematische Darstellung der Lehrerdemonstration Abb. 2 Ausschnitt Leistung aus der Sachstruktur Anhang Version 3 Seite 6-1 von 1

14 7 Eigenständigkeit der vorgelegten Arbeit Ich bestätige, dass ich diesen Kompetenznachweis selbst verfasst habe und bei allen zitierten Texten, Grafiken und Bildern die Quelle angegeben habe. Ich habe diese Arbeit oder wesentliche Teile davon nie vorher veröffentlicht oder im Rahmen einer Ausbildung vorgelegt. Nidfurn, 11. September 2006 Version 3 Seite 7-1 von 1

15 8 Quellenverzeichnis Nr. Verwendungsbereich Quelle Datum Anhang [1] Spezifische elektrische Daten [2] Spezifische elektrische Daten [3] Spezifische elektrische Daten [4] Spezifische elektrische Daten [5] Spezifische elektrische Daten [6] Didaktische Analyse Modell-Lehrplan VSEI, Ausgabe 2000, 226-D 2 [7] Lektionsplanung Semesterplanung von 4 [8] Informierender Unterrichtseinstieg Sachstruktur Physik von 3 [9] Unterrichtsmaterialien sowie Kontrollaufgaben und Kontrollfragen unter Schule/GIBZ/Elektrotechnik/Arbeit und Leistung 1 und 5 [10] Formelbuch unter Schule/GIBZ/Elektrotechnik/Formelbuch Version 4 Seite 8-1 von 1

16 9 Anhang 1: Unterrichtsmaterialien für Lernende Die Unterrichtsmaterialien für die Lernenden können unter herunter geladen werden: Schule/SIBP/Kompetenznachweise/ 8.14 Elektrische Leistung (Lösungen) 8.14 Elektrische Leistung (Schülerversion) Version 3 Seite 9-1

17 10 Anhang 2: Modell-Lehrplan Anbei befinden sich die in dieser Arbeit relevanten Richtziele und Sachgebiete welche mit den Lernenden bearbeitet werden. Der gesamte Modell-Lehrplan kann unter herunter geladen werden: Schule/SIBP/Kompetenznachweise/019 Modell-Lehrplan Elektromonteure Version 3 Seite 10-1

18 11 Anhang 3: Sachstruktur Physik Die Sachstruktur der Physik kann unter herunter geladen werden: Schule/SIBP/Kompetenznachweise/ Sachstruktur Physik Version 3 Seite 11-1

19 12 Anhang 4: Lektionsplanung Für die Erarbeitung und Vertiefung der elektrischen Leistung sind 5 Lektionen in der Planung im 1. Lehrjahr (36. Schultag bis 38. Schultag) berücksichtigt. Die gesamte Planung kann unter herunter geladen werden: Schule/SIBP/Kompetenznachweise/ Semesterplanung Elektromonteure 1. Lehrjahr Version 3 Seite 12-1

20 13 Anhang 5: Lernkontrolle elektrische Leistung Die Aufgaben können unter herunter geladen werden. Schule/SIBP/Kompetenznachweise/ Kontrollfragen: Elektrische Leistung Kontrollaufgaben: Elektrische Leistung Version 3 Seite 13-1