I. Schriftliche Unterrichtsvorbereitung

Schallübertragung in festen und flüssigen Medien

---

Thema der Stunde:

Schallübertragung in festen und flüssigen

Medien

Zentrale Absicht der Stunde:

Durch die Auseinandersetzung mit Experimenten zur Schallübertragung erkennen die Kinder, dass sich

Schall in flüssigen und festen Medien ausbreitet.

vorgelegt von:

xxx

Schule:

xxx

Klasse:

xxx

Datum:

xxx

Zeit:

xxx

Schulleiterin:

xxx

Schulamtsdirektorin:

xxx

Schulamtsdirektorin:

xxx

---

1. Thema der Unterrichtsreihe:

Schall ­ Was ist das?

2. Aufbau der Unterrichtsreihe:

1. Einheit:

Hörspaziergang ­ Geräusche in der Umwelt bewusst wahrnehmen

2. Einheit:

Schallerzeugung ­ Geräusche erkennen und machen

3. Einheit:

Schallübertragung in Luft

4. Einheit:

Schallübertragung in festen und flüssigen Medien

5. Einheit:

Schallausbreitung ­ Experimente zur Schallausbreitung

6. Einheit:

Ohr und Hören

7. Einheit:

Lärm und Lärmschutz

Fächerübergreifende Aspekte:

Psychomotorik: ,,Klangteppich" - Entspannungsübungen zu Musik, Stilleübungen

Deutsch: Geräuschgeschichten, ,,Der Schatz der Stille" ­ ein Hörspiel selbst produzieren

Musik:

Herstellung von Musikinstrumenten, ,,Der tropfende Wasserhahn" (Lied mit rhythmischer

Begleitung), hohe und tiefe Töne,

Kunst:

Malen zu Musik, Klängen und Geräuschen, Zeichnen einer Geräusche-Landkarte

3. Von der Sache zum Thema:

ES

GLOBE

3.1. Es:

ICH

WIR

3.1.1. Sachanalyse

Als

Schall

werden mechanische Schwingungen (Schallschwingungen) und Wellen (Schallwellen) eines

Mediums, insbesondere im Frequenzbereich des menschlichen Hörens, bezeichnet (Hörschall: ca. 16-

20.000 Hz).1 Die Zahl der Schwingungen pro Sekunde wird als Frequenz des Tones bezeichnet und ist

das Maß für die Tonhöhe. Die Maßeinheit der Frequenz ist Hz (Hertz). D.h. je höher ein Ton ist, um so

öfter schwingt er, um so höher ist seine Frequenz.2 Die Lautstärke eines Tones hängt von der

1 vgl. BROCKHAUS Naturwissenschaft und Technik, S. 1727

2 vgl.

Klasse(n)kisten für den Sachunterricht:

Ein Projekt des Seminars Didaktik des Sachunterrichts im Rahmen

von KiNT. Kinder lernen Naturwissenschaft und Technik, Entwurf, S. 28

---

Schwingungsamplitude ab: Je größer die Amplitude, desto lauter der Ton. Die Lautstärke wird in dB

(Dezibel) gemessen. Die verschiedenen Formen des Schalls lassen sich in Ton (harmonische

Schwingung), Klang (Gemisch von Tönen mit Grundton) und Geräusch (Gemisch zahlreicher Töne,

deren Tonhöhe und Lautstärke wechselt) differenzieren. Schall breitet sich in einem homogenen

schallleitenden Medium innerhalb eines Schallfelds von der Schallquelle her symmetrisch in alle

Richtungen aus. An Grenzflächen zwischen verschiedenen Medien ändern sich die Eigenschaften der

Schallwelle. An der Grenzfläche Metall/Luft wird der Schall z. B. praktisch vollständig reflektiert (Echo).3

,,Die Schallausbreitung ist nur in materiellen Medien möglich. Sie erfolgt ohne Massetransport, jedoch

mit Übertragungen mechanischer Größen wie Impuls und Energie."4 Der Schall breitet sich in

gasförmigen und flüssigen Medien nur in Form von logitudinalen Schallwellen aus, in festen Medien

zusätzlich auch in transversalen Schallwellen.5 Abhängig von Anordnung und Koppelung der Teilchen

ist die Geschwindigkeit und Intensität der Schallausbreitung in gasförmigen, flüssigen und festen

Medien unterschiedlich. Vereinfacht lässt sich sagen: ,,Je fester die Koppelung [und Anordnung]

zwischen den Teilchen, desto schneller [und intensiver] breitet sich Schall aus."6

Schallübertragung in den verschiedenen Medien (vereinfachte Erklärung):

·

feste Medien (z.B. Eisen):

In festen Medien sind die Abstände zwischen den Teilchen sehr

gering und sie sind fest miteinander gekoppelt. Die Schallschwingung wird unmittelbar weiter

gegeben und breitet sich sehr schnell und intensiv aus.

·

flüssige Medien (z.B. Wasser):

In flüssigen Medien sind die Abstände zwischen den Teilchen

größer als in festen Stoffen. Die Koppelung erfolgt durch Kohäsionskräfte. Die

Schallschwingungen breiten sich langsamer aus, da es eine längere Zeit dauert, bis ein

Teilchen das nächste anstößt.

·

gasförmige Medien (z.B. Luft):

In gasförmigen Medien sind die Teilchen vergleichsweise weit

voneinander entfernt

und frei beweglich. Wenn eine Schallquelle schwingt, erzeugt sie in der

umgebenden Luft Luftverdichtungen und ­verdünnungen, die sich kugelförmig nach allen

Seiten ausbreiten. Dabei treffen die Teilchen erst nach einer gewissen Zeit auf das nächste

Teilchen.

3 http://de.wikipedia.org/wiki/Schallausbreitung

4 BROCKHAUS Naturwissenschaft und Technik, S. 1727

5 vgl. BROCKHAUS Naturwissenschaft und Technik, S. 1727

6

Klasse(n)kisten für den Sachunterricht:

Ein Projekt des Seminars Didaktik des Sachunterrichts im Rahmen von

KiNT. Kinder lernen Naturwissenschaft und Technik, Entwurf, S. 34

---

Ausgewählte Beispiele für Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Stoffen bei 20°C (nach Keen

1979, S. 13)

fest flüssig

gasförmig

Holz 5500 m/s

Wasser 1480 m/s

Luft: 340 m/s

Eisen 5800 m/s

Alkohol 1180 m/s

Helium 1005 m/s

m/s = zurückgelegte Meter pro Sekunde

3.1.2. Bezug zu Richtlinien und Lehrplan:

Das Thema ,,Schallübertragung in festen und flüssigen Medien" ist im Lehrplan dem Bereich ,,Natur und

Leben zuzuordnen" und unter den Schwerpunkt ,,Luft" zu fassen. 7 Die Auseinandersetzung mit der

Schallübertragung regt die ,,Begegnung mit belebter und unbelebter Natur, mit physikalischen

Phänomenen sowie die Beobachtung der eigenen Sinneserfahrungen" an. Die Auswahl der

Experimente zur Schallübertragung von flüssigen und festen Medien fordert die Kinder ,,zum

Analysieren, Sortieren und Vergleichen auf und hilft ihnen dabei Ordnungsvorstellungen und

naturwissenschaftlich begründete Muster und Modelle zu erklären."8 Das Deuten und Verstehen von

Schall und Schallübertragung hilft den Schülerinnen und Schülern, sich in ihrer Lebenswelt zurecht zu

finden, sie zu erschließen und sie zu verstehen.9 Der inhaltliche Schwerpunkt der Stunde ist, dass die

Kinder durch das eigenständige Experimentieren erkennen, dass Schall sich auch in festen Medien und

Wasser ausbreitet. Dies ist ein Beitrag zur Kompetenzerwartung ,,Die Schülerinnen und Schüler planen

und führen Versuche durch und werten Ergebnisse aus." Das Planen, Durchführen und Auswerten

dieser naturwissenschaftlichen Experimente fördert bei den Schülerinnen und Schülern auch eine

,,kritisch-konstruktive Haltung zu Naturwissenschaft und Technik"10

Das Lernarrangement ist so gewählt, dass die Kinder Sachbereiche der eigenen Lebenswelt erkunden

und erforschen. Die Partner- / Kleingruppenarbeit und der gemeinsame Austausch fördern

Teamfähigkeit, Arbeitsteilung und soziale Kooperation.11 ,,Dazu werden die Wissbegier der

Schülerinnen und Schüler, ihr Interesse und ihre Freude an der forschenden handelnden

Auseinandersetzung mit ihrer Umwelt geweckt und gefördert."12 Ihre bereits vorhandenen

7

Ministerium für Schule und Weiterbildung Nordrhein-Westfalen:

Lehrplan Sachunterricht.

Entwurf, Düsseldorf, 28.01.2008, S. 7

8 Ebd. S. 7

9 Ebd. S. 5

10 Ebd. S. 5

11 Ebd. S. 5

12 Ebd. S. 5

---

Vorstellungen, Erfahrungen und Deutungen von der Schallübertragung werden genutzt, erweitert und

ausgebaut.13

3.2. Wir:

3.2.1. Lernvoraussetzungen:

Allgemein:

Die Klasse 3a besuchen 7 Mädchen und 11 Jungen. Ich begleite die Klasse seit Anfang des

Schuljahres 2006/2007 als Klassenlehrerin.

In der Klasse herrscht allgemein eine vertrauensvolle Atmosphäre. Die Kinder zeigen meist einen

freundlichen und verständnisvollen Umgang miteinander und sind es gewohnt, sich gegenseitig bei

Schwierigkeiten zu helfen. Der starke Anteil an Jungen ist jedoch spürbar. Die Klassengemeinschaft

besteht erst seit dem zweiten Schuljahr. Ein Junge (Dominik) ist in diesem Schuljahr umzugsbedingt in

die Klasse dazu gekommen. Mehr als die Hälfte der Kinder der Klasse haben einen

Migrationshintergrund und wachsen mit einer anderen Muttersprache auf, wobei die damit verbundenen

sprachlichen Voraussetzungen unterschiedlich sind. Die meisten Kinder leben bereits seit ihrer Geburt

in Deutschland und besuchten einen deutschen Kindergarten. Beim Sprechen sind vereinzelt

Schwierigkeiten in Wortfindung, Grammatik und Syntax zu beobachten. Im schriftsprachlichen Bereich

haben einige Kinder Probleme, sich genau auszudrücken und orthographische Regeln, die sich von der

Lautung herableiten lassen (z.B. Doppelkonsonant nach kurzem Vokal) umzusetzen. Der

Leistungsstand ist relativ heterogen. Es gibt sowohl leistungsstärkere als auch -schwächere Kinder.

Arbeitshaltung und Arbeitstempo entsprechen dem heterogenen Leistungstand. Drei Kinder werden im

Rahmen des Gemeinsamen Unterrichts sonderpädagogisch gefördert. Die Förderschwerpunkte liegen

im Bereich ,,Lernen". Ihr Leistungsstand ist sehr unterschiedlich. Alle drei werden zieldifferent gefördert.

Neuen Unterrichtsinhalten stehen die Kinder meist offen und aufgeschlossen gegenüber. Die meisten

Kinder beteiligen sich aufmerksam und gerne am Unterrichtsgeschehen. Im Allgemeinen sind die Kinder

gut zu motivieren.

Sachstruktureller Entwicklungsstand:

Die Kinder haben sich im Rahmen der Unterrichtsreihe Wetter bereits mit dem Thema Luft auseinander

gesetzt. So war ihnen auch bereits die Schallausbreitung bei Gewitter und der Zusammenhang

zwischen dem Sehen des Blitzes und dem Hören des Donners bekannt. Sie hatten zu Beginn dieser

Unterrichtsreihe unterschiedliche Vorerfahrungen und unterschiedliches Wissen zum Thema und Begriff

Schall. Einigen Kindern waren Begriffe wie Schallschutzmauer, Echo, Ton, Klang bekannt. Während

13 vgl. ebd. S. 5

---

eines Hörspazierganges und im Rahmen eines Hörrätsels konnten sie jedoch viele Alltagsgeräusche

sehr genau bestimmen. Sie hatten viele Ideen wie Schall erzeugt wird. Dabei stand eher die Tätigkeit im

Vordergrund. Das Schwingen der Gegenstände wurde erst im Rahmen der durchgeführten Experimente

erkannt. Dabei haben die Kinder festgestellt, dass die Gegenstände ,,vibrieren". In einer weiteren Einheit

haben die Kinder erkannt, dass Luft Schall weiter leitet und er so an das Ohr gelangt. Sie haben

erfahren, dass Schall einen ,,Druck" ausübt, der die Luft so stark zum Schwingen bringen kann, dass

beispielsweise eine Kerze von einer Schallwelle gelöscht, oder man Schall am eigenen Körper spüren

kann (z.B. Schallwelle einer Trommel vor dem Bauch). Einige Kinder haben in diesem Zusammenhang

Begriffe wie ,,Schallwelle" und ,,Schalldruck" selbst entwickelt.

Methodenkompetenz:

Das Experimentieren in Gruppen ist den Kindern bereits aus Experimenten zu Luft und Luftdruck im

Rahmen der Unterrichtsreihe ,,Wetter" und aus Experimenten zur eigenen Stimme im Rahmen der

Unterrichtsreihe ,,Kinder lernen mitzureden" bekannt. Sie sind mit Gruppen- und Partnerarbeit vertraut.

Die Forscherregeln sind im Rahmen der Unterrichtsreihe sukzessive entstanden und mit den Kindern

gemeinsam entwickelt worden. Manchmal müssen sie noch an die Einhaltung dieser erinnert werden,

insbesondere ,,erst vermuten, dann ausprobieren." Das Entwickeln eigener Experimente hatte bisher

einen hohen Aufforderungscharakter. Es war für die Kinder jedoch noch eine große Herausforderung

und wird durch gemeinsames Entwickeln und Materialimpulse erst angebahnt. Das Dokumentieren in

einem gemeinsamen Forscherheft ist für die Kinder neu und es fällt ihnen noch manchmal schwer, sich

abzusprechen, was sie schreiben wollen und wer schreibt.

Hinweise zu einzelnen Schülerinnen und Schülern

SchülerInnenverhalten

Konsequenzen für den Unterricht

XY (GU-Kind)

zieldifferent gefördert

Integration in ein Lernteam, Teammitglieder schreiben

hat Schwierigkeiten, zu beschreiben, zu vermuten und

Vermutungen, Beobachtungen und Erklärungen auf

zu deuten

Ermutigung und Hilfe

kann sich nur kurze Phasen konzentrieren

versteht schriftliche Arbeitsaufträge nicht

XY(GU-Kind)

zieldifferent gefördert

Integration in ein Lernteam, Teammitglieder helfen beim

Schwierigkeiten, schriftliche Arbeitsaufträge zu Aufschreiben oder schreiben Vermutungen, Beobachtungen

verstehen

und Erklärungen auf

durchaus motiviert Lernprozesse selbst zu organisieren,

Ermutigung / Hilfe durch die Lehrperson

braucht jedoch noch viel Unterstützung und Hilfe

Probleme, sich sprachlich differenziert und genau

---