Post on 13-Jun-2020
Schwimmen und Sinken Eine Einführung in die KiNT-Unterrichtsmaterialien
Ralph Schumacher
Wie kommt es, dass ein kleines Stück Stahl untergeht,
aber ein grosses, schweres Schiff aus Stahl schwimmt?
Schwimmen und Sinken 4 zentrale Fragen
Was schwimmt – was sinkt? Wir untersuchen Vollkörper.
Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche?
Was macht das Wasser mit einem Gegenstand, wenn man diesen eintaucht?
Warum schwimmt ein Schiff?
Unterricht im 1. und 2. Schuljahr
1. Unterrichtseinheit: Was schwimmt – was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern
Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt? - Erste Vermutungen
Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere Messer nicht?
Sequenz 3: Was schwimmt – was sinkt? – Wiederholung und Festigung
Sequenz 4: Wir bauen ein Floss aus verschiedenen Materialien
Unterricht im 1. und 2. Schuljahr
2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung von Wasser
Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung
Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? – Versuche zur Verdrängung
Unterricht im 3. und 4. Schuljahr
1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? – Erste Vermutungen
2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? – Verdrängung von Wasser
Unterricht im 3. und 4. Schuljahr
3. Unterrichtseinheit: Warum schwimmt ein Schiff? – Auftrieb
Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht? – Auftrieb
Sequenz 2: Bau von Knetbooten: Wasser drückt und Wasser wird verdrängt
Sequenz 3: Gegenspiel – Zusammenhang zwischen „Gewicht zieht“ und „Wasser drückt“
Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 4. Unterrichtseinheit: Warum sinkt Eisen, warum
schwimmt Wachs? – Dichte
Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt?
Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs?
Sequenz 3: Wie kommt es, dass ein Schiff schwimmt, aber ein Metallklotz nicht?
Warum naturwissenschaftlicher Unterricht in der Primarschule?
Interessensentwicklung
Lernmotivation / Fähigkeitsselbstkonzept (Kompetenzerleben)
Aufbau von Begriffswissen
Vermeidung von Misskonzepten / Fehlvorstellungen
Vorbereitung wissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen
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
Schülervorstellungen
Was schwimmt – was sinkt?
Schwere und gelochte Gegenstände sinken.
Kleine, leichte und flache Gegenstände schwimmen.
Nur solche Dinge schwimmen, in denen Luft enthalten ist.
Alle Gegenstände aus Holz schwimmen.
Alle Gegenstände aus Stein gehen unter.
Schülervorstellungen
Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche?
Je schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr Wasser verdrängt er, auch wenn die Gegenstände gleich gross sind.
Beispiel: Eine schwere Kugel verdrängt mehr Wasser als eine leichte Kugel, obwohl beide Kugeln gleich gross sind.
Das Wasser „will“ zurück an seinen Platz.
Schülervorstellungen
Warum schwimmt ein Schiff?
weil das Schiff einen Kapitän hat
weil es angebunden ist
weil es einen Motor hat
weil Luft drin ist
weil es hohl ist
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
1) Fragestellung formulieren
2) Hypothesen aufstellen
3) Versuch darstellen
4) Beobachtungen beschreiben
5) Versuch interpretieren und
ggf. Hypothesen revidieren
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
Gesprächsführung im Unterricht
Sinnliche Wahrnehmung unterstützen:
„Was spürst du, wenn du mit dem Handschuh ins Wasser eintauchst?“
„Was beobachtest du, wenn zwei gleich grosse, aber unterschiedlich schwere Kugeln ins Wasser eintauchen?“
Gesprächsführung im Unterricht
Erklärungen einfordern:
„Warum meinst du, dass der Knopf schwimmt?“
„Warum meinst Du, dass grössere Dinge mehr Wasser wegdrängen als kleinere?“
Gesprächsführung im Unterricht
Widersprüche herausstellen:
„Du sagst, dass umso mehr Wasser verdrängt wird, je schwerer der Gegenstand ist. Aber Lena sagt, dass grössere Sachen mehr Wasser verdrängen als kleinere. Was stimmt denn nun?“
Gesprächsführung im Unterricht
Übertragung anregen:
„Kannst du damit auch erklären, wieso dieser grosse Topf schwerer beladen werden kann als der kleinere?“
„Hast du schon mal im Schwimmbad versucht, deinen Freund hochzuheben? Was hast du da gespürt? Kannst du das auch erklären?“
Gesprächsführung im Unterricht
Beweise einfordern:
„Versuche mal alle Experimente, die du hier siehst, mit dieser Idee, dass das Wasser drückt, zu erklären“
Gesprächsführung im Unterricht
Erkennen von Zusammenhängen und Regeln anregen:
„Je grösser das Schiff ist, desto ….“
Gesprächsführung im Unterricht
Ideen hervorheben:
„Sabine hat da gerade eine ganz neue Idee. Sie sagt, dass Sachen vielleicht im Wasser leichter werden, weil das Wasser sie auch nach oben drückt. Was meint Ihr dazu?“
Gesprächsführung im Unterricht
Eine Erklärung für mehrere Phänomene finden:
„Ihr habt gesagt, das Wasser drückt die Bälle nach oben. Überprüft, ob das Wasser alle Sachen nach oben drückt, also auch die Töpfe, die Tauchringe, etc. Stimmt das für alle Versuche?“
Unterricht im 1. und 2. Schuljahr
1. Unterrichtseinheit: Was schwimmt – was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern
Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt? - Erste Vermutungen
Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere Messer nicht?
Sequenz 3: Was schwimmt – was sinkt? – Wiederholung und Festigung
Sequenz 4: Wir bauen ein Floss aus verschiedenen Materialien
Schülervorstellungen
Was schwimmt – was sinkt?
Schwere und gelochte Gegenstände sinken.
Kleine, leichte und flache Gegenstände schwimmen.
Nur solche Dinge schwimmen, in denen Luft enthalten ist / die Hohlräume haben.
Alle Gegenstände aus Holz schwimmen.
Alle Gegenstände aus Stein gehen unter.
Schülervorstellungen
Was schwimmt – was sinkt?
Alles, was schwer ist, geht unter.
Alles, was leicht ist, schwimmt.
Alles, was gross ist, geht unter.
Alles, was klein ist, schwimmt.
Alles, was flach / dünn ist, schwimmt.
Alle Sachen, in denen Luft ist, schwimmen, weil die Luft die Sachen nach oben zieht.
Lernziele: Es ist nicht entscheidend, wie gross oder wie schwer
Gegenstände sind – und ob sie Löcher haben oder nicht.
Es ist allein entscheidend, aus welchem Material die Gegenstände bestehen (Materialkonzept).
Gegenstände, die bei gleichem Volumen leichter sind als Wasser, schwimmen.
Ein Vollkörper schwimmt, wenn seine Dichte geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit, in die er eintaucht.
Lernziele:
Ob ein Gegenstand schwimmt, hängt von seiner Dichte ab.
Im Unterricht wird noch nicht von „Dichte“ gesprochen.
Die Kinder sollen eine Vorstellung davon bekommen, dass Materialien bei gleicher Grösse ein unterschiedliches Gewicht haben können:
Etwas ist schwer / leicht für seine Grösse.
Sequenz 1
Was schwimmt – was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern
Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer – und das andere nicht?
Sequenz 4
Dichtetabelle: Erklären des Schwimmens und Sinkens mit Hilfe der
Dichte (3. / 4. Schuljahr)
Lernstandskontrolle
Unterricht im 1. und 2. Schuljahr
2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung von Wasser
Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung
Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? – Versuche zur Verdrängung
Schülervorstellungen
Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche?
Je schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr Wasser verdrängt er, auch wenn die Gegenstände gleich gross sind.
Beispiel: Eine schwere Kugel verdrängt mehr Wasser als eine leichte Kugel, obwohl beide Kugeln gleich gross sind.
Lernziele: Alle Sachen brauchen Platz im Wasser. Je mehr Platz sie
brauchen, desto mehr Wasser drängen sie weg.
Die Menge des verdrängten Wassers hängt nur vom Volumen eines eingetauchten Gegenstandes ab.
Ein eingetauchter Gegenstand mit grösserem Volumen verdrängt mehr Wasser als ein eingetauchter Gegenstand mit kleinerem Volumen.
Gegenstände, die hohl sind, verdrängen mehr Wasser als ein gleich schwerer Vollkörper aus demselben Material.
Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung
Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? – Versuche zur Verdrängung
Station 1: Gleich grosse Würfel im Becher
Station 2: Gleich schwere Kugeln im Becher
Bei den kleineren Kugeln steigt das Wasser nicht so hoch wie bei den grösseren Kugeln.
Station 3: Verschieden grosse Steine
Bei den kleinen Steinen Steigt das Wasser nicht So hoch wie bei den Grösseren Steinen.
Station 4: Knetmasse in verschiedenen Formen
Das Wasser steigt immer gleich hoch.
Lernstandskontrolle
Unterricht im 3. und 4. Schuljahr
1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? – Erste Vermutungen
2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? – Verdrängung von Wasser
Schülervorstellungen
Ein Schiff schwimmt,
weil es hohl ist – weil die Luft das Schiff nach oben zieht
weil im Meer Salzwasser ist
weil das Wasser eine Haut hat
weil es so spitz geformt ist
weil es unten platt ist
Schülervorstellungen
Je schwerer ein Gegenstand ist, desto höher steigt das Wasser, auch bei gleichem Volumen.
Es kommt auf das Material an. Manche Materialien verdrängen mehr Wasser als andere.
Lernziele:
Die Menge des verdrängten Wassers hängt nur vom Volumen eines eingetauchten Gegenstandes ab.
Ein eingetauchter Gegenstand mit grösserem Volumen verdrängt mehr Wasser als ein eingetauchter Gegenstand mit kleinerem Volumen.
Gegenstände, die hohl sind, verdrängen mehr Wasser als ein gleich schwerer Vollkörper aus demselben Material.
1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres
Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? – Erste Vermutungen
2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein
Schiff ins Wasser setzt? – Verdrängung von Wasser
Station 1: Würfel im Becher
Das Wasser steigt bei allen Würfeln gleich hoch, wenn sie ganz ins Wasser getaucht sind. Wenn ein Würfel schwimmt, dann verdrängt er weniger Wasser.
Station 2: Kugeln im Becher
Bei den kleineren Kugeln steigt das Wasser nicht so hoch wie bei den grösseren Kugeln.
Station 3: Töpfe
Das Wasser steigt bei den grösseren Töpfen höher als bei den kleineren. Wenn die Töpfe Das gleiche Volumen haben, steigt das Wasser gleich hoch. Töpfe mit grösserem Volumen brauchen mehr Platz im Wasser. Sie sind auch schwerer hineinzudrücken als kleinere Töpfe.
Station 4: Überlaufversuch
Station 5: Schiffsmodell und Klotz aus Edelstahl
Das Boot verdrängt mehr Wasser als der Klotz.
Station 6: Eigene Versuche
Phänomen „Verdrängung“ Phänomen „Wasser drückt“
Lernstandskontrolle
Unterricht im 3. und 4. Schuljahr
3. Unterrichtseinheit: Warum schwimmt ein Schiff? – Auftrieb
Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht? – Auftrieb
Sequenz 2: Bau von Knetbooten: Wasser drückt und Wasser wird verdrängt
Sequenz 3: Gegenspiel – Zusammenhang zwischen „Gewicht zieht“ und „Wasser drückt“
Lernziele:
Das Wasser drückt einen Gegenstand hoch, weil es wieder an seinen Platz zurück „will“.
Das Wasser drückt gegen alle Gegenstände, auch gegen die, die untergehen.
Lernziele:
Der Auftrieb wird durch das Volumen der verdrängten Flüssigkeit und durch die Dichte der Flüssigkeit beeinflusst. Er ist umso grösser:
je grösser das Volumen der vom Gegenstand verdrängten Flüssigkeit ist
und
je grösser die Dichte der verdrängten Flüssigkeit ist.
Lernziele:
In Flüssigkeiten entsteht durch deren Gewicht ein so genannter Schweredruck.
Der Schweredruck nimmt mit der Tiefe zu.
Er ist die Ursache für den Auftrieb.
Schülervorstellungen
Je mehr Wasser vorhanden ist, desto stärker drückt es.
Mögliche Reaktion: Draht in Wasserbecken, Badewanne, Schwimmbecken werfen. Er geht immer unter.
Je schwerer ein Gegenstand ist, desto stärker drückt das Wasser.
Mögliche Reaktion: Gegenstände, die gleich schwer, aber unterschiedlich gross sind, können leichter ins Wasser gedrückt werden, wenn sie kleiner sind.
Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es
eintaucht?
Station 1: Knetklumpen an der Angel
Der Knetklumpen wird im Wasser scheinbar leichter.
Station 2: Knetklumpen am Gummiband
Das Gummiband zieht sich zusammen, sobald der Knetklumpen ins Wasser eintaucht. Wenn man ihn wieder aus dem Wasser zieht, dehnt sich das Gummi wieder aus.
Station 3: Verschiedene Becher
Es ist schwieriger, den grossen Becher einzutauchen als den kleinen.
Station 4: Plastikhandschuh
Der Handschuh wird von allen Seiten durch das Wasser an die Hand gedrückt.
Station 5: Bälle
Die Bälle springen aus dem Wasser.
Station 6: Töpfe
Je grösser die Töpfe sind, desto stärker drückt das Wasser.
Sequenz 2: Bau von Knetbooten – Zusammenführung der
Konzepte „Wasser drückt“ und „Wasser wird verdrängt“
Lernziel
Die Kinder können die Vorstellung entwickeln: Je mehr Wasser verdrängt wird, desto mehr Wasser drängt zurück an seinen Platz – desto stärker drückt das Wasser – und umso mehr kann es tragen.
Sequenz 3: Gegenspiel – Zusammenhang zwischen „Gewicht
zieht“ und „Wasser drückt“
Lernstandskontrolle
Der Schweredruck als Ursache des Auftriebs
Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 4. Unterrichtseinheit: Warum sinkt Eisen, warum
schwimmt Wachs? – Dichte
Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt?
Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs?
Sequenz 3: Wie kommt es, dass ein Schiff schwimmt, aber ein Metallklotz nicht?
Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt?
Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs?
Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs? – Formen der Veranschaulichung
Lernstandsdiagnose
Schwimmbadunterricht
Station 1: Gummiklotz an der Angel eintauchen
Station 2: Gummiklotz am Gummiband eintauchen
Station 3: Eimer am Seil herausziehen
Station 4: Töpfe und Eimer langsam herunterdrücken
Station 5: Brett und Bottich herunterdrücken
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!