Natur mit Spielzeug Chemie und Technik verbinden Technik

Natur

mit Spielzeug Chemie und Technik verbinden

Technik

AkadOR W. Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Ziele

1. Technik als UnterrichtsfachGrobüberblick Deutschland (und Nachbarn)

2. Methodische Interpretation des Faches Technik durch Naturwissenschaftler und Ingenieure

3. Beispiel für eine N&T-Umsetzungam Beispiel LEGO


1. Technik als Unterrichtsfach


1. Das Unterrichtsfach TechnikIn der Grundschule:

Baden-W HSU

Bayern HSU (T) Tex/W 1-4

Berlin SU

Brandenb. SU

Bremen Tex/W 3-4

Hamburg SUT

Hessen SU-GesSU-N&T

Meck.-Vop. WerkU (T)

NiSa SU (T)W (Gestalten)

NRW SU

Rh.-Pfalz SU

Saarl. SU

Sachsen W (T)HSU (T)

Sa.-Anhalt W (T)

SH TWHSU (T)

Thüringen W (T)


Der HSU an Grundschulen in Bayern

Nr. Grobziel

1.3.3 Technisches Spielzeug:• mit mechanischem Spielzeug spielen und Funktionen erkennen• eine Funktion erkunden: Rolle, Hebel oder einfacher Antrieb.• ein Modell bauen

3.4.3 Maschinen helfen bei der Arbeit:• Möglichkeiten der Arbeitserleichterung im erkundeten Betrieb;

Entwurf, Bau und Erprobung einfacher Kräne, Seilwinden...• Veränderungen in der Arbeitswelt...: Automaten machen

Berufszweige überflüssig...

4.7.2 Kreislauf eines industriell gefertigten Produkts:• Herst. bis zum Endprodukt verfolgen (in Zush. mit der Erkund.)• Verpackung, Lagerung (Produktionsaufwand, Umweltschutz)

Beispiele für unmittelbaren Technikbezug, LP von 2000

Siehe auch Werken / Textiles Gestalten und Kunsterziehung

Umsetzung?


Realschule

Baden-W 5- 6: T7-10: N&T (WP)7- 8: ITB

Bayern 8-10: TZ (WP)8-10: W (WP)

Berlin 7-10: AL (WP)

Brandenb. 7-10: AL

Bremen 7-10: AL-T-Wi

Hamburg 5- 7: AL5- 7: T8-10: T (WP)

Hessen 5- 6: AL7-10: AL (WP)

Meck.-Vop. 7-10: T

NiSa 5- 8: AL-Wi-T9-10: T (WP)

NRW 9-10: T (WP)

Rh.-Pfalz 9-10: TZ (WP)

Saarl. 5- 8: T9-10: T (WP)5-10: TZ (WP)

Sachsen 5- 6: W7-10: T-Wi (WP)

Sa.-Anhalt 7-10: AL-Wi-T

SH 7- 8: T7-10: T (WP)

Thüringen 5- 6: W7-10: WiT (WP)


Gymnasium

Baden-W 5 - 6: NT

Bayern 5 (- 7?): NT

Berlin -

Brandenb. 9-10: AL11-13: T (WP)

Bremen 7-10: A-T-Wi

Hamburg 5-13: AL (WP)

Hessen 5- 6: AL 7-10: AL (WP)

Meck.-Vop. 9-10: T (WP)

NiSa 5- 6: AL-Wi-T7-10: AL-Wi-T (WP)

NRW 7-10: AL (WP)

Rh.-Pfalz -

Saarl. -

Sachsen 5 - 6: W

Sa.-Anhalt 9: Wi-T

SH 7-10: T (WP)

Thüringen -


Blick über die Grenzen (Gym)• Österreich: Technische Werkerziehung 5-12 und

spiralcurricular. Bereiche (Bauen, Wohnen, Umweltgestaltung, Maschinentechnik, Produktgestaltung.

• Schweiz: Technisches Gestalten 1-9 (künstlerische wie werktechnische Richtung)

• Polen, Ungarn, Rumänien: Polytechnische Erziehung 5-8 (Schulgarten, Werken, Sozialistische Produktion (?), Technisches Zeichnen, Produktive Arbeit der Schüler (?)).

• England/Wales: Technology (1)5-10• Schweden, Norwegen, Dänemark: Science and

Technology 5-10 (11-12 WP)• Frankreich: Pflichtfach an technischen Gymnasien (voie

technologique).


Zusammenfassung

1. Inhalte der Technik sind in den Bundesländern- mit Sozial- und Wirtschaftswissenschaften (Arbeitslehre)- oder mit den Naturwissenschaften B, C, P (Natur & Technik) verknüpft.

2. Das Fach Technik spielt an deutschen Gymnasien eine sehr untergeordnete Rolle.


2. Methodische Interpretation des Faches


Gängigste Interpretation durch Lehrer der Naturwissenschaften in N&T:

Notwendigkeit

Experimentplanen

durchführen

Abstraktion

Schülererfahrung

Anleitung

fertigen

Gesetzmäßigkeit

LP-Thema

Exemplar. Bsp.

Bestätigungsbeispiel

nur geschlossene methodische

Führung

Eigene Befragung, unveröffentlicht.


Aktuell durch Didaktiker der Technik:

„...Technik in szientistischer Verkürzung als angewandte Naturwissenschaft

und als naturbeherrschendes Werken in praktizistischer Verkürzung bezeichnet wird.“

Sie sehen es (berechtigterweise) gar nicht gerne, wenn:

Ropohl, G.: Technik als Bildungsaufgabe allgemeinbildender Schulen. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 1, S. 7-24.


Definition Technik

Technik ist das Ergebnis einer von Interessen geleiteten,

zielgerichteten Auseinandersetzung des Menschen mit Gegebenheiten der Natur bzw. mit vorhandenen

technischen Systemen.

Sachs, B.: Legitimation und Strukturen von Technikunterricht. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 4, S. 51-69.


Kurz:

URL: http://www.uni-muenster.de/Physik/TD/Uvortec/Arbeit/Facheinfueh/Loesungen

„Technik ist das Ergebnis menschlicher Faulheit.“


Herleitung

1. Die Welt im Naturzustand enthält keine technischen Systeme.


Herleitung

2. Der Mensch geht daran, den Naturzustand qualitativ und quantitativ zu beschreiben, zu ordnen und zu klassifizieren.

Er betreibt Naturwissenschaft (Suche nach Erkenntnis).


Herleitung

3. Gleichzeitig wird das Erfasste zweckorientiert und gezielt verändert. Dabei schafft er Gebilde mit Hilfe bestimmter Verfahren.

Er betreibt Technik (Befriedigung von Bedürfnissen).


BeispielWATT hat die Dampfmaschine erfunden, ohne eine

thermodynamische Theorie zu besitzen.

Naturwissenschaften und Technik stehen in enger Beziehung - bedingen sich aber nicht immer.


Herleitung4. Technik vollzieht sich

Technik

Ökologie

ÖkonomieNaturwissensch.

Sozialwissensch.

Entstehungszusammenhang

Verwendungszusammenhang

einschließlich eines Entstehungs- und Verwendungszusammenhangs,

also innerhalb eines soziotechnischen Systems.


Inhalte der Technik

Stoff Energie Information

Funktion

wandeln transportieren speichern


Kerntätigkeiten in der Technik

1. Entwerfen und Konstruieren.

Konstruieren: darüber hinaus auch konkrete Festlegung bis zur Herstellungsreife.

Fach: Konstruktionslehre.

Entwerfen: schöpferische, geistige und/oder zeichnerische Vorwegnahme konkreter Lösungsgestalten in struktureller, funktioneller und wirtschaftlicher Sicht.


Kerntätigkeiten in der Technik2. Messen, Prüfen, Testen.

Prüfen (DIN 1319): Beurteilung des Messergebnisses im Hinblick auf eine ganz bestimmte Zweckeignung (auch andere Disziplinen prüfen).Testen: die zu messende Größe wird in einen realen Verwendungszusammen-hang gestellt (typisch für Technik).

Messen (DIN 1319): Vorgang, bei dem ein spezieller Wert einer bestimmten Größe als Vielfaches einer vereinbarten Einheit ermittelt wird(auch andere Disziplinen messen!).


Planen: zeitliche Vorwegnahme zukünftiger Abläufe, allgemeine Planungsverfahren.

Kerntätigkeiten in der Technik

Traebert, W. E.: Auswahlkriterien für Lehr- und Lerninhalte des Technikunterrichts. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 1, S. 53-74.

Realisieren: in der Technik untrennbar mit Planung verbunden, da tatsächliche Realisierbarkeit nicht mit Sicherheit vorhergesagt (geplant) werden kann.

3. Planen und Realisieren.


Erweiterte Tätigkeiten

• Entwerfen und Konstruieren • Messen, Prüfen, Testen• Planen und Realisieren

Sachs, B.: Legitimation und Strukturen von Technikunterricht. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 4, S. 51-69.

• Auswählen (bei arbeitsteiliger Form)• Bedienen und Anwenden• Pflegen und Reparieren.


Ökologie

Fehlkonzeptionen...

Technik

Chemie / Physik

...-Gefahr bei Chemie und Physik-Lehrern:

Ökonomie

Sozialwissensch.

- nur Mess“technik“ oder- fachspezifische Arbeits“technik“!


Was machen Ingenieure anders?

Bedürfnis

Entwerfen,konstruieren

Beschaffen

Bauen

Testen

perfekt?

Opt

imie

ren

nein

ja

neu


Was machen Ingenieure anders?

Produkt

Präsentieren

Auswählen

anwenden

pflegenbedienen reparieren

neu


Die technische Unterrichtsmethodeim Artikulationsmodell

Stufen, abgeleitet von Kerntätigkeiten:

1. Entwerfen und Konstruieren

2. Beschaffen und Organisieren

3. Fertigen

4. Testen und Optimieren

5. Präsentieren


Verwandtschaften der Methoden

5. Wissenssicherung

3. Durchführung

4. Abstraktion

2. Planung

1. Problemgewinnung

Forschend-entwickelnd

5. Präsentieren

3. Fertigen




Bedürfnis

Technische Methode

5. Abschluss

4. Durchführung

3. Plan

2. Skizze

1. Initiative

Projektmethode


Varianten mit Anforderungsstufen

a = technisch - erfindend

Entwerfenund

Konstruieren

Beschaffenund

Organisieren

Fertigen Testenund

Optimieren

Präsentieren

Anf

orde

rung

sstu

fe

d = technisch - untersuchend

b = technisch - nachmachendc = technisch - forschend

e = technisch - informierend

Artikulationsstufen


Zusammenfassung

1. Existierende Unterrichtsmethoden aus der Chemie werden den Anforderungen an Technikunterricht nicht gerecht:

• es fehlt i.d.R. die problemlösende Stufe und/oder

• eine oder mehrere Kerntätigkeiten.

2. Die Technische Unterrichtsmethode orientiert sich an den Kerntätigkeiten der Ingenieure.

3. Kerntätigkeiten:• i.e.S. Entwerfen, Konstruieren, Messen, Prüfen,

Testen, Planen, Realisieren• erweitert: Bedienen, Pflegen, Reparieren.


3. Beispiel einer Umsetzung


Technische Aufgabenstellungen• Grp. 1a und 1b:

Bauen nach Anleitungfür Schüler ohne LEGO technik - Erfahrung



bekanntes Objekt nach best. Gesichtspunkt optimieren

• erfahreneSchüler



Erfinden einer neuen Maschine• Experten


Wo bleibt die Chemie?

5. Präsentieren


3. Fertigen



Technische Methode


Woraus besteht ein LEGO-Stein?

• PVC - bis 2000 manche Steine

• PS - ein wenig als SAN

• ABS

P

C

A• leider nie (glaube ich).


Thermisches Verhalten T=80°C

ABS PS


Thermisches Verhalten T=-18°C


Brechen bei -18°C

PS


Auflösen in Aceton


Zentrifugieren und Dekantieren


Ausfällen des löslichen Anteils


Filtrieren


Trocknen

t

ABS

StyrolAcrylnitril

Poly-Butadien

ABS

Starter

ABS

So kann man ABS zeichnen

Styrol Acrylnitril

Poly-Butadien

Styrol-Acrylnitril

So sieht ABS im Elektronenmikroskop aus

Poly-Butadien

Styrol-Acrylnitril

Bild: mit freundlicher Genehmigung der BASF AG

AS

B


Anschlagmaschine


Anschlagmaschine


Anschlagmaschine


Anschlagmaschine


Anschlagmaschine


Anschlagmaschine


Was können wir als Chemielehrer leisten?

1. Wir können (und sollen) nicht reinen Technikunterricht leisten (Ausbildung, Ausstattung, Zeitumfang, Organisationsform...)

2. Wir können, von unserem Fachunterricht ausgehend, fachübergreifende Bezüge herstellen, aus der grundlegenden Kenntnis von Technik(didaktik) heraus.

3. Wir können Organisations- und Arbeitsformen einsetzen, die über das Übliche (Theorie, Schülerübung) im naturwiss. Unterricht hinausgehen.

4. Wir müssen (!) inhalts- und zieltypisch unterschiedliche Unterrichtsmethoden im Wechsel einsetzen.


Umfrage an Gymnasien in OFr.

Rakete (Brause, Luft) bauen 5

Lochkamera bauen 3

Windrad bauen 1

Bootsformen bauen 11

Flugzeuge bauen, Fliegen 9

Turm, Brücke bauen 2

Wettermessgeräte bauen 3

Feuerlöscher bauen, Feuer 4

Papier herstellen 2

Farbstoffe, Pigmente herstellen 2

Färben 2

Apfelsaft herstellen 1

chem. Trennverfahren (DC u.ä.)

2

mikroskopieren, Fernrohr (Fkt.) 9

Optik Grundlagen 2

Stromkreis 1

Messinstrumente verwenden 2

Auswerten von Messungen 2

Hebelgesetze 1Frage nicht verstanden 3

„Wie haben Sie ‚Technik‘ in N&T umgesetzt?“

Erkannt, dass Umsetzung fehlt 2


Zusammenfassung

1. Technik-Inhalte lassen sich mit chemischen Fachbezügen sinnvoll verknüpfen.

2. Technik-Inhalte eignen sich zur Realisierung fachübergreifenden Unterrichtes.

3. Über Technik-Inhalte können Selbsttätigkeit und problemlösende Aufgabenstellungen früh im naturwissenschaftlichen Unterricht Fuß fassen.


Wie sehen uns die Techniker?

„Auffällig daran ist, dass die erwähnte wissenschaftstheoretische und

methodologische Diskussion in der Didaktik der Naturwissenschaften kaum zur Kenntnis

genommen wurde.“

Füssel, M.: Naturwissenschaft und Technik. Überschneidungen und Abgrenzungen aus technikdidaktischer Sicht. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 4, S. 79-105.

WIR haben sie zur Kenntnis genommen

Und wissen nun:


„Technik ist die Anstrengung, Anstrengungen zu vermeiden.“

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