Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: "Luft ist nicht nichts!"-der Luftdruck

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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: "Luft ist nicht nichts!"-der Luftdruck Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 21. Der Luftdruck 1 von 20 Luft ist nicht nichts! Der Luftdruck Dr. Henrike Schieferdecker, Bonn Wie bekommt man das Ei in die Flasche? Warum lässt sich trotz Verwendung eines Trichters kein Wasser in eine leere Flasche füllen? Und was passiert eigentlich mit einem Schokokuss im Vakuum? Um diese und ähnliche Fragen zu klären, schlüpfen Ihre Schüler in die Rolle eines Moderatorenteams und geben wissenschaftlich fundierte Antworten auf verblüffende Experimente rund um das Thema Luftdruck. Fotos: H. Schieferdecker Ein physikalisches Alltagsphänomen im Rahmen einer Wissensshow allgemeinverständlich erklärt! Der Beitrag im Überblick Klasse: 7 oder 8 Dauer: 1 Doppelstunde + 2 Einzelstunden Ihr Plus: ü Die Schüler schlüpfen in die Rolle eines Moderatorenteams Hohe Motivation ü Hoher Alltagsbezug ü Durchführung und Erklärung verblüffender Handexperimente ü Binnendifferenzierung durch unterschiedlich komplexe Experimente und durch variable Verwendung von Tippkarten und Musterlösungen Inhalt: Die Schüler machen sich die Existenz des Luftdrucks als Ursache verschiedener Alltagsphänomene bewusst. Sie führen einfache Handexperimente nach Anleitung durch. Sie machen sich zum Experten für ihr Experiment. Sie versetzen sich in die Lage, alle Experimente unter Verwendung von Fachvokabular erklären zu können.

3 2 von Der Luftdruck Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise Fachliche Hintergrundinformation Luft ist ein Gasgemisch, das zu 78 % aus Stickstoff (N 2 ), 21 % aus Sauerstoff (O 2 ), 0,04 % aus Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) und ca. 1 % aus Edelgasen besteht. Unter dem Luftdruck versteht man den Druck, den die Gewichtskraft F G der Luftmoleküle der Erdatmosphäre auf die Erdoberfläche ausübt. Da Luft kompressibel ist, nimmt der Luftdruck anders als der Schweredruck in nicht kompressiblen Flüssigkeiten mit der Höhe exponentiell ab. Der mittlere Luftdruck auf Meereshöhe beträgt Pa = 1013,25 hpa = 101,325 kpa. Didaktisch-methodische Hinweise Luft ist zentraler Bestandteil unserer Lebenswelt. Ohne sie wäre nicht nur das Leben, so wie wir es kennen, unmöglich. Auch viele Alltagsphänomene (Wetter, Vogelflug) und technische Anwendungen (Saugnäpfe, Sprühflaschen, Staubsauger, ) beruhen auf dem Luftdruck bzw. Luftdruckunterschieden. Anders als den Schweredruck im Wasser nehmen wir den Luftdruck, da wir ihm ständig ausgesetzt sind, normalerweise nicht wahr. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, sich vor der Betrachtung quantitativer Aspekte, die z. B. Ursache für verschiedene Wetterphänomene sind, das Phänomen Luftdruck als solches bewusst zu machen. Hierzu gibt es eine ganze Reihe von verblüffenden Experimenten, die zum großen Teil auf Druckunterschieden zwischen dem äußeren Luftdruck und einem relativ gesehenen Unterdruck in einem Gefäß beruhen. Dieser relative Unterdruck ist entweder natürlich vorhanden ( Die starke Karte, M 10/M 11) oder wird durch eine Vakuumpumpe ( Der Schokokuss im Vakuum, M 5), durch Abkühlung ( Das Ei in der Flasche, M 8 und Der Kerzenaufzug, M 6) oder durch Verbrauch von Luftmolekülen im Rahmen einer chemischen Reaktion ( Der Kerzenaufzug, M 6) erzeugt. In einem weiteren Versuch verhindert der Luftdruck das Eindringen von Wasser in ein luftdicht verschlossenes Gefäß ( Der verstopfte Trichter, M 3). Alleine die Durchführung dieser einfachen, aber verblüffenden Experimente ist für die Schüler äußerst motivierend. Ziel der Unterrichtssequenz ist es aber nicht alleine, sich mithilfe der verschiedenen Experimente den Luftdruck bzw. Luftdruckunterschiede als Ursache der gemachten Beobachtungen bewusst zu machen. Darüber hinaus sollen Ihre Schüler lernen, die Versuche fachsprachlich korrekt zu erklären. Um dieses Ziel zu erreichen, wird von den Schüler ein Wissensmagazin simuliert. Vorbild hierfür ist das Wissensmagazin Kopfball, in dem Zuschauer-Fragen zu Alltagsphänomenen anschaulich und wissenschaftlich korrekt erklärt werden ( Ablauf Zu Beginn der Stunde zeigen Sie eine kurze Videosequenz aus diesem Wissensmagazin, in der es um die Frage geht, was passiert, wenn man einen Luftballon in flüssigen Stickstoff taucht ( Zunächst wird eine Frage aufgeworfen ( Was passiert eigentlich, wenn ), dann wird das Experiment durchgeführt ( Ich probier s aus ) und zum Schluss wird das beobachtete Phänomen wissenschaftlich erklärt ( Wie kann das sein? ). Diese Video-Sequenz motiviert Ihre Schüler zum einen für ihre Aufgabe, als Moderatoren bzw. Wissenschaftler Alltagsphänomene wissenschaftlich zu erklären. Zum anderen veranschaulicht der Video-Spot die Struktur sowohl der Erarbeitungs- als auch der Sicherungsphase (vgl. M 1). Die Farbfolie M 2 dient einem Brainstorming zum Thema Luftdruck. In der Erarbeitungsphase, die in arbeitsteiliger Gruppenarbeit erfolgt, äußern Ihre Schüler zunächst Vermutungen zu ihrem Experiment. Hierdurch werden sie angeleitet, sich ihre

4 21. Der Luftdruck 3 von 20 Vorstellungen bewusst zu machen. Bei Bedarf können die Schüler dabei auf Tippkarten zurückgreifen. Im Anschluss überprüfen (und korrigieren) die Schüler ihre Vermutungen, indem sie das Experiment eigenständig durchführen. Die fachliche Richtigkeit der von den Schülern in der Präsentations- bzw. Sicherungsphase gegebenen Erklärungen wird dadurch gewährleistet, dass sie ihre Erklärungen vor der Präsentation mit einer Musterlösung vergleichen. Die Präsentation der Ergebnisse erfolgt dann nach dem gleichen Muster: die präsentierende Schüler-Gruppe erfragt von der Klasse Vermutungen zu dem von ihnen vorgestellten Experiment. Anschließend an die Durchführung erfolgt die Aufforderung an die Klasse, das gezeigte Experiment zu erklären. Ggf. korrigiert oder ergänzt die präsentierende Gruppe diese Erklärungen. Die Durchführung der unterschiedlichen Experimente in arbeitsteiliger Gruppenarbeit hat dabei mehrere Funktionen: Zum einen vergegenwärtigen sich die Schüler die Existenz des Luftdrucks jedes Mal von Neuem und sind zunehmend in der Lage, die Ergebnisse der anderen Experimente richtig vorauszusagen. Zum anderen bietet die in den Experimenten jeweils unterschiedliche Entstehung des Unterdrucks stärkeren Schülern die Möglichkeit, sich mit Details dieser Phänomene zu beschäftigen, ohne dass schwächere Schüler vom Erreichen des zentralen Stundenziels abgehalten werden. Nicht zuletzt bleibt durch die Präsentation der unterschiedlichen Experimente das Interesse der Schüler bis zum Stundenende erhalten. Hinweise zur Gestaltung des Unterrichts: Fachübergreifendes Unterrichten Fachbereich Chemie: Zusammensetzung der Luft / Aggregatzustände (Teilchenmodell) / Vorgänge bei der Verbrennung (Versuch: Der Kerzenaufzug ) Lehrplanbezug ( Lehrplan siehe Mediathek) Die Schüler erweitern ihre konzeptbezogenen Kompetenzen zum Basiskonzept Wechselwirkung (vgl. Kernlehrplan Physik, S. 30): Sie werden befähigt... auch auf formalem Niveau Beobachtungen und Phäno mene (zu) erklären sowie Vorgänge (zu) beschreiben und Ergebnisse vorher(zu)sagen, sodass sie Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden. Die Schüler erweitern folgende prozessbezogenen Kompetenzen in den Bereichen Erkenntnisgewinnung und Kommunikation (vgl. Kernlehrplan Physik, S. 17 ff.): Sie stellen Hypothesen auf (und)... führen Experimente zur Überprüfung unter Beachtung von Sicherheitsaspekten durch, beobachten und beschreiben physikalische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung, werten (die Experimente) unter Rückbezug auf die Hypothesen aus, planen (und) strukturieren ihre Arbeit, auch als Team, beschreiben, veranschaulichen oder erklären physikalische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache (Erarbeitungs- und Sicherungsphase), tauschen sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter angemessener Verwendung der Fachsprache aus (Erarbeitungs- und Sicherungsphase), dokumentieren und präsentieren die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen (Erarbeitungs- und Sicherungsphase).

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