Download Vito Tagliente (Hrsg.) Jessica Lang 6 Motivationsideen Frustfach ade Motivationskoffer Physik Downloadauszug aus dem Originaltitel: m V. Tagliente (Hg.) / J. Lang Frustfach ade! Motivationskoffer P Frustfach ade! Motivationskoffer Physik Sekundarstufe I Vito Tagliente (Hg.) / Jessica Lang Konkrete, originelle und schnell einsetzbare Ideen zu den Kernthemen des Lehrplans
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Unser Elektromagnet Die Drahtenden werden je an einem Batteriepol befestigt. Fertig ist der Elektromagnet. 20 min produktorientiertes Lernen Eisennagel, Draht (z. B. Klingeldraht), Blockbatterie (4,5 V), kleine Metallteile (z. B. kleine Nägel oder Büroklammern) pro Schüler Die Schüler bauen einen Elektromagneten. Lusttyp, Ablenkungstyp, Stresstyp Jeder Schüler erhält sein Material. Die Isolationen der Drahtenden werden entfernt. Der Nagel wird mit dem Draht umwickelt, Nagelkopf und Nagelspitze werden dabei ausgespart. Achtung, die Wickelrichtung darf hierbei nicht geändert werden. Erklärung: Der mit Draht umwickelte Nagel ist eine Spule mit Eisenkern. Durch den Stromfluss in der Spule entsteht ein Magnetfeld, das durch den Eisenkern verstärkt wird, da Eisen magnetisierbar ist. Achtung: Der Draht sollte nicht länger als 1 min an der Batterie angeschlossen sein, da die Drahtenden sonst zu heiß werden! 1
Elektromagnetische Induktion 35 min erlebnisorientiertes Lernen keines Die Schüler erfinden ein theaterpädagogisches Modell zur Nachstellung der elektromagnetischen Induktion durch Magnetfeldänderung. Angsttyp, Lusttyp, Hilfetyp Der Lehrer erklärt, dass gemeinsam der Ablauf einer elektromagnetischen Induktion durch Magnetfeldänderung dargestellt werden soll. Die Bestandteile der elektromagnetischen Induktion durch Magnetfeldänderung werden wiederholt: ein sich bewegender Magnet, eine Spule und deren Elektronen. Die Klasse wird in Gruppen à ca. zehn Schüler eingeteilt. Jede Gruppe versucht, ein passendes Modell nachzustellen. Gefundene Modelle werden vor der Klasse vorgestellt. Beispielsweise könnte der Schüler-Magnet in der Mitte von zwei sich an den Händen haltenden Schülern stehen. Um alle drei herum steht ein weiterer Kreis aus Schülern, welche die Elektronen darstellen. Sobald der Schüler-Magnet sich abwechselnd streckt und in die Hocke geht, beginnen die Elektronen, im Kreis zu laufen. 2
Diese völlig freie Variante ist nur zu empfehlen, wenn die Klasse bereits einige Erfahrungen mit dem Nachstellen physikalischer Sachverhalte hat. Andernfalls sollten die Vorgaben durch den Lehrer expliziter sein oder gar gemeinsam ein Modell entworfen werden. Hierbei kann der Lehrer beispielsweise vorgeben, wer welche Rolle besetzt, und eine geeignete Anordnung finden lassen oder auch diese vorgeben und die Schüler lediglich überlegen lassen, wie sie mittels dieser Anordnung den Prozess verdeutlichen können. 3
Fallende Kugel 5 min Experiment Kupferrohr, Kugelmagnet (dieser muss durch das Rohr hindurchpassen) Die Schüler sehen die Lenz sche Regel. Angsttyp, Lusttyp, Hilfetyp Der Lehrer fragt, was passieren wird, wenn der Kugelmagnet durch das Rohr fallen gelassen wird. Die Schüler äußern ihre Vermutungen. Der Versuch wird durchgeführt. Der Magnet wird sehr langsam am Rand des Rohres entlang nach unten taumeln. Gemeinsam wird diesem Phänomen im Laufe der Stunde auf die Spur gegangen. Hierbei sind folgende Elemente zentral: Induktion durch Magnetfeldänderung, Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters und die damit zusammenhängende Lorentzkraft. Die Erklärung: Durch das Fallen ändert sich das induzierte Magnetfeld des Rohres ständig. Da das Kupferrohr leitfähig ist, wird durch die Magnetfeldänderung eine Spannung induziert, welche einen elektrischen Strom fließen lässt. Das Rohr wird also zum stromdurchflossenen Leiter und erzeugt selbst ein Magnetfeld. Dieses ist dem des Magneten entgegen gerichtet und bremst nach der Lenz schen Regel die Ursache der Induktion, nämlich das Fallen des Magneten, ab. Dies entspricht dem Prinzip einer Wirbelstrombremse. 4
Das Themengebiet der Induktion sollte den Schülern bereits bekannt sein. Unipolarmotor 30 min produktorientiertes Lernen Batterie (1,5 V), Neodym-Magnet, Kupferdraht, Zange pro Gruppe Die Schüler erstellen einen Unipolarmotor. Lusttyp, Langeweiletyp Die Schüler bilden Gruppen zu je zwei bis drei Schülern. Der Neodym-Magnet wird am Minuspol der Batterie angebracht. Der Kupferdraht wird nach Vorlage gebogen. (Abbildung links) Der Draht wird so auf die Kombination aus Batterie und Magnet gesetzt, dass der Knick auf dem freien Batteriepol aufliegt und die beiden offenen Enden des Drahtes an dem Neodym-Magneten schleifen. Das Drahtgebilde beginnt sich zu drehen. 5
Erklärung: Durch den Draht wird in der Batterie ein Kurzschluss erzeugt, sodass hohe Ströme durch den Draht und den Magneten fließen. Dabei bewegen die Elektronen sich durch das Magnetfeld des Neodym-Magneten. Dadurch entsteht die Lorentzkraft, welche wiederum die Rotation hervorruft. Es können auch andere Formen gebogen werden. Wichtig ist, dass eine Spitze auf einem Batteriepol aufliegt und die beiden Drahtenden leicht an dem Magneten schleifen. Generator-Video 2 3 45 min produktorientiertes Lernen Generatormodell, Digitalkamera pro Gruppe Die Schüler erkennen die einzelnen Schritte, die zur Erklärung des Generatorprinzips notwendig sind, und können diese verständlich beschreiben. Angsttyp, Lusttyp, Ablenkungstyp Die Klasse wird in Dreiergruppen (maximal Vierergruppen) eingeteilt. Jede Gruppe erhält ein Generatormodell und eine Digitalkamera und die Schüler beginnen sich zu überlegen, wie sie in einem Video besonders einfach und vollständig das Generatorprinzip erklären können. 6
Die entstandenen Videos werden gemeinsam angesehen und eventuelle Fehler in den Erklärungen werden besprochen. Hierbei muss der Lehrer sensibel vorgehen, da die Arbeit dennoch gewürdigt werden muss. Gelungene Sequenzen sollten selbstverständlich betont werden. Statt eines Modells kann auch eine Animation und statt einer Digitalkamera auch eine Handykamera verwendet werden. Zur Vermeidung von Fehlern kann auch zunächst ein Skript erstellt und zur Kontrolle gegeben werden. Schwache Gruppen könnten zusätzlich Satzanfänge erhalten. Prinzipiell bietet sich das Erstellen eines eigenen Videos mithilfe eines Modells auch bei der Unterscheidung zum Dynamo und bei verschiedenen Motorarten an. Transformatoren- Rechenkönig 20 min motivierendes Üben keines Die Schüler trainieren die verschiedenen Rechnungen am Transformator. Lusttyp, Langeweiletyp, Stresstyp 7
Der Lehrer erklärt, dass ein Rechenwettbewerb stattfindet. Hierbei treten immer zwei Schüler gegeneinander an. Ziel ist es, schneller als der andere die gesuchte Angabe (Windungszahl 1, Windungszahl 2, Spannung 1, Spannung 2, Stromstärke 1, Stromstärke 2) zu berechnen. Die benötigten Formeln werden gemeinsam wiederholt und je nach Leistungsstärke der Klasse für alle sichtbar festgehalten. Alle stehen auf und stellen sich in zwei Reihen nebeneinander auf. Immer drei Angaben werden gleichzeitig präsentiert und die beiden Kandidaten versuchen, die fehlende Angabe schneller als der Gegner zu berechnen. Wer die vermeintliche Lösung kennt, ruft das Ergebnis laut in den Raum. Ist es falsch, hat der Gegner eine Chance. Sollten beide Ergebnisse falsch sein, so bekommt ein bereits Ausgeschiedener die Möglichkeit, sich zurück ins Spiel zu rechnen, oder der Lehrer bestimmt ein neues Schülerpaar, welches dieselben Aufgaben zu lösen hat. So ist gewährleistet, dass auch die anderen Schüler die Aufgaben mitrechnen. Ein richtiges Ergebnis führt dazu, dass man sich wieder hinten anstellt, ein falsches Ergebnis führt zum Ausscheiden und man setzt sich wieder auf den Platz. Der letzte Schüler, der noch steht, hat gewonnen. Möglich ist auch, dass sich alle Schüler hinstellen und sich nur derjenige setzen darf, der das Ergebnis richtig hat. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass jeder einmal richtig gerechnet hat, allerdings gibt es bei dieser Variante keinen Sieger, und man muss sehr sensibel mit den letzten Stehenden umgehen. 8
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