Arbeitsblatt: Wasser trägt

1. Unterrichtszusammenhang Thema der Unterrichtsreihe: Wasser kann tragen (Schwimmen und Sinken) Ziel der Unterrichtsreihe: Die Schüler sollen handlungsorientiert Erkenntnisse über die Tragfähigkeit von Wasser erlangen. Thema der Unterrichtsstunde: Wasser trägt einzelne Gegenstände Übersicht über die Unterrichtsreihe: 1. Einstimmung: Wasserassoziationen (1 Std.) 2. Wasser trägt einzelne Gegenstände (1 Std.) 3. Bau von Schwimmkörpern (2 Std.) 4. Erprobung der Schwimmkörper im Hasselbach (2 Std.) 5. Knete schwimmfähig machen (1 Std.) 6. Erfahrungsaustausch und Festigung der Erkenntnisse zum Thema Tragfähigkeit von Wasser (1 Std.) 2. Lernziele Groblernziel: Die Schüler sollen durch eigene handlungsorientierte Versuche zur Schwimmfähigkeit unterschiedlicher Materialien die Tragfähigkeit von Wasser entdecken. Feinlernziele: Die Schüler sollen 1. selbstständig die Problemstellung der Unterrichtsstunde und somit die Notwendigkeit der Durchführung eines Versuchs erkennen. 2. ihre eigenen Vorerfahrungen zur Tragfähigkeit von Wasser erinnern bzw. äußern. 3. Vermutungen über die Schwimmfähigkeit der Materialien anstellen und diese nach „schwimmt und „sinkt zuordnen. 4. ihre Vermutungen vor der Versuchsdurchführung auf einem Arbeitsblatt fixieren. 5. selbstständig Versuche durchführen, beobachten und auswerten können und dabei die Arbeitsweise eines Versuchs in seiner aufeinander aufbauenden Struktur erfahren. 6. durch die Untersuchung bereitgestellter Materialien herausfinden, welche schwimmen und welche nicht. 7. durch selbsttätiges Handeln in Versuchen erkennen, dass die Schwimmfähigkeit der Gegenstände von der Materialart oder der Form abhängig sein kann (Differenzierung). 8. ihre Erkenntnisse bezüglich der Schwimmfähigkeit der Materialien auf dem Arbeitsblatt festhalten. 9. ihre Vermutungen mit den Ergebnissen aus den Versuchen vergleichen. Erziehungsziele: Die Schüler sollen 10. den Sozialformwechsel selbständig und geordnet vornehmen können. 11. sich gegenseitig zuhören und sich melden. 12. in gemeinsamer Durchführung der Gruppenarbeit die Bereitschaft und Fähigkeit der Zusammenarbeit weiterentwickeln. 13. Spaß an den Aufgaben haben und sich ggf. gegenseitig helfen. Sachanalyse Als Wasser bezeichnet man die chemische Verbindung von Wasserstoff mit Sauerstoff im Verhältnis 2:1. Es ist eine farblose, geruchs und geschmacksneutrale Flüssigkeit, seine chemische Formel lautet H2O. Reines Wasser siedet unter Normaldruck bei 100C, es erstarrt bei 0C und hat bei 4C seine größte Dichte von 1g/cm3. Wasser ist das wichtigste Lösungsmittel, in ihm spalten sich besonders anorganische Stoffe in Ionen. Das in der Natur verbreitete Wasser enthält u. a. Staub, Bakterien, organische Bestandteile, Luft, Kohlendioxid, Salze. Verhältnismäßig rein sind Regen und Schnee (vgl. Grosses Lexikon von AZ 1983, S. 882). Eine wichtige Erscheinung in Wasser ist der Auftrieb, der der Schwerkraft entgegenwirkt. Beim Schwimmen kann man den Auftrieb des Wassers unmittelbar wahrnehmen. Ein Gesetz, das als das Archimedische Prinzip bekannt ist, erklärt, warum einige Gegenstände schwimmen und andere nicht. Dieses Prinzip besagt, dass ein bewegungsloser Körper schwimmt, wenn seine Dichte, d. h. sein Gewicht in Bezug auf sein Volumen, geringer ist als die der Flüssigkeit, in die er getaucht wird. Wasser hat bei 4C seine größte Dichte von 1g/cm3. Daran werden alle anderen Stoffe gemessen. Stoffe, deren Dichte geringer ist als 1, d. h. deren Körper von einem gegebenen Rauminhalt weniger wiegt als das entsprechende Volumen Wasser, schwimmen auf der Wasseroberfläche. Kork z. B. schwimmt, weil ein gegebener Rauminhalt dieses Stoffes weniger wiegt als dasselbe Volumen Wasser. Der schwimmende Körper taucht so tief ein, dass die verdrängte Flüssigkeitsmenge so viel wiegt wie er selbst. Stoffe, die schwerer sind als Wasser, d. h. die mehr als ein ebenso großer Rauminhalt Wasser wiegen, sinken auf den Grund des Wassers. Die aufwärtswirkende Kraft, die auf in Wasser getauchte Körper einwirkt, ist der Auftrieb. Die durch den Auftrieb bewirkte Gewichtsverminderung ist gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeitsmenge. Je nach Größe der Auftriebskraft schwimmt oder sinkt ein Gegenstand im Wasser. Die Auftriebskraft hängt neben dem Material und der Art der Flüssigkeit auch von der Form des Gegenstandes ab. Durch die Form eines Gegenstandes kann trotz höherer Dichte des Materials die Verdrängungsmasse insgesamt leichter sein als Wasser, da die Masse einen Anteil an Luft enthält. Luft ist wesentlich leichter als Wasser. Die Oberflächengröße des Gegenstandes spielt dabei im Hinblick auf den Auftrieb eine wichtige Rolle. Wenn z. B. ein Boot in einen See gesetzt wird, verdrängt es Wasser, um sich selber Platz zu verschaffen. Das Gewicht des Bootes verringert sich entsprechend dem Gewicht des verdrängten Wassers. Darum schwimmt ein Boot, selbst wenn es aus Metall ist. Schwere bzw. nichtschwimmfähige Körper kann man zum 2 Schwimmen bringen, indem man sie mit einem leichteren verbindet (z. B. Schwimmgürtel, Luftinhalt des Schiffskörpers) oder den statischen Auftrieb des Wassers durch geeignete Bewegungen verstärkt (dynamischer Auftrieb, Schwimmen des Menschen, der Landtiere) (vgl. Grosses Lexikon von AZ 1983, S. 51; 735). 5. Didaktischmethodische Vorüberlegungen In den Niedersächsischen Rahmenrichtlinien für den Sachunterricht ist das Thema Wasser für das 3. Schuljahr vorgesehen. Im Lernfeld „Mensch und Natur soll es als verbindliches Thema „Wasser hat Kraft behandelt werden. Im Lernfeld „Mensch und heimatlicher Lebensraum wird es unter dem Thema „Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung als zusätzliches Angebot aufgeführt. Entsprechend seiner fundmentalen Bedeutung für alles Leben steht Wasser aber auch bei weiteren Themen mehr oder weniger im Mittelpunkt (z. B. Pflanzen, Wetter, flüssig – fest, Brandgefahr/Brandbekämpfung) (vgl. NRR 1983 S. 69). Wasser gehört neben Feuer, Erde und Luft zu den vier „Elementen (Westermann 1994, S. 161). Nachdem sich die Schüler schon mit den Elementen Erde und Luft beschäftigt haben, sollen sie sich nun mit Eigenschaften von Wasser auseinandersetzen. Darauf aufbauend wird in einer anschließenden Einheit das Element Feuer thematisiert. Das Thema Wasser enthält vielfältige Aspekte. Der Aspekt „Wasser kann tragen wurde in Bezug auf die Vorgaben der NRR ausgewählt. Aufgrund seiner Relevanz, besonders unter dem ökologischem Aspekt der Wasserverschwendung und verschmutzung, muss das Thema allerdings zu einem späteren Zeitpunkt noch mal aufgegriffen werden, um den Kindern Wasser als kostbares und lebensnotwendiges Element zu verdeutlichen und somit ihr zukünftiges Verhalten zu beeinflussen. Die Einheit kann somit auch als Grundlage für spätere Unterrichtseinheiten dienen. Wasser übt auf Kinder eine Faszination aus, die sich besonders beim Spielen im oder am Wasser zeigt. Sie lassen gerne Boote schwimmen, planschen im Wasser, springen in Pfützen usw. Kinder kommen täglich mit Wasser in Berührung (z. B. trinken, waschen). Sie gehen ganz selbstverständlich mit Wasser um, wissen aber häufig kaum über seine Eigenschaften und vielfältigen Nutzungs und Verwendungsmöglichkeiten bescheid. Durch die Lebenswirklichkeit der Kinder ist das Thema Wasser leicht zugänglich. Seine Bedeutung für die Kinder liegt darin, dass Wasser sie in unterschiedlichen Lebenssituationen zum Entdecken, Erproben und Handeln auffordert (vgl. NRR S. 69). Der Schwerpunkt der Unterrichtsstunde liegt auf dem handelnden Umgang mit der besonderen Eigenschaft des Wassers, bestimmte Gegenstände zu tragen, was in den NRR als verbindliches Thema unter dem Rahmenthema „Wirkung und Nutzung von Kräften aufgeführt wird (vgl. NRR 1983, S. 69). Lehrziele sollen dabei laut NRR sein, dass die Schüler in eigenen Versuchen die Kraftwirkung des bewegten und unbewegten Wassers (Antriebs und Tragfähigkeit), entdecken, beschreiben und die Ergebnisse beim Bau einfacher Modelle erproben sollen. Dabei wird das Bauen von Schwimmkörpern aus verschiedenen Materialien vorgeschlagen (vgl. NRR 1983, S. 69). Dies ist auch Ziel dieser Unterrichtseinheit, wobei sich auf die Tragfähigkeit des Wassers 3 beschränkt wird. Die Antriebsfähigkeit des Wassers wird aber u. U. beim Erproben der Schwimmkörper im freien Gewässer wahrgenommen und thematisiert. Einige Schüler haben sich vielleicht schon gefragt, warum ein Boot trotz seines Gewichts schwimmen kann, sind aber nur zu einer vagen Erklärung gekommen. Die Schüler kennen aus ihrer Lebensumwelt viele Gegenstände und Materialien, die schwimmen, haben sich aber mit großer Wahrscheinlichkeit noch nicht damit auseinandergesetzt, dass die Materialart bzw. die Dichte des Materials ausschlaggebend für die Schwimmfähigkeit ist. Darüber hinaus kennen sie auch die Form von schwimmfähigen Körpern, haben sich aber sicherlich keine Gedanken darüber gemacht, dass dasselbe Material in einer anderen Form nicht schwimmen kann (z. B. Knetgummi) (vgl. Biester 1991, 7681). In diesem Sinne wird mit der Unterrichtseinheit Wasser bewusst in den Mittelpunkt gestellt, um das Besondere an dem Alltäglichen zu entdecken. Die vorliegende Unterrichtsstunde soll dazu beitragenden, durch bewusste Auseinandersetzung mit Wasser eine Eigenschaft dieses Elements zu verdeutlichen und somit die Selbstverständlichkeit im Umgang mit ihm aufzubrechen. Dies hat auch Bedeutung für die Zukunft der Kinder. Da die Schüler laut NRR allmählich zu zielgerichteten und sachgemäßen Auseinandersetzungen und Formen des Lernens angehalten werden sollen (vgl. NRR 1983, S. 12), werden sie in Form von Versuchen verschiedene Materialien auf ihre Schwimmfähigkeit untersuchen. Die Schüler erfahren dabei die aufeinander aufbauende Struktur dieser Arbeitsweise, was auch für zukünftige Versuche in anderen Fächern exemplarisch ist. Durch die Versuche werden die Kinder angeregt, sich selbstständig Sachverhalte zu erschließen, die sie bisher schon wahrgenommen, aber noch nicht in einen Begründungszusammenhang gebracht haben. Die Fragestellung, welche Gegenstände schwimmen oder sinken, ist eindeutig zu beantworten. Bei der Frage nach der Begründung sollen die Kinder nun über die Begründung mit dem absoluten Gewicht, die in den Versuchen widerlegt wird, hinaus andere Erklärungsansätzen suchen. Hierbei kann eine Angleichung neuer Erfahrungen an bereits vorhandene stattfinden. Ziel ist es, den Schülern durch eigentätiges Handeln und Versuchen eine Eigenschaft von Wasser, die Auftriebskraft, näher zu bringen. Die Schüler sollen ggf. entdecken, das die Materialart zur Begründung herangezogen werden kann und auch die Form des Körpers ausschlaggebend für dessen Schwimmfähigkeit ist. Ziel soll es hier nicht sein, eine genaue Untersuchung der mit dem Schwimmen von Gegenständen verbundenen Kräfte Auftrieb und Gewichtskraft –durchzuführen und physikalische Eigenschaften zu erklären, da dies für die Schüler zu schwer sein dürfte (vgl. RRL 1983, S. 69). Nur die korrekte Zuordnung der Gegenstände zu der jeweiligen Eigenschaft „schwimmt und „sinkt sollten alle Schüler am Ende dieser Stunde erreicht haben. Die Ursachen für Schwimmen und Sinken sollen den Schülern nicht explizit erklärt werden. Vielmehr sollen die Kinder diese allein herausfinden, „wobei durch Widersprüche und durch geistige Anstrengungen, diese aufzuheben, das Verstehen entscheidend vorangebracht wird. (Biester 1991, S. 80) Die erworbenen Erkenntnisse sollen dann in den darauffolgenden Stunden durch Bau von Schwimmkörpern und Umformung von Knete umgesetzt und vertieft werden. Der Stundeneinstieg beginnt im Sitzkreis, wo sich die Schüler gegenseitig beim Sprechen anschauen und somit leichter auf Gesprächsbeiträge anderer eingehen können. 4 Mit einer kurzen Geschichte (auf Kassette), visuell unterstützt durch Realmaterialien, die in die Mitte des Sitzkreises gelegt werden, wird auf das Thema der Stunde gelenkt und gleichzeitig ein Gesprächsanlass über die Vorkenntnisse und Vermutungen geboten. Die Geschichte lässt die Notwendigkeit der Durchführung von Versuchen zur Tragfähigkeit von Wasser erkennen, wobei die Realmaterialien gleichzeitig als stummer Impuls dienen, um Vermutungen über den Fortlauf der Stunde anzustellen. Somit ist eine Zieltransparenz der Stunde für die Schüler gegeben. Im Unterrichtsgespräch sollen die Schüler die Problemstellung selber erarbeiten und Vermutungen hinsichtlich der Schwimmfähigkeit der vorliegenden Materialien anstellen, welche durch entsprechende Zuordnung auf zwei verschiedene Tonkartons visualisiert werden. Kommen die Kinder nicht allein auf die Problemstellung oder stellen Vermutungen an, die in eine andere Richtung zielen, werde ich durch Tonkartons mit den Beschriftungen „schwimmt und „sinkt einen stummen Impuls geben. Durch die Vermutungsphase werden die Schüler motiviert, durch eigene Versuche die Vermutungen bzw. unterschiedlichen Meinungen zu überprüfen. Diese Arbeitsweise wird hier gewählt, da die Schüler durch selbsttätiges Handeln unmittelbare Beobachtungen und Erkenntnisse machen können, was die Schüler mehr anspricht als z. B. eine Darbietung durch die Lehrkraft. Durch konkrete Operationen werden Hypothesen bestätigt oder widerlegt. Die Kinder können hierbei die Erfahrung machen, dass durch Versuche Vermutungen in überprüfbares Wissen übergeführt werden können (vgl. NRR 1983, S. 5). Außerdem wird der Unterricht durch die aktive Arbeit aufgelockert und es werden verschiedene Lerneingangskanäle angesprochen. Die Versuche sollen in Gruppenarbeit stattfinden, da ein solches Vorgehen auf Grund höherer Interaktion häufig fruchtbarere Ergebnisse hervorbringt. Versuche in Gruppenarbeit erfordern gemeinsames Arbeiten, gegenseitiges Absprechen sowie Austausch/Sprechen über Vermutungen und Deutungen und Artikulation der Ergebnisse, wodurch das Sozialverhalten und die Ausdrucksfähigkeit gefördert wird. In Bezug auf Davids Aufmerksamkeitsdefizit ist anzunehmen, dass er sich durch die aktive und gemeinsame Arbeit innerhalb der Gruppe besser konzentrieren wird. Treten trotzdem Probleme auf, werde ich mich selbst verstärkt um ihn kümmern. Chris wird während der Unterrichtsstunde durch die pädagogische Hilfskraft unterstützt. Vermutungen und tatsächliche Ergebnisse werden von den Schülern auf einem vorbereiteten Arbeitsblatt durch Ankreuzen festgehalten. Da auf dem Arbeitsblatt die Gegenstände bildlich dargestellt sind und durch das Ankreuzen eine schnelle Fixierung möglich ist, wird für David kein differenziertes Arbeitsblatt erstellt. Chris bekommt ein auf DIN A3 vergrößertes Arbeitsblatt mit deutlich weniger Gegenständen. Die Erarbeitungsphase könnte alternativ auch in Partnerarbeit stattfinden, die ebenfalls das gemeinsame produktive Arbeiten fördert und außerdem die am leichtesten einzurichtende Form des MiteinanderLernens ist. Ich habe mich hier aber in anbetracht der Anzahl der zu beschaffenen Materialien für die Gruppenarbeit entschieden. Eine Differenzierung findet einerseits bezüglich des Lerntempos statt. Eine Gruppe, die schneller fertig ist, kann weitere Gegenstände überprüfen oder mit den vorhandenen Materialien experimentieren. Ob die Schüler nur beobachten, welche Materialien schwimmen und welche sinken, oder darüber hinaus Begründungszusammenhänge suchen, hängt von ihnen ab. Die Materialien sind so ausgewählt, dass die Begründung „alles, was leicht ist, schwimmt einen 5 Widerspruch erfährt und die Kinder anregt, nach anderen Lösungsansätzen zu suchen. Daraus ergibt sich eine qualitative Differenzierung. Zur Besprechung der Ergebnisse kommen die Schüler in einen Sitzhalbkreis vor die Tafel, wo sie die Versuchsergebnisse mit den Vermutungen am Stundenanfang vergleichen. Die Ergebnisse werden zur Sicherung an der Tafel mit Bildkarten dargestellt. Anschließend soll ein Bezug zur Einstiegsgeschichte hergestellt werden, um den vorhergehenden Handlungsanlass noch einmal zu reflektieren und einen Bezug zur Lebenswelt der Kinder herzustellen. Als didaktische Reserve kann durch ein Unterrichtsgespräch eine Überleitung zum nächsten Stundenthema stattfinden. 6 6. Verlaufsplanung Phase LZ Unterrichtsverlauf Arbeits/Sozialform Didaktischmethod. Kommentar Medien Begrüßung 9:40 Einstieg/ Hinführung 9:55 Erarbeitung 10:00 Sicherung 10:15 Begrüßung der Schüler und Vorstellung des Besuches LA spielt Geschichte vor, legt dabei Realmaterialien in die Mitte. Schüler äußern sich spontan zu der 13 Geschichte. Schüler erkennen ggf. die Problemstellung, vermuten, welche Materialien schwimmen/sinken und ordnen sie nach diesen Eigenschaften. Sollten Schüler dies nicht selbständig erfassen, lenkt LA mit gezielten 10 Fragen. Die päd. Mitarbeiterin kümmert sich um die körperbehinderten Kinder, ohne dass Anweisungen gegeben werden müssen. Sitzkreis Cassettenrecorder/ Geschichte Realmaterialien Das Medium Cassette ist ansprechend für die Sch. und führt ggf. zu mehr Aufmerksamkeit. Die Realmaterialien dienen der visuellen Unterstützung und gleichzeitig als stummer Impuls für den Fortlauf der Stunde. Lehrergelenktes Unterrichts Durch die Geschichte erkennen die Schüler gespräch die Notwendig, die Materialien auf ihre Lehrergelenkter Unterricht 4 LA bittet Sch. auf ihre Plätze, plant gemeinsam mit ihnen Schwimmfähigkeit zu überprüfen. das weitere Vorgehen der Std. Schüler erfahren den aufeinander Einzelarbeit Sch. kreuzen ihre Vermutungen auf dem AB an. 58 aufbauenden Ablauf eines Versuchs. LA teilt in dieser Zeit Materialien aus. Gruppenarbeit, 12 schülerzentrierter, 13 Sch. überprüfen die Materialien bezüglich ihrer handlungsorientierter Gruppenarbeit fördert die sozialen Schwimmfähigkeit, halten ihre Ergebnisse auf dem Ab Unterricht Kompetenzen der Sch. fest. Sch. die fertig sind, untersuchen weitere Wasserbehälter, Sch. arbeiten aktiv. Materialien. Gießkannen mit Wasser, Differenzierung durch Bereitstellung weiterer Handtücher, Materialien. Materialien/Gegenstände, AB 10 9 Sch. versammeln sich in einem Sitzhalbkreis vor der Hierbei wird ein Bezug zur Geschichte der Tafel. LA fordert Schüler auf, ihre Ergebnisse mitzuteilen Einstiegsphase hergestellt. Lehrergelenktes Unterrichts und mit ihren Vermutungen zu vergleichen sowie mögl. Gespräch Begründungszusammenhänge können ggf. 7 Begründungszusammenhänge zu äußern. LA gibt ggf. Hilfestellung durch gezielte Fragen. Ergebnisse werden zur Sicherung an der Tafel festgehalten. Abschluss Sitzhalbkreis noch einmal überprüft werden. Tafel, Bildkarten Li bittet die Gegenstände abzugeben und die Plätze aufzuräumen und schließt damit den Unterricht. 8 7. Literatur Biester, Wolfgang: Denken über Natur und Technik. Klinkhardt, Bad Heilbrunn 1991 Fliegl, Horst, Schwarz, Ursula: Sachunterricht kreativ unterrichten. Oldenbourg Schulbuchverlag GmbH, München 1998 Grosses Lexikon von AZ. Compact Verlag München. Sonderausgabe 1983 Lollipop SprachSachBuch für das 3. Schuljahr Ausgabe A, 1. Auflage Cornelsen Verlag, Berlin 2001 Mobile Sachunterricht Nord 3, Lehrerband, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1994 Niedersächsische Kultusminister: Rahmenrichtlinien für die Grundschule. Sachunterricht. Schroedel Verlag GmbH, Hannover, 1982 Niedersächsisches Kultusministerium: Global denken – lokal handeln. Empfehlungen zur Umweltbildung. Hannover 1993 Press, Hans Jürgen: Geheimnisse des Alltags. Bausteine des Wissens. Entdeckungen in Natur und Technik. Otto Maier Verlag Ravensburg. 4. Auflage 1982 Vergara, William C.: Wieviel wiegt die Luft? Fragen die der Alltag stellt, verständlich und präzise beantwortet. Econ Verlag Düsseldorf, Wien 1974 Anhang Geschichte zum Stundeneinstieg Arbeitsblatt Tafelbild 9 Geschichte Thomas baut sich ein Boot Dies ist die Geschichte von Thomas. Thomas hat sich gestern mit seinen Freunden zum Spielen verabredet. Als er zum Treffpunkt am Hasselbach ankam, waren die anderen schon da. Und alle hatten tolle Boote mit, die haben sie im Bach schwimmen lassen. Dabei hatten sie viel Spaß. Nur Thomas hatte kein eigenes Boot und war deshalb traurig, weil er nicht richtig mitspielen konnte. Als die Kinder nach Hause mussten, verabredeten sie sich für heute, um wieder mit ihren Booten zu spielen. Thomas will natürlich auch mit dabei sein und diesmal mit einem eigenen Boot. Weil Thomas aber nicht genug Geld hat, um sich ein eigenes Boot zu kaufen, beschließt er, sich selbst eins zu bauen. Darum hat er zu Hause Sachen zusammengesucht, die er vielleicht für sein Boot verwenden könnte. Dabei kam schon allerhand zusammen, wie z. B. ein Stück Styropor, ein Bauklotz, eine große Schraube, eine Büroklammer, ein Korken, eine Metallplatte, Knete, ein Teelicht, und vieles mehr. Als er zu basteln anfangen will, fragt er sich dann aber, welche Materialien er wohl am Besten benutzen soll, damit sein Boot auch wirklich gut schwimmen kann. Kannst du ihm vielleicht helfen? Tafelbild Welche Gegenstände trägt das Wasser? schwimmt 10 sinkt