Das geothermale Phänomen "Geysir"
Ein Unterrichtsversuch zur Wärmelehre in der Jahrgangsstufe 7

vorgelegt von: Thomas Haferburg

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 3

2. Lerngruppenbeschreibung 3

3. Sachanalyse

3.1 Das geothermale Phänomen "Geysir"
3.2 Wärmeleitung- 3.3 Hydrostatischer Druck (hydrostatisches Paradoxon)
3.4 Druckabhängigkeit des Siedepunktes (von Wasser)
3.5 Berechnungen zum Geysirmodell 4891113

4. Didaktische Überlegungen

4.1 Das Phänomen im Physikunterricht
4.2 Vom Phänomen zum Modell
4.3 Modellbildungsprozesse 151718

5. Methodische Überlegungen

5.1 Aufbau und Durchführung der Experimente
5.2 Berechnungen an den Experimenten 2329

6. Groblernziele des Unterrichtsversuchs 30

7. Gliederung der Unterrichtsreihe 31

8. Durchführung der Unterrichtsreihe- Darstellung der Unterrichtsstunden 32

9. Gesamtreflexion 35

10. Literaturverzeichnis 35

1. Einleitung

Im Themengebiet der Physik in der Sekundarstufe I wird in der 7. Jahrgangsstufe die Wärmelehre behandelt. Die folgende Konzeption zeigt, wie mit Hilfe eines Phänomens als Anwendungsproblem die Entwicklung eines Experiments, dessen Auswertung sowie die Notwendigkeit einer physikalischen Erklärung motiviert werden können.
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten mit Hilfe ihrer Vorkenntnisse Gesetzmäßigkeiten zur Wärmelehre. Sie entdecken die Wärmeleitung und die Abhängigkeit des Siedepunktes vom Druck (hydrostatischer Druck) und lernen, mit den neuen Begriffen umzugehen und diese anzuwenden.

Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei eine außerschulische Situation mit Hilfe von Physik (und auch Mathematik) zu beschreiben und zu bewältigen. Im Mittelpunkt des Un-terrichts steht immer wieder das experimentelle Modell des Geysirs. Die Lernenden er-kennen dabei die Bedeutung der Physik bei der Entdeckung, Erforschung und Erklärung von Naturereignissen.

2. Lerngruppenbeschreibung

Seit Beginn des Sommerhalbjahres 2001/2002 unterrichte ich die Klasse R7b zweistündig in eigener Verantwortung im Fach Physik. Insgesamt 29 Schülerinnen und Schüler befin-den sich in der R7b, davon 18 Schülerinnen und 11 Schüler.
Diese 29 Schülerinnen und Schüler brachten unterschiedliche Vorkenntnisse zum The-menbereich der Wärmelehre mit. Im Winterhalbjahr werden nach den Lehrplänen für das Gymnasium und für die Realschule die Themenbereiche Einführung in die Physik, Optik und Akustik unterrichtet. In der Förderstufe (5./6.-Jg.) werden in Hessen keine Naturwis-senschaften unterrichtet. Vorkenntnisse basierten hier also höchstens auf dem Sachkun-deunterricht in der Grundschule.
Alle Schülerinnen und Schüler sind gut in den Klassenverband integriert. Einzige Aus-nahme ist der Schüler Christian. Co.. Durch sehr viele Fehlstunden hat er bisher kaum am Unterricht teilgenommen. Wesentliche, bereits erarbeitete Kenntnisse zur Temperatur und zum Teilchenmodell fehlen ihm. Wenn Christian anwesend ist, sitzt er allein in einer Tischreihe und beteiligt sich nicht aus eigenem Antrieb am Unterricht. Er ist still, fällt nicht negativ auf und scheint den privaten Kontakt zu seinen Mitschülerinnen und Mitschülern zu meiden, zumindest nicht zu suchen. So arbeitet er in Gruppen- oder Partnerarbeits-phasen zumeist allein, oder wenn er an einer Gruppe beteiligt ist, hält er sich stark zurück. Dieses Verhalten sowie die Vielzahl der Fehlstunden sind der Klassenlehrerin bekannt und entsprechende Schritte eingeleitet.
Das Sozialverhalten der Gruppe im Unterricht ist gut. Es herrscht ein Klima in der Klasse, das ein Miteinander fördert und kein Gegeneinander. Die Schülerinnen und Schüler reden in der Regel miteinander und hören sich zu. Auch in sechsten Stunden sind sie diszipli-niert und beteiligen sich mit einigen Ausnahmen am Unterricht.
Die Gesamtschule Obersberg verfügt über einen Fachraum für den Physikunterricht, der jedoch für die Wärmelehre nicht ausreichend ausgestattet ist. So fehlen beispielsweise Gasanschlüsse an den Schülertischen, Kolben, Stopfen, Glasrohre und Thermometer. Ein weiterer Aspekt, der Schülerversuche stark begrenzt, ist die Gruppenstärke von 29 Schü-lerinnen und Schülern. Für Temperaturmessungen verfügt die Schule über das digitale System "Cobra" der Firma Phywe. Jedoch lässt sich dieses nicht einsetzen, da ein zur Messung und Auswertung benötigter PC fehlt. Bei den Messungen muss daher auf ein träges Flüssigkeitsthermometer zurückgegriffen werden.

3. Sachanalyse

3.1 Das geothermale Phänomen "Geysir"

Geysire, Spring- und heiße Quellen zählen zu den geothermalen Phänomenen, die wir hauptsächlich von Berichten und Dokumentationen über Island kennen. Auch in
Deutschland gibt es geothermale Phänomene wie beispielsweise heißes, salzhaltiges Grundwasser, das in Form von Sole an die Oberfläche gepumpt wird und zu Heilzwecken in Kurbädern eingesetzt (z.B. im nordhessischen Bad Sooden-Allendorf). Um die Entste-hung solcher Phänomene zu verstehen, muss man einiges über den Aufbau der Erde wissen.

Das Schalenmodell der Erde

[...]