Im Rahmen dieser Arbeit sollen die technischen und naturwissenschaftlichen Themen für die heranwachsenden Kindern interessanter näher gebracht werden. Mit dem Experimentierkasten »Science in the box« wurde das Ziel gesetzt, Kinder mit den Phänomenen der Solarenergie für mehr Technik und Naturwissenschaften anzuregen und zu begeistern. Darüber hinaus wird der Baukasten dem Lehrstuhl Nachhaltige Energiekonzepte als Werbung dienen. In dieser Arbeit führe ich die theoretische Betrachtung, Analyse der bestehenden Experimentierkästen auf dem Markt und die Konstruktion bzw. Entwicklung des Experimentierkastens »Science in the box« durch.
Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht aus zwei Teilen. Primär soll in dieser Studienarbeit ein Experimentierbaukasten geplant und entwickelt werden. Für die Entwicklung dieses Vorhabens werden im ersten Abschnitt der Arbeit die theoretischen Grundlagen zur Motivation beim Experimentieren aufgearbeitet. Im zweiten Abschnitt werden auf dem Markt vorhandenen Experimentierkästen untersucht und die Schwächen und Stärken zusammengestellt.
Zuletzt ist ein die Dokumentation in Form eines Handbuchs und Zusammenstellung der möglichen Komponenten der »Science in the box« zusammengestellt.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Zielsetzung der Arbeit
- 1.2 Relevanz der Arbeit
- 1.3 Zielgruppe der Arbeit
- 2 Motivation der Arbeit
- 2.1 MINT Stand in Deutschland
- 2.2 MINT Tendenz in Deutschland
- 2.2.1 Ersatzrate bei Ingenieuren
- 2.2.2 Schulische Ursachen
- 2.2.3 MINT - Maßnahmen in Deutschland
- 3 Grundlagen - Experimentierkasten
- 3.1 Experimentierkasten – Definition
- 3.2 Experimentierkasten – Klassifikation
- 3.2.1 Forschungsexperiment
- 3.3 Experimentierkasten - Aufbau
- 3.4 Experimentierkasten – Merkmale
- 3.4.1 Erschließung des theoretischen Umfeldes
- 3.4.2 Erschließung des experimentellen Umfeldes
- 3.4.3 Anforderungsschwierigkeit des Experiments
- 3.4.4 Auswertung der Experimente
- 3.4.5 Regeln und Sicherheitsanweisungen beim Experimentierbaukasten
- 3.5 Experimentierkasten – Wirksamkeit
- 3.5.1 Inhaltliche Dimension
- 3.5.2 Ziel Dimension
- 3.5.3 Prozess- Dimension
- 3.5.4 Institutionelle Dimension
- 3.5.5 Experimentierkasten – Fazit
- 4 Marktanalyse der Experimentierkästen
- 4.1 Strukturmerkmale der Experimente
- 4.1.1 Strukturqualität
- 4.1.2 Differenziertheit
- 4.1.3 Funktionalität
- 4.1.4 Belastbarkeit und Funktionssicherheit
- 4.1.5 Begleitmaterial (Handbuch)
- 4.2 Analyse der Experimentierkästen
- 4.2.1 Untersuchung auf den Inhalt der Experimentierkästen
- 4.2.2 Untersuchung auf die Strukturmerkmale
- 4.2.3 Fazit der Untersuchung der Experimentierkästen
- 4.3 Analyse der Handbücher der Experimentierkästen
- 4.3.1 Behandelte Phänomene
- 4.3.2 Zugrundeliegende Informationen
- 4.3.3 Reihenfolge der Phänomene
- 4.3.4 Anschaulichkeit der Phänomene
- 4.3.5 Altersabhängigkeit bzw. Altersanspruch
- 4.3.6 Fazit der Untersuchung der Handbücher
- 4.1 Strukturmerkmale der Experimente
- 5 Einführung - Science in the Box
- 5.1 Motivation für die regenerativen Energien
- 5.1.1 Klimaveränderung
- 5.1.2 Ressourcenverknappung
- 5.2 Die Sonne
- 5.2.1 Der Photovoltaikeffekt
- 5.3 Die Solarzelle
- 5.3.1 Geschichte der Solarzelle
- 5.3.2 Funktionsweise einer Solarzelle
- 5.4 Solarzellentypen
- 5.4.1 Monokristalline Solarzellen
- 5.4.2 Polykristalline Solarzellen
- 5.4.3 Galliumarsenid Solarzellen
- 5.4.4 Zusammenstellung der Solarzellen
- 5.4.5 Photovoltaikzelle in der Hausinstallation
- 5.4.6 Einspeisung der Solarenergie
- 5.4.6.1 Öffentliches Netz
- 5.4.6.2 Inselbetrieb
- 5.4.7 Einsatzmöglichkeiten
- 5.1 Motivation für die regenerativen Energien
- 6 Betrachtung der Photovoltaikenergie
- 6.1.1 Vorwort
- 6.1.2 Sicherheitshinweise
- 6.1.3 Beim Experimentieren beachten
- 6.1.4 Hilfsmittel beim Experimentieren
- 6.1.5 1. Versuch - Lichtspektrum
- 6.1.6 2. Versuch - Lichtfilter
- 6.1.7 3. Versuch - Reihenschaltung der Solarzellen
- 6.1.8 4. Versuch - Parallelschaltung der Solarzellen
- 6.1.9 5. Versuch - Zellabschattung Grundlagen
- 6.1.10 6. Versuch - Zellabschattung Reihenschaltung
- 6.1.11 7. Versuch - Zellabschattung Bypassdiode
- 6.1.12 8. Versuch - Horizontale Aufstellung der Solarzelle
- 6.1.13 9. Versuch - Vertikale Aufstellung der Solarzelle
- 6.1.14 10. Versuch - Temperatureinfluss auf die Solarzelle
- 7 Auswertung - Science in the Box
- 7.1 Kosten - Einzeln
- 7.2 Kosten - Komponenten
- 7.3 Bezugsquellen
- 7.4 Internetseiten
- 7.5 Evaluation - Science in the Box
- 7.5.1 Bewertung der einzelnen Phänomene
- 7.5.2 Bewertung der Steigerung der Motivation und Neugierde
- 7.5.3 Bewertung des Interesses am Experimentieren
- 7.5.4 Befragung zu jedem Experimentierversuch
- 8 Fazit der Arbeit
- 9 Glossar
- 10. Abbildungsverzeichnis
- 11. Tabellenverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Studienarbeit befasst sich mit der Auslegung und Konzeption eines Experimentierbaukastens, der sich mit dem Thema der regenerativen Energien, insbesondere der Photovoltaik, auseinandersetzt. Das Ziel ist es, einen Experimentierbaukasten zu entwickeln, der Schülern und Studenten die Funktionsweise der Solarzellen und die Nutzung der Sonnenenergie auf anschauliche und praxisnahe Weise vermittelt.
- Motivation für regenerative Energien, insbesondere Photovoltaik
- Funktionsweise von Solarzellen und Photovoltaik
- Entwicklung eines Experimentierbaukastens zum Thema Photovoltaik
- Didaktische Konzeption und Auswertung des Experimentierbaukastens
- Potenzial des Experimentierbaukastens für die MINT-Bildung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung präsentiert die Zielsetzung, Relevanz und Zielgruppe der Arbeit. Kapitel 2 beleuchtet die aktuelle Situation der MINT-Bildung in Deutschland und die Notwendigkeit, die Motivation für naturwissenschaftliche Themen zu fördern. Kapitel 3 definiert den Begriff des Experimentierbaukastens und klassifiziert verschiedene Typen. Es werden wichtige Merkmale und Anforderungen an Experimentierkästen sowie deren Wirksamkeit diskutiert.
Kapitel 4 analysiert den Markt der Experimentierkästen hinsichtlich Strukturmerkmale, Inhalt und Handbücher. Kapitel 5 führt in das Thema der regenerativen Energien und insbesondere in die Funktionsweise der Photovoltaik ein. Kapitel 6 beschreibt die einzelnen Experimente, die im entwickelten Experimentierbaukasten "Science in the Box" enthalten sind.
Kapitel 7 evaluiert den Experimentierbaukasten "Science in the Box" hinsichtlich seiner didaktischen Wirksamkeit und seines Potenzials für die Steigerung der Motivation und des Interesses am Experimentieren.
Schlüsselwörter
Experimentierkasten, Photovoltaik, regenerative Energien, MINT-Bildung, Didaktik, Evaluation, Motivation, Neugierde, Solarzellen, Sonnenenergie, Science in the Box.
- Arbeit zitieren
- Vladislav Heints (Autor:in), 2012, Auslegung und Konzeption eines Experimentierbaukastens, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/282875
