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 Experimentierkasten
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 liegende 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
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
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
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Konzeption und Entwicklung eines Experimentierbaukastens namens "Science in the box", der Kindern im Alter zwischen acht und vierzehn Jahren die Phänomene der Solarenergie näherbringen soll. Ziel ist es, durch handlungsorientiertes Lernen das Interesse an MINT-Fächern zu wecken, die Motivation zu steigern und einen spielerischen Zugang zu naturwissenschaftlichen Themen zu ermöglichen.
- Analyse der MINT-Förderung und Motivation in Deutschland
- Theoretische Grundlagen des Experimentierens und didaktische Aufbereitung
- Marktanalyse bestehender Experimentierkästen hinsichtlich Struktur und Qualität
- Konstruktion und Konzeption des Baukastens sowie des begleitenden Handbuchs
- Evaluation der Lerneffekte und Interessensteigerung durch Experimente
Auszug aus dem Buch
5.2.1 Der Photovoltaikeffekt
Der Begriff Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort phos, photos (Licht, des Lichtes) und dem Namen des italienischen Physikers Volta (1745-1825). Etwas technischer kann man die Photovoltaik mit dieser Definition umschreiben.
„Direkte Umwandlung von solarer Strahlungsenergie (Licht) in elektrische Energie durch den sogenannten Photoeffekt“
Die Photovoltaikenergie gehört zur einen regenerativen Energieumwandlung, da bei der Energienutzung bzw. Umwandlung kein Schadstoffausstoß stattfindet. Bei diesem Phänomen findet nicht einmal eine mechanische Bewegung statt, was einen großen Vorteil gegenüber anderen Energieformen bereitstellt. Man braucht lediglich eine Solarzelle.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel definiert die Zielsetzung der Arbeit, die sich auf die Entwicklung des Baukastens „Science in the box“ zur MINT-Förderung von Kindern konzentriert.
2 Motivation der Arbeit: Es wird die aktuelle Situation der MINT-Förderung in Deutschland analysiert und der Bedarf an motivierenden Lernangeboten aufgezeigt.
3 Grundlagen – Experimentierkasten: Dieses Kapitel erarbeitet die theoretischen Merkmale und die Wirksamkeit von Experimentierkästen für den Lernprozess.
4 Marktanalyse der Experimentierkästen: Hier werden bestehende Produkte auf dem Markt anhand von Strukturkriterien untersucht und verglichen.
5 Einführung - Science in the Box: Dieses Kapitel liefert die fachlichen Hintergrundinformationen zur Solarenergie und den Einsatzmöglichkeiten der Photovoltaik.
6 Betrachtung der Photovoltaikenergie: Der Hauptteil beschreibt zehn praktische Versuche, die den Aufbau und das Verständnis der Solarenergie im Rahmen des Baukastens fördern.
7 Auswertung - Science in the Box: Das Kapitel befasst sich mit der Kostenstruktur der Komponenten und der methodischen Evaluation der Wirksamkeit des Baukastens.
8 Fazit der Arbeit: Abschließend wird die Bedeutung eines altersgerechten Experimentieraufbaus für den langfristigen Lernerfolg resümiert.
9 Glossar: Dieses Kapitel bietet Erläuterungen zu den wichtigsten Fachbegriffen rund um die Photovoltaik und Experimentierreihen.
Schlüsselwörter
MINT, Solarenergie, Photovoltaik, Experimentierbaukasten, Lernmotivation, Didaktik, Ingenieurwesen, Kinder, Handlungsorientiertes Lernen, Energiewende, Marktanalyse, Technikinteresse, Naturwissenschaften, Schulunterricht, Evaluation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und technischen Auslegung eines Experimentierbaukastens namens „Science in the box“, der Kindern die Grundlagen der Photovoltaik vermitteln soll.
Welche zentralen Themenfelder behandelt das Dokument?
Die Arbeit kombiniert pädagogische Ansätze zur MINT-Förderung mit technischen Grundlagen der Solarenergie und einer Marktanalyse vorhandener Experimentierkästen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsfrage?
Ziel ist es, einen motivierenden und handlungsorientierten Experimentierbaukasten zu entwickeln, der bei Heranwachsenden das Interesse an naturwissenschaftlichen Phänomenen weckt.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine Kombination aus Literaturanalyse, Marktanalyse und die Erstellung eigener Versuchsreihen (Konstruktion) angewendet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden die theoretischen Grundlagen des Experimentierens, die Analyse bestehender Marktprodukte sowie die konkrete Beschreibung und didaktische Aufbereitung von 10 Photovoltaik-Versuchen behandelt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
MINT-Förderung, Solarenergie, Experimentierbaukasten, Lernmotivation, Photovoltaik-Versuche und Didaktik.
Warum ist die Altersgerechtigkeit des Baukastens so entscheidend?
Die Arbeit betont, dass bei einer falschen Anforderungsschwierigkeit entweder Langeweile oder Frustration entsteht, was das Interesse an Technik dauerhaft schädigen kann.
Welche Rolle spielt die Photovoltaik in der Arbeit?
Die Photovoltaik dient als konkretes Beispiel, um abstrakte Begriffe der erneuerbaren Energien für Kinder greifbar und durch eigene Versuche erforschbar zu machen.
- Citation du texte
- Vladislav Heints (Auteur), 2012, Auslegung und Konzeption eines Experimentierbaukastens, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/282875
