Sachanalyse. Didaktische Analyse. Bau und Funktion einer Voltaschen Säule. Lehrplanbezug. Lernziele. Projektbezogenene Lernziele

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1 Bau und Funktion einer Voltaschen Säule Didaktische Analyse von Johannes Almer Sachanalyse Die Voltasche Säule bildet die Grundlage für die moderne Batterietechnologie und ist Dank der Zitronenbatterie einfach umzusetzen. Die Grundlage bildet die elektrochemische Spannungsreihe1 der Metalle. In der vorliegenden Unterrichtssequenz wird hautsächlich Wert auf eine einfache Durchführung gelegt, wobei aus ethischen Gründen Versuche mit Lebensmittel durch den Verzicht auf Früchte reduziert wird. Abbildung 1: Anhand der historischen Abbildung sollen die Schüler selber eine funktionierende Replik anfertigen. Didaktische Analyse Lehrplanbezug Da die Unterrichtseinheit in der Jahrgangsstufe 8 in Physik unterrichtet wird, finden sich folgende Bezüge im Lehrplan für das bayerische Gymnasium: Physik Elektrische Energie: 1. Widerstände in einfachen Stromkreisen Ohm sches Gesetz Serien- und Parallelschaltung Lernziele Die geplante Unterrichtseinheit verfolgt folgende Lernziele. Projektbezogenene Lernziele Bezugnahme auf allgemeine Lernziele, die im Rahmen des Mission2Mars Projektes erreicht werden sollen und in der Einleitung der Dokumentation aufgeführt wurden. Die Schüler sollen 1. ihre Fertigkeiten Experimente sauber zu dokumentieren weiter verbessern. 1

2 2. Experimente zu einem vorformulierten Forschungsauftrag frei entwickeln und durchführen können. 3. für naturwissenschaftlich-technologische Fragestellungen bei Jugendlichen begeistert werden. Fachspezifische Lernziele Die Schüler sollen 1. einen historischen Aufbau so analysieren können, dass sie diese Säule ohne weitere Anleitung nachbauen können. 2. moderne Bauteile wie LEDs im Einsatz kennenlernen. 3. einen geschlossenen Stromkreis bauen und den Einsatz von Voltmeter und Amperemeter kennenlernen. 4. Grundbegriffe des elektrischen Schaltkreises kennenlernen (Polung, Pluspol, ). 5. regenerative Energien und deren Probleme anhand einer Übung erfahren. Materialbedarf Auf den Materialbedarf wird besonderer Wert gelegt, so dass mit einfachsten Mitteln dieser Versuch durchgeführt werden soll. Die Schüler müssen die Kupfermünzen selber mitbringen. Die verzinkten Beilagscheiben und etwas Küchenpapier, besser Löschpapier ist meistens vorhanden. Für unterschiedliche Versuchsvariationen sind mehrere Essigsorten vorrätig. Abbildung 2: Es werden nur Haushaltsmittel verwendet, wobei dennoch eine breite Variation der Versuche möglich wird. Bauteile verzinkte Beilagscheiben Kupfermünzen Löschpapier, Küchenrolle Vorbereitende Arbeiten Die Vorbereitung ist mit dem Bereitstellen des Materials erledigt. Für die Einführung mit Hilfe der Präsentation wird ein Beamer benötigt.

3 Unterrichtssequenz Zeitbedarf: 1 Doppelstunde Organisationsform: Freies Experimentieren in der Physikübung Der Aufbau mit 3 unterschiedlichen Materialien ist denkbar einfach, so dass alle Schüler ein Voltaelement mit einer Spannung von ca. 1V erstellen können. Die serielle Verschaltung mehrerer Voltelemente zur Voltasäule fordert viele Schüler dennoch sehr, führt aber in den meisten Fällen zum Erfolg. Somit können hier Schüler ohne eine dezidierte Anwendung selber eine Batterie bauen und damit sogar eine LED zum Leuchten bringen. Nach diesen einleitenden Forschen können nun Schüler ganz gezielt experimentell gefordert werden. Im folgenden sollen einige dieser Fragen aufgelistet werden: 1. Wie kann ich die LED dauerhaft heller leuchten lassen?1 2. Wie wirken sich andere Säuren aus? 3. Welche Leistung, bzw. Stromstärke liefern die Zellen? 4. Welche Metalle können noch verwendet werden? 5. Leuchten alle LEDs (unterschiedliche Farben) gleich bezüglich Spannung und Stromstärke?2 6. Gibt es weiter sensible Spannungsdetektoren?3 7. Tatsächlich ergeben sich hier zahlreiche Fragestellungen, die die Schülerinnen und Schüler nicht nur selbstständig entwickeln und formulieren, sondern tatsächlich auch leicht experimentell überprüfen können. Alles in allem zeigt sich trotz des auf den ersten Blick zu einfach erscheinenden Geschehens innerhalb einer Voltasäule, dass bei geeigneter Fragestellung das Experiment auch in der Mittelstufe Schüler zu einem lebendigen Experimentieren motivieren kann. Möglichkeiten zur Evaluation/Leistungsmessung Im Sinne unsere HoriZONTec-Grundgedankens die Motivation für HighTech zu wecken und Begeisterung für experimentelles Tun zu erhalten, schien es uns in diesem Fall nicht sinnvoll hauptsächlich praktisches Arbeiten durch einen schriftlichen Test von Fachwissen abzuprüfen. Dennoch ergaben sich schon im Rahmen der Unterrichtseinheit zahlreiche Möglichkeiten der Qualitätskontrolle und Binnendifferenzierung, die im Folgenden beschrieben werden sollen. Der experimentelle Charakter der Unterrichtseinheit, wie sie von uns geplant wurde, bietet immer wieder Kontrollmöglichkeiten für Schülerinnen und Schüler, um den Erfolg ihrer Arbeiten anhand von Beobachtungen verifizieren zu können Es muss mit einer Parallelschaltung gearbeitet werden, da der Innenwiderstand der Batterie zu hoch wird. Vorgriff auf die 9. Klasse und der Photonenenergie. Man kann auch Kopfhörer verwenden und damit Signale übertragen Morsen

4 Liste der Unterrichtsmaterialien Material 1 Präsentation (siehe Anhang)

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