Die Reise eines Wassertropfens

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1 PÄDAGOGISCHE UNTERLAGEN Die Reise eines Wassertropfens Michel Roggo zum Atelier rund um das Thema Süsswasser Naturwissenschaften In der Dauerausstellung des Museums Zyklus 2 1h30 Süsswasser ist für das Leben auf unserem Planeten unentbehrlich; es spielt eine wichtige Rolle bei diversen Stoffwechselvorgängen und es ist der Lebensraum zahlreicher Organismen. Dieses Atelier ist speziell für Klassen des 2. Zyklus konzipiert und behandelt Themen wie den Wasserzyklus, Zustand von Wasser und Vorkommen in der Natur, Süsswassertiere und ihr Lebensraum, Wasserverschmutzung, Der Bau von Wassermolekülen, physikalische Experimente, das Beobachten kleiner Wasserlebewesen und ein Spiel über das Gleichgewicht der Ökosysteme helfen, dieses Thema besser zu verstehen. Realisierung der Unterlagen: Konzept, Texte und Aktivitäten: Catherine Pfister Aspert, MHNF Zeichnungen: Lisa Schild, MHNF Deutsche Übersetzung: Lisa Schild, MHNF MHNF 2017 Naturhistorisches Museum Ch. du Musée Fribourg 026/ Details zur Anfahrt:

2 2. Inhalt 1. Titelseite Inhalt Präsentation des Kulturveranstalters und des Projekts Das Naturhistorische Museum Freiburg Beschreibung des Ateliers «Die Reise eines Wassertropfens» Verbindung zum LP21 und dem entsprechenden Kompetenzbeschrieb Vorschläge für Aktivitäten und Unterlagen für die SchülerInnen Theoretischer Teil Was ist Wasser? Der Wasserkreislauf Die Verteilung des Wassers auf der Erde Vorschläge für Aktivitäten, Kommentare Zusätzliche Unterlagen Dokumente und Quellen Im Anhang: Arbeitsblätter für SchülerInnen Michel Roggo 2

3 3. Präsentation des Kulturveranstalters und des Projekts 3.1 Das Naturhistorische Museum Freiburg Das Naturhistorische Museum Freiburg (NHMF) sorgt für die sichere Aufbewahrung, den angemessenen Unterhalt und die Aufwertung der ihm anvertrauten naturkundlichen Sammlungen von patrimonialem und wissenschaftlichem Wert. Es vermittelt einer breiten Öffentlichkeit ein rationales, positives und aktuelles Verständnis der natürlichen Umwelt und bietet spezifische, den verschiedenen gesellschaftlichen Kreisen und ihren Bedürfnissen angepasste Dienstleistungen. Um den SchülerInnen einen vereinfachten Zugang zu den ausgestellten Themen zu verschaffen, bietet das Museum an die jeweiligen Altersstufen angepasste Ateliers für den 1. und 2. Zyklus, je nach Thema auch für den 3. Zyklus. Öffnungszeiten für Schulklassen: Mo - Fr von 14 bis 18 Uhr Di - Fr von 8 bis 12 Uhr Museumsbesuche zwischen 12 und 14 Uhr sind möglich, wir bitten Sie jedoch, eine Woche im Voraus schriftlich unter [email protected] zu reservieren. 3.2 Beschreibung des Ateliers «Die Reise eines Wassertropfens» Für Klassen der 5-8H Dauer: 1h30 Das Atelier zu diese Thema beinhaltet vier Teile: 1. Zustand von Wasser: Die SchülerInnen bauen ein 3D-Molekül von Wasser und lernen, was damit in den verschiedenen Aggregatzustände (fest, flüssig und gasförmig) passiert. 2. Wasserzyklus: Durch einfache Experimente werden physikalische Phänomene des Wasserzyklus (Regen, Verdampfen, Kondensation,... ) erarbeitet. 3. Lebensraum Wasser: Erklärungen zum Lebensraum im Süsswasser und über Biodiversität. Beobachtung und Bestimmung von kleinen Wasserinsekten und präparierten Tieren in der Dauerausstellung 4. Wasserverschmutzung: Faktoren, welche ein Gewässer bedrohen und Suche nach Lösungen, «Jenga»- Spiel zum besseren Verständnis des Gleichgewichts in einem Ökosystem. 3

4 4. Verbindung zum LP21 und dem entsprechenden Kompetenzbeschrieb Die Vertiefung folgender Kompetenzen des Lehrplans 21 wird beim Besuch dieses Ateliers realisiert: NMG.2.2.f: Die Schülerinnen und Schüler können verschiedene Phänomene und Merkmale zu Sonne/Licht, Luft, Wärme, Wasser, Boden, Gesteine in Beziehung stellen und strukturieren sowie Erkenntnisse daraus erklären und einordnen. -> Atelier: Durch das Durchführen von Experimenten können die SchülerInnen verschiedene Phänomene des Wasserkreislaufs beobachten. NMG b+c: Die Schülerinnen und Schüler können ausgewählte Zuordnungen von Pflanzen und Tieren mithilfe ihrer Merkmale vornehmen. Die Schülerinnen und Schüler können Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Pflanzen und Tieren (z.b. Singvögel, Wasservögel, Greifvögel, Eulen; Zugvögel/ Standvögel) mit geeigneten Instrumenten untersuchen (z.b. Lupe, Feldstecher, Bestimmungsbuch), Vergleiche anstellen sowie Informationen dazu suchen und wiedergeben.-> Atelier: Die SchülerInnen können Wasserinsekten beobachten und bestimmen und lernen die Bedeutung von Bioindikatoren. NMG.2.6.h: Die Schülerinnen und Schüler können zu Einflüssen des Menschen auf die Natur mögliche Folgen abschätzen, Erkenntnisse dazu ordnen und über eigene Verhaltens- und Handlungsweisen nachdenken.-> Atelier: Diskussion über die Bedrohung von Lebensräumen im Süsswasser und Schutzmassnahmen. NMG d: Die Schülerinnen und Schüler können Wetterphänomene und typische Merkmale dazu beschreiben, verschiedenen Jahreszeiten zuordnen sowie mit eigenen Erfahrungen und Beobachtungen verbinden (z.b. Wolken, Wind, Niederschlagsformen, Temperaturveränderungen).-> Atelier: Experimente und Erklärungen zum Wasserkreislauf erläutern diverse Begriffe zum Thema Wetterphänomene. MA.2.A.3b: Die Schülerinnen und Schüler können den Inhalt von Gefässen mit einem Becher messen und vergleichen.-> Atelier: In Experimenten mit Wasser müssen Volumen abgemessen und verglichen werden. Überfachliche Kompetenzen (Methodische Kompetenzen): Die Schülerinnen und Schüler können Informationen vergleichen und Zusammenhänge herstellen (vernetztes Denken). 4

5 5. Vorschläge für Aktivitäten und Unterlagen für die SchülerInnen 5.1 Theoretischer Teil Die folgenden Texte erlauben es der Lehrperson, sich über das Thema Wasser als Material und Lebensraum zu informieren. Sie sind nicht unbedingt an das Niveau des 2. Zyklus angepasst, können aber zum Teil auch von SchülerInnen benutzt werden. Die in den Arbeitsblättern (im Anhang) beschriebenen Experimente helfen die beschriebenen Phänomene besser zu verstehen Was ist Wasser? Ein einziger Wassertropfen besteht aus Milliarden von Wassermolekülen. In der Wissenschaft wird ein Wassermolekül mit der Summenformel H 2 O gekennzeichnet; das bedeutet, dass es aus zwei Wasserstoff-Atomen (H 2 ) und einem Sauerstoff-Atom (O) besteht. Die Atome werden durch kovalente Bindungen zusammengehalten das sind die stärksten Verbindungen zwischen Atomen, die es gibt. Wenden wir uns jetzt einigen Eigenschaften zu, die Wasser zu einer ganz besonderen und für alle Lebewesen auf der Erde lebensnotwendigen Substanz machen. kovalente Bindung Eigenschaften von Wasser: Wasserstoffbrücken A. Das Wassermolekül ist ein polares Molekül Der Atomkern von Sauerstoff ist leicht negativ, die Wasserstoff-Atome dagegen leicht positiv geladen. Ein Molekül mit ungleich verteilten Ladungen nennt man ein polares Molekül. Weil entgegengesetzte Ladungen sich anziehen, verbinden sich auch die Wassermoleküle untereinander, und zwar durch Wasserstoffbrücken. Diese sind schwächer als kovalente Bindungen und können sich schnell lösen und wieder neu bilden: Darum kann Wasser flüssig sein. B. Wasser hat eine erhöhte Oberflächenspannung Die Oberfläche des Wassers hat Eigenschaften, die es ihm erlauben, an Flächen zu kleben oder beim Kontakt mit bestimmten Materialien und Teilchen Tropfen zu bilden. Weil die Wassermoleküle untereinander mit den Wasserstoffbrücken verbunden sind, können sie sich sogar entlang der Innenwand eines ganz feinen Röhrchens nach oben bewegen ein Molekül zieht das andere nach oben. -> Experiment Nr. 1: Wasser hat eine Haut 5

6 C. Je nach Druck und Temperatur wechselt Wasser seinen Aggregatzustand Zwischen 0 und 100 C ist Wasser bei normalem Druck flüssig. Bei 100 C kocht Wasser: Je heisser es wird, umso stärker bewegen sich die Moleküle bis sich die Wasserstoffbrücken zwischen ihnen lösen. So geht Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über und wird zu Dampf. Das passiert übrigens auch bei Zimmertemperatur in ganz kleinen Mengen: Man spricht dann von Verdunsten. Bei 0 C gefriert Wasser und wird fest. Eis hat eine ganz besondere molekulare Struktur: Jedes Molekül ist mit Wasserstoffbrücken an 4 andere Moleküle gebunden. So bilden sich hexagonale Ringe und das Volumen des Wassers wird grösser (es dehnt sich aus), obwohl es gleich schwer bleibt wie im flüssigen Zustand. Somit hat Wasser im gefrorenen Zustand eine geringere Dichte und schwimmt auf dem Wasser. Wenn das Eis schmilzt, löst sich diese strikte Anordnung der Moleküle auf und die Dichte steigt. Wasser hat bei 4 C die grösste Dichte. -> Experiment Nr. 2: Das Volumen von Eis Wasser in flüssigem Zustand (lauwarm) Wasser in gasförmigem Zustand (Dampf) Wasser in flüssigem Zustand (heiss) Wasser in festem Zustand (Eis) 6

7 D. Wasser ist ein sehr gutes Lösungsmittel In Wasser lassen sich viele Substanzen lösen. Die Erklärung dafür liegt darin, dass die Wassermoleküle polare Moleküle sind. Sie werden von Ionen oder anderen Molekülen mit entgegengesetzter Ladung in ihrer Nähe angezogen und es bilden sich Wasserstoffbrücken. Die Wassermoleküle umkreisen die Moleküle/Ionen der anderen Substanz und trennen sie voneinander. Die Substanz wird auf diese Weise in kleinsten Teilchen im Wasser verteilt: gelöst, wie man sagt. NaCL = Kochsalz -> Experiment Nr. 3: Maximale Sättigung 7

8 5.1.2 Der Wasserkreislauf Transport Niederschlag Kondensation Verdunstung Evapotranspiration Verdunstung Oberflächenabfluss Versickerung Grundwasser Unter dem Begriff Wasserkreislauf versteht man den Transport und die Speicherung von Wasser. Hierbei wechselt das Wasser mehrmals seinen Aggregatzustand und durchläuft die einzelnen Sphären wie Hydrosphäre, Lithosphäre, Biosphäre und Atmosphäre der Erde. Der Antrieb des Wasserzyklus ist die Sonne: durch die Wärme der Sonne werden die Wassermassen konstant in Bewegung gehalten. Das hier abgebildete Schema zeigt die verschiedenen Teile des Zyklus. Hier werden ein paar Begriffe genauer erklärt: Verdampfung: Wechsel von flüssig zu gasförmig. Dieser Wechsel wird durch die Zufuhr von Wärme durch die Sonne aktiviert. Die Hauptquelle für Verdampfung sind die Meere und Ozeane. Kondensation: Wechsel von gasförmig zu flüssig, in der Luft herumfliegende Wassermoleküle formen zusammen kleine Tröpfchen. Dies geschieht, wenn die Temperatur sinkt. In der Atmosphäre bilden sich durch die Abkühlung und die damit verbundene Kondensation Wolken. Niederschlag: Wenn die Tröpfchen in einer Wolke zu gross und zu schwer werden, fallen Sie zurück auf die Erde. Je nach Temperatur ist der Niederschlag flüssig (Regen, Nebel) oder fest (Schnee, Hagel). Abfluss: Phänomene der Bewegungen von Wasser auf und im Boden: Oberflächenabfluss: Abfluss von Wasser in Bächen, Flüssen und Strömen Versickerung ins Grundwasser und unterirdische Zirkulation. Niederschlag eines ganzen Jahres auf dem ganzen Globus: 65% verdampft 24% fliesst oberirdisch ab 11% versickert 8

9 5.1.3 Die Verteilung des Wassers auf der Erde Die Erde ist der einzige Planet dieses Sonnensystems, der so viel Wasser an seiner Oberfläche hat. Dank den speziellen Bedingungen von Temperatur und Druck auf der Erde, findet man Wasser in allen drei Aggregatzuständen: gasförmig, als Wasserdampf gemischt mit anderen Stoffen in der Atmosphäre, flüssig an der Erdoberfläche, in der Erdkruste aber auch in allen Zellen lebender Organismen, und fest als Eis auf den Polen, in Berggebieten, aber auch in tieferen Gebieten, bei tiefen Temperaturen (Winter). Auf der Erde ist das Wasser folgendermassen verteilt: Meere und Ozeane: 97.2% -> Salzwasser Eiskappen: 2.1% -> Süsswasser in fester Form Grundwasser: 0.6% -> Süsswasser in flüssiger Form Wasser in Gewässer, Boden und in Lebewesen: 0.099% -> Süsswasser in flüssiger Form Atmosphäre: % -> Süsswasser in gasförmiger Form 5.2 Vorschläge für Aktivitäten, Kommentare 1. Ein Besuch im Museum vor dem Museumsbesuch Aktivität obligatorisch Material: AB1 Ziel der Übung: Es gibt immer wieder Kinder, die noch nie in einem Museum gewesen sind. Deshalb ist es wichtig, sie auf den Besuch vorzubereiten. Im ersten Teil der Übung lernen die Kinder, was in einem Naturhistorischen Museum ausgestellt ist und was man in einem Museum macht. Im zweiten Teil werden die Verhaltensregeln im Museum repetiert (gehen statt rennen, leise reden, mit den Augen schauen und nichts anfassen). 2. Experimente vor/nach dem Museumsbesuch Aktivität fakultativ Material: Experiment 1-3 Ziel der Aktivität: mit den verschiedenen Eigenschaften von Wasser experimentieren Falls die SchülerInnen schon Grundkenntnisse über die Eigenschaften von Wasser haben, können diese Experimente vor dem Museumsbesuch durchgeführt werden. Falls nicht, ist es besser, bis nach dem Atelier zu warten. Wasser hat eine Haut: Referenz: S. 5, Was ist Wasser? B. Wasser hat eine erhöhte Oberflächenspannung Das Volumen von Eis: Referenz: S. 5, Was ist Wasser? C. Je nach Druck und Temperatur wechselt Wasser seinen Aggregatzustand Maximale Sättigung: Referenz: S. 5, Was ist Wasser? D. Wasser ist ein sehr gutes Lösungsmittel 9

10 3. Exkursion ans Wasser nach dem Museumsbesuch Aktivität fakultativ Ziel der Aktivität: die im Atelier gelernten Prinzipien anwenden In der Nähe der Schule befindet sich sicher ein Gewässer (Bach, Fluss, See, Tümpel), wo die im Atelier gelernten Begriffe in Natur beobachtet werden können. Um eine solche Exkursion vorzubereiten, empfehlen wir die pädagogischen Unterlagen von WWF Schweiz «Wir entdecken unseren Bach», welches Sie unter herunterladen können. 4. Wasserforscher nach dem Museumsbesuch Aktivität fakultativ Wasserforscher ist ein internationales Programm, dass die Kinder einlädt diverse Aktivitäten rund ums Wasser zu machen und sogar an internationalen Wettbewerben teilzunehmen. Alle Anleitungen und Informationen finden Sie unter 6. Zusätzliche Unterlagen 6.1 Dokumente und Quellen Homepage von Michel Roggo: Allgemeine Informationen über das Thema Wasser: L eau à petits pas, François Michel, Robert Barborini, Actes Sud Junior, 2007 Dossier CNRS sur l eau : Experimente: Méga expériences, l encyclopédie vivante, Nathan, 2008 (exp. 1, 2, 5) 10