Der Hebel / das Hebelgesetz im Unterricht

Inhaltsverzeichnis

1.  Voraussetzungen  1

1.1.  Anthropogene Voraussetzungen  1

1.1.1.  Entwicklungsstand der Schüler innen  1

1.1.2.  Leistungsstand Leistungsbereitschaft  2

1.1.3.  Tabellarische Übersicht  4

2.  Didaktische Analyse  5

2.1.  Intentionalität  5

2.1.1.  Richtziel  5

2.1.2.  Stundenziel  5

2.1.3.  Feinziele  5

2.1.4.  Lernziele der sozialen Dimension  6

2.2.  Thematik  6

2.2.1.  Curricularer thematischer Zusammenhang  6

2.2.2.  Begründung der Thematik  7

2.2.3.  Sachanalyse  7

2.2.4.  Medienanalyse und Materialeinsatz  9

  Methodik  11

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2.3.1.  Methodenkonzeption  11

2.3.2.  Artikulation mit Darstellung der Sozial- Aktionsformen  

  und Medien  11

  Anhang  

3.  Verlaufsplanung  

4.  Geplantes Tafelbild  

5.  Literaturverzeichnis  

6.  Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien  

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1. Voraussetzungen

1.1. Anthropogene Voraussetzungen

1.1.1. Entwicklungsstand der Schüler

Der Kurs 9ef besteht aus 8 Mädchen und 13 Jungen, die alle zwischen 14 und 15 Jahre alt sind.

Folgt man Oerter et al (2002, S. 258ff)), so befinden sich die Schüler 1 in dieser Altersphase im Jugendalter, der sogenannten „Adoleszenz“. Pubertät und biologische Veränderungen beeinflussen Wahrnehmung und subjektives Empfinden in der Art, dass diese Phase von der Suche nach einer eigenen Identität bestimmt wird. Dies zeigt sich bei vielen Schülern in ei- nem Wechsel zwischen kindlichem Verhalten und Erwachsenwerden. Die Schüler wirken daher oftmals betont unangreifbar und unbekümmert (XXX) oder auch abwesend und mit sich selbst beschäftigt (XXX). Gerade die Jungs reagieren in dieser Zeit manchmal recht schroff, wohingegen die Mädchen zumindest nach außen einen etwas ausgeglicheneren Eindruck machen (XXX). Bei manchen Mädchen zeigt sich aber auch eine manchmal über- trieben wirkende Mitarbeit (XXX).

Dies bestätigt sich auch, wenn man die „Stufen der kognitiven Entwicklung“ nach Jean Pia- get in Betracht zieht (vgl. Oerter & Montada, 2002). Demnach befinden sich die Schüler nicht mehr im Stadium des konkret-operationalen Denkens, sondern im Stadium des formal- operationalen Denkens. Sie sind also in der Lage zu analysieren, kombinieren oder abstra- hieren.

Der Physikunterricht kann jetzt eine wichtige Doppelfunktion in der Förderung dieser abs- trakt-logischen Denkprozesse übernehmen. Zum einen, weil er solche Denkprozesse anre- gen kann (z.B. freies Experimentieren, Hypothesen bilden, Vermutungen äußern, ganz neue Zusammenhänge über die „Dinge“ des Lebens erkennen), und zum anderen, weil er sie stützt und einschleift (Hypothesen überprüfen und verifizieren, Gesetze bilden, Modelle und Analogien kennen lernen, etc.).

In diesem Kurs zeigt sich ein abstraktes Denkvermögen schon deutlich bei XXX. Die ande- ren Schüler kann ich noch nicht richtig einschätzen. Es zeigt sich aber, dass man einen Schüler manchmal unterschätzt, wenn man ihn als weniger „entwickelt“ im Vergleich zu den anderen Schülern betrachtet.

Die sprachliche Entwicklung der Schüler ist nicht bei allen voll ausgeprägt, für einen anre- genden Physikunterricht aber ausreichend. Das Üben und Wiederholen von Fachausdrücken benötig teilweise viel Zeit und Geduld, weil im Lernvermögen der Schüler noch wenig Anker-

1 Ich schreibe aus Gründen des Leseflusses immer „Schüler“, meine aber eigentlich „Schüler und Schülerinnen“. Bei Unterscheidungen benutze ich „Mädchen“ bzw. „Jungs“.

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punkte für solche naturwissenschaftlichen Informationen bestehen. Der Begriffsbildung und der Analogiebildung kommt daher eine wichtige Rolle zu.

Vor allem XXX können sich schon gut artikulieren und physikalischen Sachverhalten Aus- druck verleihen. XXX haben hier mehr Probleme, wobei ich der Meinung bin, dass dies zum Teil auch an einem mangelnden Selbstbewusstsein liegen könnte. Der Physikunterricht kann diesem Mangel durch das Üben, Vermutungen zu äußern, entgegentreten.

Meine geplante Unterrichtsstunde will der Forderung gerecht werden, solche abstrakten Denkprozesse gerade durch Selbsttätigkeit der Schüler zu initiieren. Über selbstständiges Experimentieren, Messreihen auswerten und bilden von Gesetzen aus physikalischen und mathematischen Zusammenhängen werden genau solche abstrakt-logischen Denkstrukturen angeregt, die in der Gruppe erarbeitet, zudem ein positives Selbstbild der Schüler unterstüt- zen können. Dies zeigt sich in meiner Stunde in einer ausgeprägten Gruppenarbeitsphase, die bis zur einfachen Gesetzbildung am mechanischen Hebel führen soll.

1.1.2. Leistungsstand / Leistungsbereitschaft

Wissen

Das Vorwissen in Physik stützt sich auf den bis in Klasse 8 erteilten Unterricht im Fach Na- turwissenschaft (NW) und ist nicht für alle Schüler gleich und daher recht diffus. Als Grund- lage zur Einschätzung der Schüler nehme ich die Halbjahreszeugnisnoten sowie meine Er- fahrungen, die ich in mehreren Unterrichtsstunden sammeln konnte.

5 Schülerinnen (XXX) haben den Hebel in der 7. Klasse schon mal bei ihrem Klassenlehrer,

Hr. XXX, thematisiert. Da ich für diese Stunde aber nicht allzu viel vorwegnehmen wollte, bin ich nicht zu sehr differenziert auf ihr Vorwissen eingegangen. Als ich sie fragte, was sie denn noch zum Thema Hebel wissen, erntete ich Schweigen. Trotzdem kann es sein, dass sie einige Zusammenhänge wieder abrufen können. Deshalb habe ich dies in der Gruppenein- teilung berücksichtigt und 5 der 7 Gruppen jeweils eine dieser Schülerinnen als „Expertin“ zugeordnet (vgl. Kap. 2.3.2.).

Ich konnte in der Mechanik nur 2 Wiederholungsstunden als Grundlage für die Lehrprobe vorausschicken (vorher war noch die Elektrizität Teil des Stoffverteilungsplanes), in denen ich das Thema „Kraft“ wiederholte und wichtige Inhalte für diese Stunde erarbeitete. Daher fällt es mir schwer das Vorwissen und vorhandene Fehlvorstellungen der Schüler in der Me- chanik richtig einzuschätzen. Die Unterrichtstunde ist daher so konzipiert, als wenn die Schüler kein Vorwissen zum Thema Hebel haben und bezieht sich daher am Anfang auf die Alltagserfahrungen der Schüler, und nicht auf deren Fachwissen.

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Fähigkeiten / Fertigkeiten Die Schüler haben alle Erfahrungen im selbstständigen Experimentieren und der Auswertung entsprechender Arbeitsaufträge (Messwerte aufnehmen und ggf. auswerten). Sie sind Grup- penarbeit gewöhnt und arbeiten in aller Regel recht konzentriert und zielorientiert. Das Beschreiben von physikalischen Vorgängen und Abläufen mit eigenen Worten und in ganzen Sätzen fällt manchen Schülern etwas schwer (XXX) und bedarf einiger Übung. Aller- dings gibt es auch einige Schüler, denen das Denken in physikalischen Zusammenhängen leichter fällt und die offensichtlich diesbezüglich auch stärker intrinsisch motiviert zu sein scheinen (XXX). Diesen Umständen will ich durch eine entsprechende Aufteilung der Grup- pen gerecht werden.

Die Schüler können zudem einfache (mathematische) Abhängigkeiten in Messwertreihen erkennen und daraus einfache Merksätze bilden (z.B. Proportionalität), da sie dies im Zu- sammenhang mit dem Ohmschen Gesetz oder der elektrischen Leistung geübt haben. Auch wenn es einigen Schülern sicherlich etwas schwerer fällt (XXX).

Haltung

Die Mehrzahl der Schüler zeigt sich dem Fach Physik gegenüber aufgeschlossen und positiv eingestellt. Experimente werden in aller Regel aufmerksam verfolgt und gerne auch selbst durchgeführt. Dem habe ich versucht zu entsprechen.

Die Jungs wirken manchmal interessierter und es fällt ihnen auch leichter Alltagserfahrungen physikalisch zu beschreiben und richtig einzuordnen. Trotzdem sind auch die Mädchen recht schnell für das Fach Physik zu begeistern, wenn es anschaulich bleibt. Ich denke, dass es aus diesem Grund gerade für die Mädchen angenehm ist, den Themenblock „Elektrizität“ zu verlassen und in der Mechanik wieder besser Ursache und Wirkung zu „sehen“. Nur XXX sind diesbezüglich eher verschlossen. Sie sind für mich schwerer einzuschätzen.

Mitarbeit

Der Großteil der Schüler arbeitet gut mit. Vor allem XXX wirken stets motiviert und lassen sich selbst durch Unruhe anderer Schüler kaum ablenken.

XXX sind mir zu ruhig und bedürfen des Öfteren einer Aufforderung sich mündlich zu beteili-

gen, wohingegen XXX ab und an das Unterrichtsgeschehen auf sich lenken möchten, ohne allerdings wirklich negativ aufzufallen. XXX sind oft mit anderen Dingen beschäftigt, aller- dings ohne wirklich laut zu werden.

Disziplin

Die Schüler neigen dazu, eigene Gedanken und Antworten unaufgefordert in die Klasse zu rufen und manchmal laut zu lachen. Trotzdem bezeichne ich diesen Physik-Kurs als ange-

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nehm und diszipliniert. Unruhe entsteht hin und wieder, ist aber nie gegen den Lehrer gerich- tet und lässt sich durch „normale“ Ermahnungen auch schnell wieder eindämmen. Hausauf- gaben werden zufriedenstellend bearbeitet und die Klasse bietet die Möglichkeit in aller Re- gel pünktlich mit dem Unterricht zu beginnen. Wirkliche Disziplinprobleme konnte ich also noch keine feststellen.

1.1.3. Tabellarische Übersicht

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2. Didaktische Analyse

2.1. Intentionalität

2.1.1. Richtziel

„Der Physikunterricht soll die Schüler in die Wissenschaft Physik einführen und ihnen hilfrei- che Kenntnisse zum kritischen Verstehen physikalischer Vorgänge, die in der Gesellschaft und im Alltag von Bedeutung sind, vermitteln“ (vgl. Ministerium für Bildung, Kultur und Wis- senschaft, 1998, S. 2).

2.1.2. Stundenziel

Die Schüler lernen, dass beim mechanischen Hebel der Zusammenhang zwischen den wir- kenden Kräften und der Länge der Hebelarme durch das Hebelgesetz ausgedrückt wird.

2.1.3. Feinziele

Die Schüler

x ordnen einem Hebel mit Hilfe von Textschildern Drehpunkt, Last- und Kraftarm sowie wirkende Kräfte zu (FZ1 - Reorganisation).

x formulieren mit Hilfe von Schülerexperimenten und Arbeitsblatt in Gruppenarbeit wichtige Merksätze sowie ein Gesetz für den mechanischen Hebel (FZ2 - Reorganisation).

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2.1.4. Lernziele der sozialen Dimension

Die Schüler arbeiten in der Gruppe kooperativ, zielorientiert und rücksichtsvoll an einem ge- meinsamen Ziel.

2.2. Thematik

2.2.1. Curricularer / thematischer Zusammenhang

Das Thema „Hebel“ findet sich in den saarländischen Lehrplänen sowohl in Klassenstufe 7 im Fach Naturwissenschaften in der Unterrichtseinheit „Fortbewegung in Natur und Technik“ (vgl. Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft Saarland, 1999, S.44) als auch in Klassenstufe 9 (vgl. Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft Saarland, 1998). Die Unterrichtseinheit wird im Entwurf des Stoffverteilungsplanes für Gesamtschulen als „Vertiefung der Mechanik“ bezeichnet und umfasst die folgenden inhaltlichen Schwerpunkte (vgl. Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft Saarland, 2002, S.5): x Einfache Maschinen, Drehmoment und Hebelgesetz

x Hebelwirkung bei Rädern und Wellrad x Kombination von Rollen und Flaschenzug x Goldene Regel der Mechanik x Kräfteparallelogramm

Im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit stand bisher die Wiederholung grundlegender me- chanischer Sachverhalte im Hinblick auf den Begriff „Kraft“:

x Die Wirkung von Kräften (Änderung des Bewegungszustandes oder Verformung) x Fehlvorstellungen der Schüler x Darstellung von Kräften als Pfeile (Größe, Richtung, Angriffspunkt) x Kraftmesser (Funktionsweise und Messung) x Gewichtskraft

Im Anschluss an diese Unterrichtsstunde werden zunächst einseitige und zweiseitige Hebel unterschieden und dann der „Drehmoment“ eingeführt. Danach werden sukzessive das „Wellrad“, die „Rolle“, der „Flaschenzug“ und die „schiefe Ebene“ thematisiert und unter dem Begriff „Einfache Maschinen“ zusammengefasst. Abgeschlossen wird diese Unterrichtsein- heit mit der „Goldenen Regel der Mechanik“ und der Darstellung von Kräften in „Kräfteparal- lelogrammen“, so dass die gesamte Einheit einen Umfang von ca. 10 Unterrichtstunden ein- nehmen wird.

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