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Erwerb naturwissenschaftlicher
Kompetenzen durch das
Experimentieren am Beispiel
akustischer Phänomene
Silke Mikelskis-Seifert & Klaus Wiebel
Eine Begriffsklärung zum
Experimentieren
„Experiment, dass: …,
1.Wissenschaftlicher Versuch, durch den etwas entdeckt, bestätigt oder
gezeigt werden soll.
2. [gewagter] Versuch, Wagnis; gewagtes, unsicheres Unternehmen;
Unternehmen, von dem man noch nicht weiß, wie es ausgehen wird,
ob gut oder schlecht, …“)
(DUDEN: Das große Fremdwörterbuch. Mannheim, 1994.)
Gliederung
Expe-rimentelle
Erfahrungen
Physik und Musik in der Grundschule
Experimentieren in der Grundschule
3)
2)
1)
Gliederung
Expe-rimentelle
Erfahrungen
Physik und Musik in der Grundschule
Experimentieren in der Grundschule1)
Experimentieren in der Grundschule
"Die Kunst des Lehrens besteht darin, die
natürliche Neugier junger Menschen zu
wecken, um sie dann stillen zu können."
Anatole France (frz. Schriftsteller)
„Ich höre etwas und ich vergesse es.
Ich sehe etwas, und ich merke es mir.
Ich tue etwas und ich verstehe es.“
(Mcugzi)
Ziele des Experimentierens in der
Grundschule
1) Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz bei den Kindern
• Begriffe
• Konzepte
• …
Kenntnisse
• Beobachten
• Messen
• Vergleichen
• …
Arbeitsweisen
Erwerb naturwissenschaftlicher Kompetenz – die
Stufen-Skala
• Vorkenntnisse erfassen, Texte und Bilder deuten
• geeignete Versuche planen
• Ideen festhalten
• Vermutungen anstellen (Hypothesen formulieren)
1) Probleme erkennen und begreifen
• beobachten
• mit Materialien, Geräten, Werkzeugen umgehen
• messen
• probieren, versuchen
• Ergebnisse festhalten und darstellen
• Ergebnisse auswerten, verarbeiten (zeichnen, rechnen)
2) Tatsachen und Ergebnisse
zusammentragen
• klassifizieren
• Beispiele und Beziehungen finden
• Deutungen versuchen
• Einfache Schlussfolgerungen anstellen
3) Ergebnisse interpretieren
• Erkenntnisse auf andere Probleme übertragen
• Anschlussprobleme lösen
• Nützlichkeit technischer Anwendungen finden
4) Schlussfolgerungen übertragen
Ziele des Experimentierens in der
Grundschule
Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz bei den Kindern
Neugierde wecken und das Interesse wach halten bzw. fördern
Was beim Experimentieren in der
Grundschule zu beachten ist?
1) Experimente nicht aus Parallelen zur Wissenschaft ableiten
Vielmehr: Beachten der Perspektive der Lernenden, deren Bedürfnisse
sowie der zu vermittelnden Lerninhalte
2) Vorrang den Schülerexperimenten geben:
• hierbei ist eine angemessene Einbettung – eine gute Vor- und
Nachbereitung – wichtig
• Schülerexperimente sind nicht per se lernförderlich (siehe aktuelle
Ergebnisse von Studien zum Experimentieren)
3) Einsatz von Alltagsmaterialien
Was beim Experimentieren in der
Grundschule zu beachten ist?
3) Einsatz von Alltagsmaterialien
Bitte für übermorgen
78 Dosen Margarine
leeressen!
Was beim Experimentieren in der
Grundschule zu beachten ist?
3) Einsatz von Alltagsmaterialien
4) Differenziertes Experimentieren
in Kleingruppen
Es gibt überhaupt keinen
vernünftigen Grund, warum alle
Kinder zur gleichen Zeit das
gleiche Experiment machen
sollten
Rahmenbedingungen für das
Experimentieren in der Grundschule
These 1:
Mit unserer traditionell vornehmlich frontalen oder zumindest
zentralen Unterrichtsführung wird der Experimentalunterricht
wahrscheinlich niemals in guten Einklang zu bringen sein.
These 2:
„Wo nicht die freie Aktivität zum Grundprinzip jeglicher Organisation
gemacht wird, da bedarf es einer besonderen Disziplin. Sie hat die
Funktion, das Kind zu etwas zu zwingen, was es nicht tun will und
gleichzeitig das zu unterdrücken, was es gern täte.
(Celestin Freinet)
Rahmenbedingungen für das
Experimentieren in der Grundschule
2 Kardinalsfehler:
1. Experimentieren im Gleichschritt, bei dem alle
Kinder gleichzeitig Gleiches tun müssen.
2. Einsatz viel zu aufwendiger und zu teurer
Materialien.
Rahmenbedingungen für das
Experimentieren in der Grundschule
Gliederung
Expe-rimentelle
Erfahrungen
Physik und Musik in der Grundschule
Experimentieren in der Grundschule
2)
Eintauchen in die physikalische Welt der
Töne, Klänge und Geräusche
Skalentransformationen
Methode des Skalieren am Beispiel von
Gullivers Reisen in das Liliputanerland
Manfred Euler
Methode des Skalierens
Untersuchung der
StoffwechselintensitätUntersuchung
des Knochenbaus
Untersuchung
zum Sehen
Untersuchung
zum Hören
Untersuchung
zum Sprechen
Idee des
Vergrößern und
Verkleinern
Projekt: Sprechen
Im bekannten Märchen „Gullivers Reisen“ von Jonathan Swift gelangt
Gulliver auf einer seiner Reisen in das Land Lilliput. Dort leben Zwerge, die
an Gestalt dem Menschen vollkommen ähnlich nur um den Faktor 12 kleiner
sind. Gulliver behauptet er habe die Sprache der Lilliputaner erlernt.
Ist dies jedoch überhaupt möglich?
Manfred Euler
Infraschall Schall Ultraschall
Hinsichtlich Infraschalls ist das
menschliche Ohr nahezu
unempfindlich.
Tiere, wie zum Beispiel
Elefanten, Giraffen und Blauwale,
sind in der Lage, Schall in einem
Teil dieses Frequenzspektrums
wahrzunehmen.
Sie nutzen diese Laute wahr-
scheinlich auch zur Kommunikation.
Einstimmung in akustische Phänomene
…. 16 – 20.000 Hertz ….
Hinsichtlich Infraschalls ist das
menschliche Ohr nahezu
unempfindlich.
Tiere, wie zum Beispiel
Elefanten, Giraffen und Blauwale,
sind in der Lage, Schall in einem
Teil dieses Frequenzspektrums
wahrzunehmen.
Sie nutzen diese Laute wahr-
scheinlich auch zur Kommunikation.
Oberhalb des menschlichen
Wahrnehmungsvermögen wird als
Ultraschall bezeichnet.
Ultraschall findet in der Technik und
Medizin diverse Anwendungen: wie
zum Beispiel Echolot, Sonar
Tiefenmessung und Meeresboden-
untersuchung aus Wasser- und
Unterwasserfahrzeugen heraus
…. 16 – 20.000 Hertz ….
Einstimmung in akustische Phänomene
Infraschall Schall Ultraschall
Echolotsystem
Die Fledermäuse nutzen die Echoortung zur Orientierung.
Dabei stoßen sie kurze Schreie im Ultraschallbereich aus und empfangen die reflektierten Echos.
Dadurch sind sie in der Lage, sich auch in völliger Dunkelheit zu orientieren.
Das Echolotsystem ist so genau, dass Fledermäuse damit fliegende Insekten in der Luft orten und
jagen können. Interessanterweise verändern Fledermäuse zur präziseren Ortung beim Schrei die
Tonhöhe und stoßen beim Jagen andere Schreie aus als beim Suchen.
Definition: Schallwelle
Schallwelle:
Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen.
Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus
Dichteschwankungen des Mediums.
Definition: Schallwelle
Schallwelle:
Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen.
Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus
Dichteschwankungen des Mediums.
Ursache für die Entstehung von Schallwellen:
Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungs-
fähige Systeme
Definition: Schallwelle
Schall entsteht durch Körper, die
ausreichend schnell schwingen. Man
bezeichnet diese als Schallquellen.
Definition: Schallwelle
Schallwelle:
Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen.
Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen
des Mediums.
Ursache für die Entstehung von Schallwellen:
Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige
Systeme
Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen:
1) Vorhandensein von Gasen: Gase bestehen aus Teilchen, die ständig
aneinanderstoßen.
Weiterleitung des Schalls von Teilchen zu Teilchen
Definition: Schallwelle
Schallwelle:
Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen.
Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen
des Mediums.
Ursache für die Entstehung von Schallwellen:
Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige
Systeme
Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen:
1) Vorhandensein von Gasen
2) Vorhandensein von Flüssigkeiten: Flüssigkeiten bestehen Teilchen, die durch
Kohäsionskräfte „verbunden“ sind.
Weiterleitung des Schalls von Teilchen zu Teilchen
Definition: Schallwelle
Schallwelle:
Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen.
Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen
des Mediums.
Ursache für die Entstehung von Schallwellen:
Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige
Systeme
Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen:
1) Vorhandensein von Gasen
2) Vorhandensein von Flüssigkeiten
3) Vorhandensein von festen Körpern: Festkörper bestehen Teilchen, die durch
Kräfte in einer Gitterstruktur „verbunden“ sind.
Weiterleitung des Schalls von Teilchen zu Teilchen
Definition: Schallwelle
Schallwelle:
Schallwellen sind mechanische Longitudinalwellen.
Sie bestehen aus Verdichtungen und Verdünnungen, aus Dichteschwankungen
des Mediums.
Ursache für die Entstehung von Schallwellen:
Mechanische Erregung durch Schallquellen, durch schwingungsfähige
Systeme
Voraussetzung für die Entstehung von Schallwellen:
1) Vorhandensein von Gasen
2) Vorhandensein von Flüssigkeiten
3) Vorhandensein von festen Körpern
Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr?
Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr?
In gasförmigen Körpern:
Gase bestehen aus sehr vielen Teilchen, die ständig
aneinanderstoßen.
Modell:
Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr?
In gasförmigen Körpern:
Gase bestehen aus sehr vielen Teilchen, die ständig
aneinanderstoßen.
Beim Hinschwingen werden die unmittelbar benachbarten
Luftteilchen derart in Bewegung versetzt, dass eine Luftverdichtung
entsteht.
Beim Rückschwingen entsteht eine Luftverdünnung, da die
zunächst nach vorn gestoßenen Teilchen wieder zurückschwingen.
Frage: Wie gelangt der Schall an unser Ohr?
In gasförmigen Körpern:
Wenn eine Schallquelle schwingt, erzeugt sie in der Umgebung
Luftverdichtungen und Luftverdünnungen.
Diese Luftverdichtungen und –verdünnungen breiten sich durch die
Stöße der Teilchen untereinander aus.
Die Teilchen geben zwar die Stöße an ihre Nachbarteilchen weiter,
kehren anschließend jedoch in ihre Ruhelage zurück.
Verdichtungen und Verdünnungen wandern durch den Raum.
Analoges gilt für Flüssigkeiten und feste Körper!
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Physik und Musik in der Grundschule
Experimentieren in der Grundschule
3)