Brücken und was sie stabil macht

Transkript

1 Brücken und was sie stabil macht Eine Einführung in die KiNT-Unterrichtsmaterialien Ralph Schumacher

2 Übersicht über die Unterrichtsthemen Wie Menschen früher Brücken gebaut haben (2. / 3. Schuljahr) Von der Balkenbrücke zur Fachwerkbrücke (3. / 4. Schuljahr) Brücken mit grossen Spannweiten: Hängebrücken (3. / 4. Schuljahr) Ein Brückenwettbewerb (3. / 4. Schuljahr)

3

4 Warum naturwissenschaftlicher Unterricht in der Primarschule? Interessensentwicklung Lernmotivation / Fähigkeitsselbstkonzept (Kompetenzerleben) Aufbau von Begriffswissen: Intelligentes Wissen als Lernziel Vermeidung von Misskonzepten / Fehlvorstellungen Vorbereitung wissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen

5 Umgestaltung des Begriffswissens: Von Oberflächenmerkmalen zu abstrakten Merkmalen

6 Warum naturwissenschaftlicher Unterricht in der Primarschule? Interessensentwicklung Lernmotivation / Fähigkeitsselbstkonzept (Kompetenzerleben) Aufbau von Begriffswissen Vermeidung von Misskonzepten / Fehlvorstellungen Vorbereitung wissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen

7 1) Fragestellung formulieren 2) Hypothesen aufstellen 3) Versuch darstellen 4) Beobachtungen beschreiben 5) Versuch interpretieren und ggf. Hypothesen revidieren

8 Lernen aus konstruktivistischer Sicht Lernen als aktiver und konstruktiver Prozess Lernen als Verändern von Präkonzepten Anschlussfähige und nicht-anschlussfähige Schülervorstellungen Kognitiv aktivierende Lernformen Lernerfolge diagnostizieren

9 Schülervorstellungen

10

11

12

13

14 Ziele beim Lernen naturwissenschaftlicher Themen in der Primarschule Freude am Nachdenken über Phänomene aus Natur und Technik Selbstvertrauen entwickeln, etwas herausfinden und verstehen zu können die Bereitschaft entwickeln, sich auf forschendes Lernen einzulassen und Herausforderungen im Denken anzunehmen die Fähigkeit entwickeln, über naturwissenschaftlich-technische Fragen zu kommunizieren beginnen, ein Verständnis von wissenschaftlichem Arbeiten und von Experimenten aufzubauen

15 Unterricht gestalten: Das Verändern von Präkonzepten unterstützen Erklärungen von Phänomenen selber entwickeln Eigene Ideen / Vermutungen formulieren und prüfen Erklärungen begründen und Experimente entwickeln Wichtigkeit von Fehlern als Zwischenstufen auf dem Weg zur richtigen Erklärung Den eigenen Lernprozess reflektieren Erklärungen auf mehrere Phänomene übertragen

16 Gesprächsführung im Unterricht Sinnliche Wahrnehmung unterstützen: Kannst Du sehen, was passiert, wenn Du das Glas unter Wasser drückst? Was spürst Du, wenn Du den Luftballon in der Flasche aufblasen willst?

17 Gesprächsführung im Unterricht Erklärungen einfordern: Wie kommt es, dass wir einen Widerstand spüren, wenn wir mit der Pappe laufen? Wie kommt es, dass sich die Windmühlenflügel drehen, wenn der Wind weht?

18 Gesprächsführung im Unterricht Widersprüche herausstellen: Du sagst, Luft wiegt nichts. Urs hat gesagt, Luft ist auch ein bisschen schwer, auch wenn man das gar nicht spürt. Wie können wir das überprüfen?

19 Gesprächsführung im Unterricht Übertragung anregen: Hast Du schon einmal woanders gesehen, dass erwärmte Luft etwas in Bewegung versetzt? Warum haben Rennautos ein solches Aussehen?

20 Gesprächsführung im Unterricht Beweise einfordern: Stimmt es, dass ein Vakuum Lebensmittel haltbarer macht? Oder ist das nur ein Versprechen der Werbung? Wie könnten wir das überprüfen?

21 Gesprächsführung im Unterricht Erkennen von Zusammenhängen und Regeln anregen: Wenn die Luft in der Flasche erwärmt wird, dann (braucht sie mehr Platz als vorher.)

22 Gesprächsführung im Unterricht Ideen hervorheben: Sabine hat da gerade eine ganz neue Idee. Sie sagt, dass die Luft nun (nach dem Abpumpen mit der Vakuumpumpe) nicht mehr so stark drücken kann wie vorher. Was meint Ihr dazu?

23 Gesprächsführung im Unterricht Grenzen von Vorstellungen aufzeigen: Du sagst, dass das Glas leer ist. Warum kann denn dann kein Wasser in das Glas laufen, wenn ich es unter Wasser drücke? Du sagst, dass die Luft nichts ist. Worauf liegen wir denn bei einer Luftmatratze?

24

25 KiNT-Unterrichtsmaterialien Luft und Luftdruck Schall was ist das? Schwimmen und Sinken Brücken und was sie stabil macht

26 Fragen zur geplanten Studie Was wird untersucht? 1) Aufbau von Wissen 2) Erwerb von Kompetenzen 3) Interessensentwicklung 4) Lernmotivation

27 Fragen zur geplanten Studie Was gemessen? nur Grössen, die durch optimierten Unterricht beeinflusst werden können Wer leitet diese Studie? 1) Prof. Dr. Elsbeth Stern 2) Dr. Ralph Schumacher

28 Fragen zur geplanten Studie Was ist eine Längsschnittstudie, und wie sieht die von uns geplante Studie aus? Welche Unterrichtsmaterialien werden in der Primarschule eingesetzt? Wodurch zeichnen sich diese Unterrichtsmaterialien aus?

29 Fragen zur geplanten Studie Welche Effekte werden erwartet? Welches Ziel hat diese Studie?

30

31

32

33 Übersicht über die Unterrichtsthemen Wie Menschen früher Brücken gebaut haben (2. / 3. Schuljahr) Von der Balkenbrücke zur Fachwerkbrücke (3. / 4. Schuljahr) Brücken mit grossen Spannweiten: Hängebrücken (3. / 4. Schuljahr) Ein Brückenwettbewerb (3. / 4. Schuljahr)

34 1. Unterrichtseinheit: Wie Menschen früher Brücken gebaut haben (2. und 3. Schuljahr) Sequenz 1: Einstieg / Wie sind die Menschen früher über einen Fluss gekommen? (möglich bereits im 1. Schuljahr) Sequenz 2: Eine Brücke ohne Stütze die Kragbogenbrücke (möglich bereits im 1. Schuljahr) Sequenz 3: Der Zauberkarton (möglich bereits im 1. Schuljahr) Sequenz 4: So haben die Römer früher Bogenbrücken gebaut (möglich bereits im 1. Schuljahr) Sequenz 5: Wir machen die Bogenbrücke stabiler Sequenz 6: Die Leonardobrücke eine Brücke ohne Nägel und Schrauben

35 Lernziele Die Kinder lernen: dass eine Entfernung durch Auskragung überbrückt werden kann und dass Gegengewichte dabei für das Herstellen von Gleichgewicht verantwortlich sind wie eine römische Bogenbrücke aussieht dass ein Lehrgerüst zum Errichten einer echten Bogenbrücke erforderlich ist und dass der fertig gestellte Bogen auch ohne das Lehrgerüst stabil stehen bleibt welche Kräfte in einer Bogenbrücke wirken wie man durch geschicktes Ineinander-Stecken eine stabile Bogenbrücke bauen kann (Leonardo-Brücke).

36

37

38

39 Sequenz 1: Wie sind die Menschen früher über einen Fluss gekommen? 1) Brückensteckbrief 2) Konstruktionsaufgabe: Bau einer Brücke aus 7 Bausteinen

40

41

42

43

44

45

46 Sequenz 2: Eine Brücke ohne Stützen die Kragbogenbrücke Konstruktionsaufgabe 1: Bau einer Kragbogenbrücke aus 5 Bausteinen

47

48 Sequenz 2: Eine Brücke ohne Stützen die Kragbogenbrücke Konstruktionsaufgabe 2: Bau einer Kragbogenbrücke aus 7 Bausteinen

49

50

51

52

53 Sequenz 3: Der Zauberkarton

54

55

56

57

58 Sequenz 4: So haben die Römer früher Bogenbrücken gebaut Konstruktionsaufgabe: Bau einer Bogenbrücke

59

60

61

62

63 Sequenz 5: Wir machen die Bogenbrücken stabiler 1) Konstruktionsaufgabe: Mache die Bogenbrücke möglichst stabil 2) Demonstrationsversuch: Was passiert mit dem Untergrund unter dem Bogen?

64

65

66

67

68

69

70

71

72 Sequenz 6: Die Leonardobrücke eine Brücke ohne Schrauben und Nägel 1) Konstruktionsaufgabe: Bau einer Leonardobrücke aus 8 langen und 5 kurzen Leisten 2) Demonstrationsversuch: Welche Kräfte wirken bei der Leonardobrücke?

73

74

75

76

77 2. Unterrichtseinheit: Von der Balkenbrücke zur Fachwerkbrücke (3. und 4. Schuljahr) Sequenz 7: Was passiert, wenn eine Balkenbrücke belastet wird? Sequenz 8: Wie kann man eine flache Fahrbahn stabiler machen? Sequenz 9: Was macht Fachwerkbrücken stabil? Sequenz 10: Mit dem stabilen Dreieck bauen

78 Lernziele Die Kinder lernen: welche Kräfte in einer Balkenbrücke wirken wie man die Belastbarkeit einfacher Balkenbrücken durch Profilierung vergrössern kann welche Funktion Seitenkanten an einer Balkenbrücke haben welchen Vorteil Fachwerkbrücken im Vergleich zu Balkenbrücken haben welche Funktion das stabile Dreieck in Fachwerkkonstruktionen hat.

79 Sequenz 7: Was passiert, wenn eine Balkenbrücke belastet wird? 1) Versuch zum Testen der Belastbarkeit verschieden dicker Fahrbahnen 2) Demonstrationsversuch: Wirkende Kräfte in einer Balkenbrücke 3) Selbstversuch zu wirkenden Druck- und Zugkräften: Verschränkte Hände

80

81

82

83

84

85

86

87

88 Sequenz 8: Wie kann man eine flache Fahrbahn stabiler machen? 1) Konstruktionsaufgabe: Bau einer stabilen Balkenbrücke aus Papier 2) Demonstrationsversuch: Belastbarkeit von Fahrbahnen mit unterschiedlicher Seitenhöhe

89

90 Konstruktionsaufgabe: Bau einer stabilen Balkenbrücke aus Papier

91

92 Demonstrationsversuch: Belastbarkeit von Fahrbahnen mit unterschiedlicher Seitenhöhe

93

94

95 Sequenz 9: Was macht Fachwerkbrücken stabil? 1) Demonstrationsversuch: Wodurch ein Fachwerk stabil wird 2) Konstruktionsaufgabe: Bau einer Fachwerkbrücke

96

97

98

99

100

101

102 Sequenz 10: Mit dem stabilen Dreieck bauen Konstruktionsaufgabe: Bau eines stabilen Turms

103

104

105

106

107 3. Unterrichtseinheit: Brücken mit grossen Spannweiten: Hängebrücken (3. und 4. Schuljahr) Sequenz 11: Eine Hängebrücke erfinden Sequenz 12: Die Belastbarkeit einer Hängebrücke mit der einer Balkenbrücke vergleichen Entwickeln eines fairen Experiments Sequenz 13: Die Hängebrücke als Königin der Brücken

108 Lernziele Die Kinder lernen: wie eine Hängebrücke konstruiert ist welche Kräfte bei Hängebrücken auftreten ein Experiment zu entwickeln, mit dem sich eine Hängebrücke im Hinblick auf die Belastbarkeit mit einer Balkenbrücke vergleichen lässt wie die berühmteste Hängebrücke der Welt gebaut ist (die Golden Gate Bridge).

109

110 Sequenz 11: Eine Hängebrücke erfinden 1) Konstruktionsaufgabe: Eine Hängebrücke erfinden 2) Demonstrationsversuch: Druck- und Zugkräfte bei der Hängebrücke

111

112

113

114

115 Sequenz 12: Die Belastbarkeit einer Hängebrücke mit der einer Balkenbrücke vergleichen Konstruktionsaufgabe ein fairer Versuch: Die Belastbarkeit der Hängebrücke mit der einer Balkenbrücke vergleichen