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Faszinierende Experimente für naturwissenschaftliche Workshops

Theresia Schauer - Maria Justl - Berta Kirchberger - Peter Kirchberger

Johann Lechner - Werner Zarbl - Johannes Reitinger

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Geschätzte Lehrerinnen und Lehrer! Fast alle Kinder sind zu Beginn ihrer Schulkarriere noch sehr wissbegierig. Bei manchen vergeht diese Neugier und Lernfreude jedoch sehr schnell, wenn Schwierigkeiten beim Erlernen des Lesens, Schreibens und Rechnens auftreten. Eine handlungsorientierte Hinführung zu den naturwissenschaftlichen Fächern bietet allen Kindern die Möglichkeit, freudvoll lernen zu können. Und je früher die Kinder von den Naturwissenschaften fasziniert sind, desto größer ist auch die Chance, dass sie später ihren Beruf in diesem interessanten Bereich suchen werden. Den Mitgliedern des Netzwerkes NAWINET SCHÄRDING danke ich sehr herzlich für ihre Arbeit und wünsche ihnen, dass die präsentierten Experimente in den Schulen sowohl bei den Schüler/innen als auch bei den Lehrer/innen auf Begeisterung stoßen. Mag. Dr. Karl Hauer Bezirksschulinspektor Liebe Kolleginnen und Kollegen! Für Volksschulkinder ist es aus mehreren Gründen ein Erlebnis, wenn ältere SchülerInnen aus der Sekundarstufe I (Hauptschule, gymnasiale Unterstufe) einen Workshop für sie gestalten:

� Sie bekommen einen ersten Einblick in die experimentell orientierten Fächer Physik, Chemie und Biologie.

� Sie erleben, wie SchülerInnen, die nicht um vieles älter sind als sie selbst, in die Rolle von LehrerInnen schlüpfen.

� Sie dürfen verschiedene Experimente selbst ausprobieren und können auf diese Weise Naturwissenschaften handlungsorientiert erleben.

Daher hat sich das Netzwerk NAWINET SCHÄRDING das Ziel gesetzt, solche Workshopangebote zu fördern. Diese Handreichung ist von Mitgliedern des Netzwerks erstellt worden und als Hilfe für die Planung und Durchführung naturwissenschaftlicher Workshops gedacht. Die Aktion „Labornetzwerk Zukunft “ des NETZWERKs NAWI OÖ (www.nawi4you.at) bietet seit dem Schuljahr 2008/2009 erstmals eine finanzielle Unterstützung für solche Workshopangebote. Gefördert werden dabei handlungsorientierte, von LehrerInnen und SchülerInnen gemeinsam geplante Workshops, die von SchülerInnen für SchülerInnen anderer Schulstufen (zB Sek I für Volksschule bzw. auch Kindergarten) durchgeführt werden. Wir hoffen, dass diese Aktionen dabei helfen, die schulübergreifende Zusammenarbeit spannender, nachhaltiger, schülerzentrierter und gleichzeitig einfacher zu machen. Dipl.-Päd. Dr. Johannes Reitinger Koordinator des NAWINET Schärding

VORWORT

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ALLGEMEINE TIPPS ZUR DURCHFÜHRUNG SCHÜLERiNNENZENTRIERTER NATURWISSEN-SCHAFTLICHER WORKSHOPS

� Ziel eines solchen Workshops ist in erster Linie, Begeisterung zu wecken und in zweiter Linie, fachliches Wissen zu transportieren.

� Der Einsatz eigener SchülerInnen (LehrschülerInnen), die in die Rolle des Lehrers/der Lehrerin schlüpfen, macht den Workshop für die AdressatInnen spannender. Der Einsatz vieler SchülerInnen bzw. ganzer Klassen bedarf jedoch einer gezielten Vorbereitung. Je mehr „unterrichtende“ SchülerInnen in einen Workshop eingebunden werden, umso detaillierter muss der Workshop im Vorhinein durchorganisiert werden.

� Es ist wichtig, dass die WorkshopteilnehmerInnen (Volksschul- bzw. Kinder-gartenkinder) selber etwas ausprobieren dürfen. SchülerInnenzentrierte Arbeitsformen sind also unbedingt einzubinden. Ein mehrmaliger Arbeitsform-wechsel (Darbietung durch SchülerInnen, SchülerInnenexperimente, kurzes Analysegespräch, …) macht den Workshop abwechslungsreich.

� Es ist von Bedeutung, dass der/die LehrerIn gemeinsam mit den eigenen SchülerInnen im Rahmen der Workshopplanung die einzelnen Versuche auch im Unterricht vorher ausprobiert und bespricht. Der/die LehrerIn gibt dabei didaktische Tipps.

� Als LehrerIn sollte man die inszenierten Workshops immer fotografieren. Dies erleichtert die Vorbereitung späterer Workshops mit anderen Gruppen.

Kinder aus der Volksschule Rainbach bei Schärding gemeinsam mit ihrer Lehrerin Petra Gattermann

beim Experimentieren an der HS 1 Schärding

TIPPS FÜR WORKSHOPS

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DAS KNISTERN AUS DER ZITRONE Zuordnung, Kompetenz: Quelle: vgl. Reitinger, Fischer, Novak: Elektrische Energie, Schall Impuls Physik 2. öbv 2008

Man braucht: 1 Zitrone 1 Nagel (aus Eisen) 1 Stück Kupferblech 2 kurze Drahtstücke 1 Kopfhörer Ev.: 4 Krokodilklemmen Anleitung: Steck die beiden Metallstücke in die Zitrone und schließe die Kopfhörer an. Du hörst leises Knistern!

Didaktische Tipps: � Die Zitrone kann eventuell durch eine Kartoffel ersetzt werden. � Der Versuch kann öfters wiederholt werden (andere Stellung der beiden

Metallstücke) Was passiert, wenn sich die Blechstreifen berühren? � Um die Kontakte schnell herstellen zu können, verwende Krokodilklemmen.

SCHWEDENBOMBEN UNTER DRUCK Zuordnung, Kompetenz: Unterdruck, Überdruck Man braucht: Vakuumpumpe Vakuumglocke Schwedenbomben Servietten Anleitung: Man stellt die Schwedenbombe in die Vakuumglocke (Serviette unterlegen) und saugt mit Hilfe der Vakuumpumpe die Luft ab. Die Schwedenbombe geht auf!

EXPERIMENT

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EIN LUFTBALLON ALS RAKETE Zuordnung, Kompetenz: Kraft und Gegenkraft Die SchülerInnen lernen das Rückstoßprinzip kennen. Man braucht: Luftballon Strohhalm Klebeband 5 m lange Schnur

Anleitung: Fädle die Schnur durch den Strohhalm. Spanne die Schur. (ca. 8m) Blase den Luftballon auf und halte ihn zu. Befestige den aufgeblasenen Luftballon mittels Klebeband am Strohhalm. Lass den Luftballon los. Didaktische Tipps:

� Die Erzeugung einer Wettbewerbssituation wirkt äußerst motivierend (Welche Rakete fliegt am schnellsten und weitesten?).

� Dieser Versuch kann auch sehr leicht von einem eigenen Schüler/einer eigenen Schülerin (LehrschülerInnen) eingeführt werden.

� Die Überlegung, welche Faktoren die Reichweite der Luftballonrakete beeinflussen (Befestigungsmethode, Winkel der Ballonachse zur Schnur, Luftmenge,…), sollte unbedingt angeschlossen werden.

EXPERIMENT

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FLIEGENDE TEEBEUTEL Zuordnung, Kompetenz: Schweben, Fliegen, thermische Strömung Die SchülerInnen lernen, dass warme Luft nach oben steigt. Ein Bezug zum Heißluftballon kann hergestellt werden. Man braucht: Teebeutel in Gruppenstärke Feuerzeug Schere

Anleitung: Schneide den zusammengeklappten Verschluss des Teebeutels ab. Den Beutel musst du dann aufklappen und entleeren. Nun fährst du mit dem Finger in den Beutel hinein und formst ihn so, dass daraus eine Papierröhre entsteht. Diese stellst du dann auf den Tisch. Zündet sie an. Der Beutel brennt dabei fast zur Gänze nieder, steigt aber dann, bevor er ganz abbrennt, langsam in die Lüfte. Didaktische Tipps:

� Die Erzeugung einer Wettbewerbssituation wirkt äußerst motivierend (Welcher Beutel fliegt am höchsten?).

� Dieser Versuch kann auch sehr leicht von einem eigenen Schüler/einer eigenen Schülerin (LehrschülerInnen) eingeführt werden.

Quelle: vgl. http://www.kontexis.de/front_content.php?idart=1342

EXPERIMENT

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WIEVIEL WASSER STECKT IN PFLANZEN? Zuordnung, Kompetenz , Ziele: Die SchülerInnen sollen eine Versuchsreihe planen und durchführen. Die SchülerInnen sollen den Gewichtsverlust nach Beendigung des Versuchs erklären. Die SchülerInnen sollen experimentell ermitteln, dass der Hauptanteil der Pflanzenmasse Wasser ist. Die SchülerInnen sollen erfahren, dass Pflanzen im Entwicklungsstadium „Samen“ nur verhältnismäßig wenig Wasser enthalten. Die SchülerInnen sollen erkennen, dass sich Beobachtungen des täglichen Lebens naturwissenschaftlich erklären lassen. Man braucht: Kartoffel, Salat, Bohnen, Tafel, Brenner, Pflanzenmaterial, Schälchen, Stativ, Waage.

Anleitung: Zerkleinere und erhitze die Pflanzen. Stelle vorher und nachher das Gewicht fest. Der Unterschied zwischen dem Frischgewicht (= 1. Wägung) und dem Trockengewicht (= 2. Wägung) gibt die verlorene Wassermenge an. Das in der Pflanze enthaltene Wasser ist entwichen. Den Hauptteil der Pflanzenmasse bildet das Wasser. Nur als Samen enthalten Pflanzen verhältnismäßig wenig Wasser. Didaktische Tipps:

� Frischgewicht und Trockengewicht wird an der Tafel fixiert. Somit kann die verlorene Wassermenge festgestellt werden.

PFLANZEN UND PFLANZENSCHNITTE UNTER EINEM MIKROSKOP BEOBACHTEN Man braucht: Stereo- oder Labormikroskop, Objekte Didaktische Tipps:

� Der Blick in die Welt des Kleinen ist für die meisten SchülerInnen ein eindrucksvolles Erlebnis.

� Die Organisation eines Mikroskopier-workshops bedarf, vorausgesetzt, dass die nötigen Geräte vorhanden sind, eines im Vergleich zum bleibenden Eindruck nur geringen Aufwandes.

EXPERIMENT

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AUS FARBLOS WIRD BLAU Zuordnung, Kompetenz: Chemie, Temperatur Man braucht: Heißes Wasser (Teekocher) Kaltes Wasser Essig Zwei Gläser Tinte

Anleitung: Versetzt du kaltes Wasser mit Tinte, so färbt es sich blau. In warmem Wasser löst sich die Tinte besser. Rühre eine Weile um! Die Färbung wird allmählich ganz verschwinden. Gib in das heiße, mit Tinte versetzte und gut durchgerührte Wasser etwas Essig. Die Farbe der Tinte wird blitzartig sichtbar und das Wasser erscheint in einem tiefen Blau. Didaktische Tipps:

� Dieser Versuch kann von SchülerInnen durchgeführt und als Zaubertrick dargeboten werden. Hierzu sagt man den SchülerInnen vorerst nicht, dass das heiße Wasser mit Tinte versetzt wurde. Man führt zuerst die Mischung des Wassers und des Essigs durch. Anschließend folgt die Beschreibung und Erklärung des Vorgangs.

� Dieses Experiment eignet sich auch als Zaubertrick für zu Hause. Dahingehend kann man die SchülerInnen motivieren, auch selber mal so etwas auszuprobieren, um andere (zB die Eltern) damit zu verblüffen.

� Eine fachlich schlüssige Erklärung zu dieser Erscheinung muss aufgrund der Komplexität im Rahmen eines Workshops für Volksschul- oder Kindergartenkinder leider entfallen. Bei diesem Versuch bleibt man bei den Phänomenen, was die Angelegenheit aber nicht minder interessant macht.

EXPERIMENT

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EXPLOSION EINES BENZIN-LUFT-GEMISCHES Zuordnung, Kompetenz: Oxidation, schnelle Oxidation (Explosion) als Vorstufe für Verbrennungsmotore Die SchülerInnen lernen, dass ein Benzin-Luft-Gemisch rasend schnell verbrennt (= Explosion) Man braucht: 1 zylindrische Papperöhre (je länger, desto besser) mit einer 8-10 mm Lochbohrung am unteren Ende Zündhölzer oder Piezo-zünder (Gasanzünder)

Anleitung: Man tränkt einen kleinen Wattebausch mit Benzin und gibt ihn in die Röhre. Nun verschließt man mit dem Original-Kunststoffverschluss die Röhre und schwenkt sie mehrmals hin und her, sodass sich das Benzin-Luft-Gemisch regelmäßig verteilt. Mit dem Piezo-Zünder wird das Benzin-Luft-Gemisch durch die kleine Öffnung entzündet. Der aufgesetzte Kunststoffdeckel wird explosionsartig weggeschleudert. Vorsicht! Didaktische Tipps:

� Auf die „Schussrichtung“ achten! � Der Deckel darf nicht zu fest sitzen! � Raum nach dem Versuch gut lüften (Geruchsbelästigung)! � Vorsicht! Dieses Experiment ist nur unter genauer B eachtung der

Sicherheitshinweise und Beisein des Lehrers/der Leh rerin durchzuführen!

Quelle: vgl. Reitinger, Fischer, Novak: Impuls Physik 3. öbv 2008

EXPERIMENT

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DIE ZERDRÜCKTE KUNSTSTOFFFLASCHE Zuordnung, Kompetenz: Druckunterschiede: Warme, kalte Luft Man braucht: Heißes Wasser Kaltes Wasser Eine Kunststoffflasche Eine Schüssel (so groß, dass die Flasche hineinpasst)

Anleitung: Fülle in die Flasche etwa 3 bis 5 cm hoch heißes Wasser (vorsichtig!) und ver- schließe sie gut. Lege sie nun in die Schüssel mit kaltem Wasser (Das Wasser soll die Flasche fast bedecken!). Was siehst du nach einiger Zeit? Die Flasche wird zusammengedrückt! Didaktische Tipps:

� SchülerInnenversuch � Gut geeignet als Gruppenversuch

EXPERIMENT

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CHROMATOGRAPHIE MIT SCHOKOLINSEN Zuordnung, Kompetenz: Physikalische Trennverfahren, Chromatogramm Die SchülerInnen lernen, das Auftrennen von Farben in ihre Einzelbestandteile. Man braucht: Gefäß Wasser Filterpapier (Löschblatt) Pinsel Bleistift Viele bunte Schokolinsen

Anleitung: Zeichne mit einem Bleistift 6 Trennlinien im Abstand von zirka 3 cm. Befeuchte den Pinsel. Versuche damit die Farbe eines Smarties abzulösen. Male die erhaltene Farbe auf den unteren Rand einer Linie auf dem Filterpapier. Wiederhole dies mit den andersfärbigen Smarties. Gib dann das Filterpapier in das mit Wasser gefüllte Glas (1 cm) und beobachte. Das hier abgebildete Foto zeigt eine vereinfachte Version des Experiments:

Didaktische Tipps:

� Das fertige Bild nennt man Chromatogramm.

� Du beobachtest, dass sich die Farbkleckse in verschiedene Farb-komponenten aufspalten.

� Außerdem sieht man, dass einige Farbstoffe weiter wandern als andere, also eine unterschiedliche Fließgeschwindigkeit haben.

� Dieser Versuch kann auch sehr leicht von eigenen SchülerInnen vorgezeigt werden.

� Dieser Versuch kann auch mit einem schwarzen Filzstift durchgeführt werden. � Die Farbe eines Smarties kann man auch ablösen, indem man es in ein

angefeuchtetes Glas gibt und darin schüttelt. Bereits ein paar Tropfen Wasser genügen, um die Farbe herabzuwaschen.

Quelle: vgl. VCÖ, molecool, Smarties-Chromatographie. Ausg. Herbst 2008

EXPERIMENT

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WIR UNTERSUCHEN EIN EULENGEWÖLLE Zuordnung, Kompetenz: Die SchülerInnen lernen, dass Eulen nützliche Mäusevertilger sind. Ein Bezug zur biologischen Schädlingsbekämpfung kann hergestellt werden. Man braucht: Eulengewölle (Eulen würgen die unverdaulichen Reste als Speiballen wieder aus) Pinsel, Pinzette, Präpariernadeln, Lupe, Pappkarton, Klebstoff

Anleitung: Die Gewölle werden im Backrohr mehrere Stunden auf 150° C erhitzt, um Krankheitskeime abzutöten. Dann werden mit Pinzette und Präpariernadel die Gewölle vorsichtig auseinandergezupft. Die Knochen werden mit dem Pinsel von anhaftendem Schmutz gesäubert. Die gesäuberten Knochen werden nach Form und Größe sortiert. Die Einzelknochen werden so zusammen aufgelegt, dass ein Mäuseskelett entsteht und auf dem Pappkarton festgeklebt. Didaktische Tipps:

� Die SchülerInnen sollten eine Abbildung eines Mäuseskeletts zur Verfügung haben.

� Gewölle kann man in der Nähe von Eulennestern sammeln (Baumhöhlen, Kirchtürme, Scheunen).

EXPERIMENT

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EINSTEIGERÜBUNG FÜR FAKIRE Zuordnung, Kompetenz: Abhängigkeit von Druck (Kraft, Fläche) Man braucht: Brett (30 * 20 * 2,5 cm) Nägel (70 mm) Die Erstellung des Nagelbretts ist einfach. In regelmäßigen Abständen von ca. 2 cm werden in das Brett Löcher gebohrt, durch die anschließend Nägel getrieben werden. Ein Vorbohren ist unbedingt notwendig, weil das Brett sonst splittert.

Anleitung : Setzt du dich auf das Nagelbrett, so verspürst du keinen Schmerz. Auch die Bekleidung nimmt keinen Schaden, da sich der Druck regelmäßig auf die vielen Nägel verteilt. Didaktische Tipps:

� Die Erstellung des Nagebretts kann im Werkunterricht durchgeführt werden.

� Man kann das Nagelbrett auf einen Sessel geben und die SchülerInnen dann darauf setzen lassen. Spektakulärer wird der Versuch aber, wenn man das Experiment auf einem Tisch durchführt und die SchülerInnen (wie im Foto dargestellt) auf das Brett „hebt“. (Vorsicht ist geboten!)

� Nach Möglichkeit sollen alle SchülerInnen, die sich auf das Brett setzen wollen, dies auch tatsächlich tun dürfen. Auch wenn es eine Weile dauert, so ist die Erfahrung doch großartig. Und erfahrungsgemäß wird auch den ZuseherInnen nicht fad dabei.

� Zeit sparen kann man, wenn das Brett in zwei- oder dreifacher Ausführung vorhanden ist. Dann braucht man aber auch dementsprechend viele LehrschülerInnen.

EXPERIMENT

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UNTERWASSERFEUER Zuordnung, Kompetenz: Verbrennung ohne Sauerstoff

Man braucht: 7 Wunderkerzen, Klebeband (Tixo), hohe Glaswanne, Wasser, Spülmittel, Feuerzeug, Tiegelzange, Glimmspan Anleitung: Man füllt die Glaswanne mit Wasser und gibt ein paar Tropfen Spülmittel hinein. Dann umwickelt man 7 Wunderkerzen öfters mit Klebeband. Nun zündet man die Wunderkerzen an und lässt sie etwas anbrennen. Taucht man diese brennenden Wunderkerzen mit einer Tiegelzange ins Wasser, dann brennen diese dort unter Wasser weiter. Anschließend kann man eine Knallgasprobe an der Oberfläche bzw. an den entstandenen Bläschen durchführen. Didaktische Tipps:

� Bei der Reaktion entsteht eine große Hitze. � Vorsicht! Dieses Experiment ist nur unter genauer B eachtung der

Sicherheitshinweise durchzuführen!

Quelle: vgl. http://www.kopfball.de/arcexp.phtml?&selExperiment=388&dr=datum

FEUER IN DER HAND Zuordnung, Kompetenz: Wasserstoffexperimente, chemische Reaktion, Knallgasreaktion Anleitung: Eine große Menge an Wasserstoffexperimenten sind auf der Homepage von Seilnacht zu finden (siehe: http://www.seilnacht.com/versuche/experih2.html). Das Experiment „Feuer in der Hand“ (siehe Fotos auf der vorletzten Seite) darf nur unter Einhaltung strengster Sicherheitsvorkehrungen (Brille, Haarband, Hände vorher befeuchten) durchgeführt werden. Didaktische Tipps:

� Wasserstoffexperimente sind sehr eindrucksvoll. Auch wenn SchülerInnen mehrmals solche Experimente erleben (Workshop, Tag der offenen Tür, Unterricht), so sind sie erfahrungsgemäß immer wieder aufs Neue faszinierend.

Vorsicht! Diese Experimente sind nur unter genauer Beachtung der Sicherheitshinweise durchzuführen!

EXPERIMENT

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Sicherheit hat immer Vorrang. Die Workshop-TeilnehmerInnen sollten dahingehend bereits sensibilisiert werden.

� Schutzbrillen und Haarbänder erhöhen die Sicherheit beim Experimentieren. � Reagenzglasöffnungen dürfen nicht in Richtung SchülerInnen gehalten

werden. � Versuchsanleitungen und Aufgabenstellungen müssen stets klar formuliert

sein. � Arbeitsgeräte sollen sorgfältig behandelt und immer gut gereinigt werden. � Das rechtzeitige Kennenlernen der Gefahrensymbole schützt vor gefährlichem

Umgang mit Gefahrenstoffen im Alltag.

T+

sehr giftig

Xn gesund-

heits-schädlich

Xi reizend

C ätzend

F leicht-

entzünd-lich

O brand-fördernd

E explo-sionsge-fährlich

N umwelt-gefährlich

Quelle: www.seilnacht.com

SICHERHEITSHINWEISE

Impressum: Dr. Johannes Reitinger und NAWINET-Team Kontaktadresse: HS 1 Schärding Schulstraße 5b, 4780 Schärding

Sämtliche Fotografien wurden von Mitgliedern des NAWINET erstellt.

Mit freundlicher Unterstützung des IMST3 RN Oberösterreich

Auch gefährliche Experimente können bei richtiger Durch-führung und Einhaltung der Sicherheitsmaßnahmen zu einem eindrucksvollen Erlebnis werden.

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