18. Ein Konzept zu entdeckendem Lernen 1 von 16

24 RAAbits Physik August 2011

IIIJohannes Kepler – ein Konzept zu entdeckendem Lernen

Hedwig Fastabend, Viersen

Selbst erforschen, experimentieren und ent-decken – naturwissenschaftlicher Unterricht in den unteren Jahrgangsstufen soll vor allem eines: für das Fach begeistern.

Stellen Sie Johannes Kepler (1571–1630) vor, der geradezu besessen davon war, neue physikalische Erkenntnisse zu gewinnen.

Die Schüler betrachten ein Relief von Kepler und bauen eine Dosenrakete. Sie lernen optische Geräte kennen: ein Kaleidoskop und ein Periskop. Auch Versuche mit Luft führen sie durch.

Dabei entdecken sie physikalische Gesetze, die schon Kinder begreifen können.

Der Beitrag im Überblick

Klasse: 5/6

Dauer: 5 Doppelstunden

Ihr Plus:

offene Unterrichtsform (Experimente)

geeignet für Vertretungsstunden

fachübergreifend (Chemie)

Inhalt:

• ein Wandrelief von Johannes Kepler ansehen

• eine Dosenrakete bauen und starten

• ein Periskop bauen

• ein Kaleidoskop bauen

• Brennbare und nicht brennbare Materialien unterscheiden

• Versuche mit Luft durchführen

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Bau der Dosenrakete

Ein Unterrichtskonzept für das Fach Naturphänomene (NAWI)!

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24 RAAbits Physik August 2011

IIIFachliche und didaktisch-methodische Hinweise

Sobald wir das Licht der Welt erblicken, entdecken wir die Welt. Dies ist ein Fühlen, Lernen und Erleben mit allen Sinnen. Von unseren Kindern fordern wir aber in der Schule, stillzusitzen und dem Lehrer aufmerksam zuzuhören. Das Entdecken bleibt dabei häufig auf der Strecke.

Selbst erforschen, experimentieren und entdecken – dies ist Anliegen des fachübergrei-fenden Unterrichts in den unteren Jahrgangsstufen (Naturphänomene, NAWI). Mit den hier vorgestellten Experimenten fördern Sie das Staunen über das, was in der Physik (und Chemie) passiert.

Die Stunden stehen nicht in einem inhaltlichen Zusammenhang. Wir möchten vielmehr

– die Vielfalt der physikalischen und chemischen Phänomene exemplarisch vorstellen,

– Experimente beschreiben, die das Interesse sowohl der Jungen als auch der Mädchen wecken,

– Ihnen die Möglichkeit geben, die Vorschläge der Schüler zu den verschiedenen Expe-rimenten problemlos in den Entdeckerkurs einzubinden.

Zu 75 % nehmen die Kinder ihre Umwelt mit den Augen wahr. Optische Eindrücke können sie aber nur verinnerlichen, wenn genügend Zeit für die Auseinandersetzung mit den erlebten Phänomenen zur Verfügung steht. Die kognitive Verarbeitung des Gesehenen erreichen Sie insbesondere dadurch, dass Sie die Kinder selbst aktiv werden lassen.

Wer war Johannes Kepler?

Johannes Kepler kam 1571 in der kleinen schwäbischen Stadt Weil der Stadt zur Welt. Er besuchte die Klosterschule in Maulbronn und studierte danach in Tübingen Theologie, Mathematik und Astronomie. Im Alter von nur 23 Jahren wurde er bereits Professor für Mathematik in Graz in Österreich. 1601 wurde er kaiserlicher Hofmathematiker in Prag. Jahre später war er als Landschafts-Mathematikus und astronomischer Fachberater des Kaisers Matthias in Linz tätig. 1628 war Kepler in den Wirren des 30-jährigen Krieges kurz Astronom und Astrologe im Dienst des berühmten Feldherrn Wallenstein. Johannes Kepler starb 1630 in Regensburg.

Johannes Kepler ist neben Nikolaus Kopernikus (1473–1543) und Galileo Galilei (1564–1642) der Begründer der modernen Astronomie als mathematisch-physikalischer Wissenschaft. Kepler hat das nach ihm benannte Kepler-Teleskop entwickelt. Wichtigste Bauteile dieses Teleskops sind zwei Sammellinsen. Das Okular hat eine Konvexlinse mit geringer Brenn-weite.

Keplers Lebenswerk ist in fast 80 Werken und 400 Briefen niedergelegt. Er hat bahn-brechende Erkenntnisse in der Optik, z.  B. zur Lichtbrechung, und in der Mathematik, z. B. zur Integralrechnung und zum Gebrauch der Logarithmen, gewonnen. Die drei soge-nannten Keplerschen Gesetze über die elliptischen Bahnen der Planeten um die Sonne sind Grundlage unseres modernen Weltbildes. Kepler war seiner Zeit weit voraus. Schon vor 400 Jahren dachte er über Reisen zum Mond nach.

Keplers Einsatz für die Wissenschaft und für die Erforschung des Weltalls bedeutete einen dauernden Kampf, da seine Erkenntnisse scheinbar den Aussagen der Religion und der Kirche widersprachen. Zu seiner Zeit war es gefährlich, das alte geozentrische Weltbild anzuzweifeln. Kepler hat den Theologen seiner Zeit widersprochen und zu vermitteln versucht, dass die Bibel kein wissenschaftliches Lehrbuch ist. Kepler war dennoch persön-lich ein tiefreligiöser Mensch. Ihm war bewusst, dass der „Zweck all dieser Dinge die Erkenntnis, Bewunderung und Verehrung des allweisen Schöpfers“ ist.

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IIIMaterialübersicht

V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch Fo = Folie

M 1 Ab Ein Wandrelief über Johannes Kepler – finde den Fehler!

V: 10 min

D: 90 min

Wollknäuel

„E“ „N“ „T“ „D“ „E“ „C“ „K“ „E“ „R“ -Karten (Vorlage auf CD-ROM 24)

Steinchen, Herbstblätter, Samen, Perlen, Bonbons etc.

M 2 Ab Peri Langhals und seine Schwester Kaleido Skopia

Verkleidung (Halskrause und Mantel für den Schüler, der Johannes Kepler spielt)

M 3 Ab, SV Zack! – Eine Bauanleitung für eine Dosenrakete

V: 10 min

D: 15 min

leere Filmdosen (im Foto-geschäft erhältlich) oder

leere Brausetablettenhülsen

Flüssigkleber

Tonpapier

1 Tüte Backpulver (für 500 g Mehl)

3 Teelöffel Salatessig (oder Essigessenz)

Zirkel

Schere

2 Schutzbrillen

Haargummis

Teelöffel

50-ml-Becherglas

Papiertaschentücher

M 4 Ab Vorlage für Raketenflügel

M 5 Fo Feuer und Flamme – brennbar oder nicht?

OHP

M 6 Ab, SV Litfaßsäule und Wasserstrahlpumpe – Versuche mit Luft

Schülerversuch 1:

Flasche und Teelicht

Schülerversuch 2:

Unterdruck

V: 5 min

D: 5 min

bzw.

V: 10 min

D: 15 min

Teelicht

leere Wein- oder

Sprudelflasche

Streichhölzer

Wasserstrahlpumpe mit Vakuumschlauch (aus der Physiksammlung)

Glasglocke mit Schlauch-anschluss

Becherglas

Wasser, Luftballon, Schokokuss

Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 13.

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IIIM 3 Zack! – Eine Bauanleitung für eine Dosenrakete

Schülerversuch Vorbereitung: 10 min Durchführung: 15 min

Materialien

leere Filmdosen (im Fotogeschäft erhältlich) oder

leere Brausetablettenhülsen

1 Tüte Backpulver (für 500 g Mehl)

3 Teelöffel Salatessig (oder Essigessenz)

Flüssigkleber

Tonpapier

Zirkel

Schere

2 Schutzbrillen

Haargummis

Teelöffel

50-ml-Becherglas

Papiertaschentücher

Bauanleitung

1. Raketenspitze

– Schneide aus dem Tonpapier einen Kreis mit dem Radius 3,5 cm (für die Brausetabletten-dose) oder 2,5 cm (für die Filmdose) aus.

– Schneide den Kreis bis zum Mittelpunkt ein und forme eine Tüte.

– Diese Tüte klebst du auf den Boden der Dose.

2. Raketenflügel

– Schneide drei Flügel aus (Vorlage: siehe M 4).

– Falte die Klebeflächen und klebe sie oberhalb des Deckels an die Röhre.

Versuchsaufbau und -durchführung

1. Fülle zuerst drei Teelöffel Essig in das Becherglas. Gib dann die gesamte Menge Backpulver in die Rakete und gieße anschließend den Essig aus dem Becherglas dazu. So stellst du zügig das Reaktionsgemisch her.

2. Achte darauf, dass du den Deckel gut verschließt.

3. Schüttele die Rakete kräftig.

4. Stelle die Rakete auf den flachen Boden.

5. Geh in Deckung!

Beachte:

Beim Einfüllen des Treibstoffs und beim Raketenstart immer eine Schutzbrille tragen! Eine Schwimmbrille ist gut geeignet, wenn du den Versuch zu Hause machst.

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IIIM 6 Litfaßsäule und Wasserstrahlpumpe – Versuche mit Luft

Schülerversuch 1: Flasche und Teelicht

Vorbereitung: 5 min Durchführung: 5 min

Materialien

Teelicht

leere Wein- oder Sprudelflasche

Streichhölzer

Versuchsaufbau und -durchführung

Stelle das Teelicht dicht hinter die Flasche und zünde es an. Blase nun von vorn mehrmals kräftig gegen die Flasche.

Versuchsbeobachtung

Schreibe deine Beobachtung in dein Heft. Zeichne Flasche, Teelicht und Luft von oben.

Schülerversuch 2: Unterdruck

Vorbereitung: 10 min Durchführung: 15 min

Materialien

Wasserstrahlpumpe mit Vakuumschlauch (aus der Physiksammlung)

Glasglocke mit Schlauchanschluss

Becherglas

Wasser, Luftballon, Schokokuss

Versuchsaufbau und -durchführung

a) Fülle das Becherglas mit Wasser, das Zimmertemperatur hat (20 °C), und stelle es unter die Glasglocke.

Schließe die Wasserstrahlpumpe am Wasserhahn an und verbinde sie mithilfe des Vakuumschlauches mit der Glas-glocke. Durch Öffnen des Wasserhahns stellst du die Pumpe an. Beobachte, was passiert.

b) Blase den Luftballon ein wenig auf, knote ihn zu und setze ihn unter die Glasglocke. Fahre fort, wie unter a).

c) Setze den Schokokuss unter die Glasglocke. Fahre fort, wie unter a).

Versuchsbeobachtung

Schreibe deine Beobachtungen ins Heft.

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Litfaßsäule vor Fassade

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Wasserstrahlpumpe

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IIIErläuterungen und Lösungen

M 1 Ein Wandrelief über Johannes Kepler – finde den Fehler!

Kopieren Sie die Abbildung auf Folie und zeigen Sie sie über den OHP.

Das aus 10 Schiefertafeln bestehende Wandrelief befindet sich am Haupteingang zur Johannes-Kepler-Schule in Süchteln/Viersen und zeigt den großen Naturwissenschaftler Johannes Kepler. Das Relief wurde in den 50-iger Jahren von dem Bildhauer Josef Flamm aus Mönchengladbach-Rheydt geschaffen. Es hat eine Größe von 4 mal 2 Metern.

Ihre Schüler sollen das Relief beschreiben. Das genaue Beobachten ist Voraussetzung dafür, um − wie Johannes Kepler − zu naturwissenschaftlichen Erkenntnissen zu gelangen.

Lösungen

Das Relief im Eingangsbereich der Johannes-Kepler-Schule lässt Folgendes erkennen:

– Name: Johannes Kepler

– Lebensdaten: 1571–1630

– Die Augen haben keine Pupillen.

– Die Kleidung sieht merkwürdig aus.

– Kepler hält einen Zirkel und eine große Kugel in der Hand.

– Der Begriff Harmonice mundi (Weltharmonik) weist auf sein Lebenswerk hin.

– Eine ellipsenförmige Bahn verläuft um die Kugel, die Kepler in der Hand hält. Um den auf der Bahn kreisenden Körper kreisen wiederum Kugeln, ebenfalls auf Ellipsen-bahnen.

Hierin liegt der Fehler, der dem Künstler unterlaufen ist:

Aufgrund der Größenverhältnisse der Kugeln kommt der aufmerksame Betrachter zu dem Schluss, dass die Kugel, die Kepler in der Hand hält, die Sonne symbolisiert. Die Kugel, die um die Sonne kreist, stellt demzufolge die Erde dar.

Aber schon Kepler hatte erkannt, dass die Planeten um die Sonne kreisen und nicht um die Erde. Sein erstes Kepler’sches Gesetz lautet: Die Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.

M 2 Peri Langhals und seine Schwester Kaleido Skopia

Eine Schülerin oder ein Schüler mit schauspielerischer Begabung trägt den Text vor. Möglicherweise geben Sie ihr oder ihm die Möglichkeit, sich zu Hause vorzubereiten.

M 3 Zack! – Eine Bauanleitung für eine Dosenrakete

Dieser Versuch ist im Freien durchzuführen, zum Beispiel auf dem Schulhof.

Mädchen bzw. Jungen mit langen Haaren binden diese aus Sicherheitsgründen mit einem Haargummi zusammen.

Die Schüler müssen eine Schutzbrille tragen. Essigspritzer in den Augen erzeugen Reizungen, es brennt und tut weh. Lassen Sie alle Schüler die Sicherheitsbelehrung auf der folgenden Seite unterschreiben. Draußen haben Sie die Möglichkeit, bei „Verstoß gegen den Vertrag“ die entsprechenden Schüler gegebenenfalls auszuschließen.

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