Warme Luft steigt nach oben - Warme Luft braucht mehr Platz als kalte Luft

Überprüfung der Thesen 'Warme Luft steigt nach oben - Warme Luft braucht mehr Platz als kalte Luft' an Hand von Versuchen

Thema der Unterrichtseinheit: Die Eigenschaften von Luft

1. Stellung der Stunde in der Unterrichtseinheit: Die Eigenschaften von Luft

1. Stunde: Vorwissen und Erfahrungen der Schülerinnen und Schüler, Brainstorming

2. Stunde: Formulierte Thesen beraten, begründen und ordnen

3. Stunde Luft ist überall - Luft sichtbar machen

4. Stunde Luft hat Kraft

5. Stunde Warme Luft steigt nach oben - Warme Luft braucht mehr Platz als kalte Luft

6. Stunde Luft bremst

7. Stunde: Luft treibt an

8. Stunde: Luft hat Gewicht

9. Stunde: Wiederholung, Festigung, Rückmeldung

2. Kompetenzen:

- Die SuS gewinnen mit Hilfe von Experimenten neue Kenntnisse über Naturphänomene und deren Zusammenhänge.

- Sie erlernen und nutzen naturwissenschaftliche Untersuchungsmethoden, indem sie Versuchsabläufe genau beobachten, Fragen stellen und ihr Vorwissen in ihre Überlegungen einbeziehen.

- Sie erkennen und benennen die grundlegenden Eigenschaften von Luft.

3. Bezüge zu weiteren Themen der schulinternen Stoffpläne:

- Atmung (Der Weg der Luft) Klasse 2000 1.Klasse

- Sinne (Schallwellen) 2.Klasse

- Wetter, Wasserkreislauf 3.Klasse

- Wald, Bäume, Photosynthese 4.Klasse

4. Sachanalyse

Die Erde wird bis in eine Höhe von etwa 500 km von einer Lufthülle, der Erdatmosphäre, umgeben. Die Atmosphäre ist in vier Hauptschichten unterteilt (Troposphäre 10 km, Stratosphäre 50 km, Mesosphäre 80 km und Thermosphäre) und setzt sich aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 1% anderen Gasen und Wasserdampf zusammen. Die Lufthülle der Erde, mit der Ozonschicht als Schild, schützt den Planeten vor den schädlichen ultravioletten Strahlen der Sonne, vor Überhitzung und vor Auskühlung.

Ausschließlich in der Troposphäre, der unteren Schicht der Erdatmosphäre, entsteht das Wetter. Die Gase in dieser Schicht geraten durch Aufheizung und Abkühlung immer wieder neu in Bewegung.

Innerhalb unseres Sonnensystems ist die Erde vermutlich der einzige Planet, auf dem Leben möglich ist. Dieses Leben wird grundlegend bestimmt durch die Lebensgemeinschaften zwischen Pflanzen, Tieren und Menschen, dem Ökosystem, das in der Biosphäre stattfindet.

Für ein störungsfreies Gelingen der vielen ineinander greifenden Lebensprozesse sind die Stoffkreisläufe der Erde verantwortlich (Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf, Sauerstoffkreislauf).

Menschen und Tiere erhalten die für das Leben notwendige Energie aus ihrer Nahrung. Für die Umwandlung von Nahrung in Energie in den Körperzellen ist der eingeatmete Sauerstoff grundlegend. Das durch die Verarbeitungsprozesse entstandene Kohlendioxid verbrauchen wiederum die Pflanzen als Grundlage für die Photosynthese.

Ohne Luft wäre das Leben auf der Erde nicht möglich.

Zu den Eigenschaften der Luft

Ø Luft ist ein Gasgemisch, hat daher keine feste Gestalt und besitzt die Eigenschaft der Raumerfüllung. Den Raum, der von Luft oder einem Körper eingenommen wird, bezeichnet man als Volumen. Das Volumen wird mit den Einheiten Kubikmeter oder Liter gemessen.

Ø Luft hat wie auch andere Körper ein Gewicht. Gewicht bezeichnet die Kraft, mit der ein Körper, in Folge der auf den Erdmittelpunkt gerichteten Erdanziehung, auf eine Fläche drückt.

Ø Luft hat eine Masse. Das ist die Menge eines Stoffes, die in Kilogramm gemessen wird. Ein Liter Luft wiegt etwa 1,293 Gramm.

Ø Als Luftdruck (das Verhältnis der Kraft zur Fläche) bezeichnet man den Druck, den die Luft der Atmosphäre aufgrund ihrer Schwerkraft auf ihre Unterlage ausübt. Er beträgt etwa 1kg pro Quadratzentimeter und ist abhängig von den Luftbewegungen in der Erdatmosphäre.

Ø Luft zeigt einen statischen Auftrieb, auch in Verbindung mit Wasser. Dies ist eine, der Schwerkraft entgegenwirkende Kraft, nach dem archimedischen Prinzip. Danach „verliert der Körper dann scheinbar so viel an Gewicht, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeits- oder Gasmenge wiegt (archimedisches Prinzip). Ist dieses Gewicht größer als sein eigenes, steigt der Körper auf."¹

Ø Gerät ein Körper in Bewegung, verdrängt er die ihn umgebende Luft und erzeugt eine Kraft, die der Bewegungsrichtung entgegenwirkt, den Luftwiderstand.

Ø Schallwellen sind Schwingungen, die in Form von geringen Luftdruckschwankungen transportiert werden

5. Lernvoraussetzungen

Die Klasse 2c setzt sich aus 11 Mädchen und 13 Jungen zusammen. Seit Beginn des ersten Schuljahres führe ich die Klasse als Klassenlehrerin und unterrichte die Fächer Deutsch, Sachunterricht, Kunst, Sport und Musik.

Das Lernklima in der Klasse kann insgesamt als positiv bezeichnet werden. Große Motivation zeigen viele Kinder besonders dann, wenn sie die Gelegenheit erhalten, selbstständig in kleinen Gruppen Arbeiten auszuführen.

Die SuS der Klasse 2c haben verschiedene Arbeits- und Sozialformen (Partner- und Gruppenarbeit, Werkstattarbeit, Arbeitsplan, Arbeit mit Karteikarten) bereits kennen gelernt.

Drei Kinder haben nach wie vor Schwierigkeiten, sich in Kleingruppen zu integrieren oder erfolgreich in den Gruppen mitzuarbeiten.

Max ist inzwischen, mit Hilfe des Medikaments Ritalin, in der Lage bis zur vierten Stunde recht konzentriert mitzuarbeiten. Er wurde von seinen Mitschülern aber bis zum Ende der ersten Klasse aufgrund seines manchmal sehr aggressiven und unkontrollierten Verhaltens abgelehnt, was bei ihm zu Enttäuschungen und weiteren aggressiven Handlungen führte. Robin besitzt nur eine sehr geringe Frustrationstoleranz und zieht sich bei Misserfolgserlebnissen sofort zurück, verweigert die weitere Mitarbeit und verkriecht sich in für ihn schwierigen Situationen unter dem Tisch. Bidiha stammt aus einer kroatischen Familie mit einem schwierigen familiären Hintergrund. Es ist nach wie vor schwer für sie „Freunde" zu finden, weil sie einige Regeln des freundlichen Umgangs nicht beherrscht.

¹ entnommen aus: www.learn-line.nrw.de/angebote/gssachunterricht

Außerdem fällt es sechs Jungen bei offenen Aufgabenstellungen noch sehr schwer, konzentriert und selbstverantwortlich zu arbeiten. Sie brauchen klare Arbeitsanweisungen und oft auch das Gefühl der direkten Kontrolle durch die Lehrerin.

Alle Kinder der Klasse zeigten bisher ein großes Interesse am Unterricht mit naturwissenschaftlichen Themen, besonders dann, wenn Experimente durchgeführt wurden.

Sowohl das Beschreiben und Dokumentieren von Versuchsergebnissen, als auch das selbstständige Erlesen und Umsetzen schriftlicher Arbeitsaufträge fällt vielen Schülern noch schwer.

Im Rahmen des Unterrichts der Klasse 2000 wurde bereits erarbeitet, dass Luft lebensnotwendig für Menschen ist, dass Luft Sauerstoff enthält und dass der Weg der Luft in den menschlichen Körper über Mund oder Nase, über die Luftröhre in die Bronchien und dann in die Lunge geht.

6. Didaktische Vorüberlegungen

Erfahrungen mit Luft, besonders der Atemluft bei Kälte oder dem Aufpusten und Spielen mit Luftballons, können bei allen Kindern vorausgesetzt werden. Auch, dass die Luft Sauerstoff enthält und dass Menschen die Luft zum Leben brauchen, gehört zum Wissen dieser Altersgruppe. Darüber hinausgehende Kenntnisse sind in Grundlagen sicher bei mehreren Kindern durch naturwissenschaftlich orientierte Kinderbücher, Fernsehsendungen oder Beschäftigung mit dem Computer vorhanden.

Diese Vorerfahrungen der Kinder sind die Grundlage, auf der, mit Hilfe von Versuchen, tiefere Einsichten erlangt, Zusammenhänge erkannt und Wissen systematisch aufgebaut wird. Dafür eignen sich besonders solche Versuche gut, die die unterschiedlichen Eigenschaften von Luft deutlich zeigen.

Darüber hinaus bieten sich Versuche für Kinder der zweiten Klasse an, weil sie stark motivieren, Erkennen durch handelnden Umgang ermöglichen und in dieser Thematik kaum Verletzungsgefahren für die Kinder bergen. Die Experimente führen die SuS zum genauen Beobachten und ermöglichen über das Staunen und Nachdenken das Verstehen physikalischer Zusammenhänge. Im Sinne eines wissenschaftlichen Arbeitens wird das Verfahren angebahnt, eine aufgestellte Vermutung mit Hilfe eines Experiments zu überprüfen und gegebenenfalls zu beweisen.

Das Verwenden von Alltagsmaterialien, die die SuS zu Hause wieder finden, ist sinnvoll. So können die Kinder die im Unterricht erlernten Versuche zu Hause wiederholen und ihre erworbenen Kenntnisse festigen. Dies gewährleistet, dass die anfänglich spielerischen und eher intuitiven Aktivitäten der Kinder zunehmend mehr in bewusste Handlungen und Zusammenhänge erklärende Informationen übergehen.

Damit es den Kindern gelingt Versuchsbeobachtungen zu dokumentieren, Vermutungen und Erklärungen zu finden, sowie zu formulieren, müssen Versuchsprotokolle einfach gestaltet und deren Bearbeitung an Beispielen geübt werden.

7. Methodische Vorüberlegungen zur Unterrichtseinheit

Das Vorwissen und die Erfahrungen der Kinder zum Thema Luft sollen zu Beginn der Einheit durch ein Unterrichtsgespräch im Sitzkreis erkundet und von der Lehrerin schriftlich festgehalten werden. Außerdem werden die SuS sich gegenseitig zum Thema interviewen und gemeinsam Quizfragen entwickeln, die am Ende der Unterrichtseinheit in einem Spiel wieder aufgegriffen und gemeinsam beantwortet werden.

Anschließend sollen die SuS Textstreifen mit vorformulierten Thesen zum Thema Luft lesen und an der Tafel mit Hilfe von Magneten in eine Tabelle einordnen (stimmt - stimmt nicht - weiß ich nicht, müssen wir überprüfen). Die vorgegebenen Thesen sind so gewählt, dass grundlegende Eigenschaften der Luft, der Inhalt dieser Unterrichtseinheit, vertreten sind.

Die Überprüfung auf Korrektheit erfolgt durch die Lehrerin, die nicht einstimmig zugeordnete oder falsche Einordnungen in die Spalte „Das müssen wir überprüfen" sortiert.

Anhand der folgenden Versuche sollen die Vermutungen der Kinder verifiziert oder gegebenenfalls auch verändert werden:

Lässt sich Luft von einem Glas in ein anderes umfüllen? (Luft ist überall. Luft ist leichter als Wasser. Luft kann Wasser verdrängen. Luft kann man sichtbar machen) Kann Luft einen Bücherstapel hochheben? (Luft hat Kraft.) Was macht ein über einen Flaschenhals gezogener Luftballon, wenn man die Flasche in warmes Wasser stellt? Was passiert mit einem auf einen Flaschenhals gelegten 10ct Stück, wenn die Flasche erwärmt wird? (Warme Luft steigt nach oben. Warme Luft ist leichter als kalte Luft. Warme Luft braucht mehr Platz als kalte Luft.) Was verändert sich, wenn zwei Kinder mit einer Pappe/ohne Pappe laufen? Muss mehr Kraft aufgewandt werden? Was bewirkt ein Karton vor der Brust beim Laufen? (Luft bremst) Warum bewegt sich das „Windrad", die „Windmühle"? (Luft treibt an. Luft hat Kraft) Wir wiegen Luft. (Luft hat Gewicht.)

 

Mit Hilfe eines Lückentextes (Einzelarbeit) und einem Arbeitsblatt mit Quizfragen (Partnerarbeit) werden wichtige Erkenntnisse aus der vorangegangenen Unterrichtseinheit wiederholt und gefestigt.

Den Abschluss der Einheit bildet ein Quiz mit den Fragen der Kinder und ein Arbeitsblatt, auf dem jedes Kind im Ankreuzverfahren die zu Beginn der Unterrichtseinheit vorgegebenen Thesen mit „richtig" oder „falsch" bewerten kann (Rückmeldung über den Lernzuwachs).

8. Methodische Vorüberlegungen zur Unterrichtsstunde

Von den zu Beginn der Unterrichtseinheit in einer Tabelle eingeordneten Thesen bestimmen in der heutigen Stunde folgende Aussagen den Aufbau der Versuche:

Ø Warme Luft braucht mehr Platz als kalte Luft.

Ø Warme Luft steigt nach oben.

Ø Warme Luft ist leichter als kalte Luft.

Diese Sätze sind für alle Kinder an der Pinnwand einsehbar.

Nach der Begrüßung stellt die Lehrerin die Problemstellung der Stunde vor und weist den Gruppen ihre Arbeitsplätze zu.

Es folgt eine Belehrung über den Umgang mit heißem Wasser und einem Föhn.

Nachdem die Kinder das Arbeitsblatt mit der Versuchsanleitung erhalten haben, beginnen sie mit dem Erlesen der Anweisung und führen dann die Experimente durch. Dabei steht die Lehrerin den einzelnen Gruppen helfend zur Seite.

Nach mehrmaligem Durchführen der Versuche, räumen die SuS ihre Versuchsmaterialien auf einen „Sammeltisch" und treffen sich im Sitzkreis.

Einzelne Kinder beschreiben ihren Versuch und das Versuchsergebnis.

Alle SuS werden aufgefordert über Erklärungsmöglichkeiten nachzudenken und ihre Vermutungen zu äußern. Gegebenenfalls weist die Lehrerin auf die Thesen an der Pinnwand hin.

Nach dem Vorstellen und der Auswertung der Versuche im Kreis wird das Ausfüllen der Versuchsprotokolle an der Tafel erarbeitet.

Nun erhält jedes Kind ein in den Grundlagen vorgefertigtes Versuchsprotokoll mit dem Auftrag, den Versuchsaufbau zu malen, einen angefangenen Satz zu vervollständigen und das Ergebnis des Versuchs zu erklären.

Das Versuchsprotokoll kann von den langsamer arbeitenden SuS zu Hause fertig gestellt werden.

Den schneller arbeitenden SuS wird als Zusatz das Basteln einer Luftschlange oder das Ausmalen eines thematisch passenden Mandalas angeboten.

9. Stundenverlaufsplanung

Uhrzeit	Phase	geplantes Lehrer/innenverhalten	erwartetes Schüler/innenverhalten	Unterrichts-/ Sozialformen
9.45-9.55                                             9.55-10.00       10.00-10.10           10.10-10.25   10.25-1030	Einstieg Problem-stellung	„Heute ist es eure Aufgabe, Versuche in Gruppen durchzuführen und herauszufinden, ob es stimmt, dass warme Luft Platz braucht, nach oben steigt und leichter ist als kalte Luft." „Lest die Aufgaben bitte genau durch, besprecht, ob sie von jedem Kind der Gruppe verstanden wurde, holt dann erst die Dinge, die ihr braucht und führt euren Versuch aus. Geht sehr vorsichtig und langsam mit dem heißen Wasser um. Heißes Wasser ist gefährlich!" L. schreibt an die Tafel: 1.lesen 2.nachfragen 3.Material holen 4.Vorsicht! L. weist den Gruppen ihre Arbeitsplätze zu und verteilt die Aufgabenkarten. L. unterstützt SuS L. bittet SuS Material aufzuräumen. L. bittet SuS i. d. Stuhlkreis   L. bittet um Ergänzung d. Tafelsätze.	SuS hören zu und fragen nach.                                             SuS lesen den Tafeltext und wiederholen die Aufgabenstellung     SuS zu ihrem Arbeitstisch, lesen, klären, holen Material und führen Versuche aus. SuS räumen auf.   SuS zeigen Versuche u. interpretieren die Beobachtungen. SuS schreiben an der Tafel und arbeiten am Versuchsprotokoll	L. informiert über das Stundenthema und erläutert Arbeitsauftrag                                   Wiederholung       Gruppenarbeit Schülerversuche       Demonstration und Ergebnissicherung

10. Literatur

Das Ravensburger Schüler Lexikon 1999 Ravensburger Buchverlag Otto Maier GmbH Chemol , Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Lehrerband zum Sachbuch Kunterbunt, Klett-Verlag Kerncurriculum für das Fach Sachunterricht Bergedorfer Grundschulpraxis: Sachunterricht, Natur und Leben, Persen Verlag Praxis Grundschule 1994 Heft 5, 1998 Heft 4, 2000 Heft 6, 2001 Heft 1, Westermann Versuchen und Verstehen, Verlag an der Ruhr

 

Internet:

www. learn-line.nrw.de/angebote/gssachunterricht