Warum schwimmt oder sinkt etwas? (Sachunterricht, 1./2. Klasse)

Thema der Unterrichtsreihe

„Schwimmen und Sinken“

Wir untersuchen handlungsorientiert das Schwimmverhalten von Vollkörpern sowie die Verdrängung von Wasser.

Thema der Unterrichtsstunde

„Warum schwimmt oder sinkt etwas?“

Wir überprüfen und festigen handlungsorientiert unsere Vorstellung, dass das Schwimmen und Sinken verschiedener Gegenstände materialabhängig ist.

- Einbettung der Stunde in die Unterrichtsreihe

Zentrale Absichten der Unterrichtsreihe

- Veränderung und Erweiterung eigener Vorstellungen bis hin zum Aufbau wissenschaftlicher Konzepte für die physikalischen Vorgänge des Schwimmverhaltens von Vollkörpern und der Verdrängung von Wasser
- Bedeutung des Materialkonzeptes zum Schwimmen und Sinken entdecken und allgemeingültige Erklärungen für das Schwimmverhalten verschiedener Vollkörper finden
- selbstständige Planung und Durchführung von Versuchen und ihrer Auswertung
- Einführung in kooperative Arbeitsformen ( „Gruppenarbeit“)

(vgl. Klasse(n)kisten I „Schwimmen und Sinken“)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Zentrale Absicht der Stunde und Lernchancen

Meine Absicht

Die SuS sollen über das selbständige Vermuten und Durchführen von Versuchen ihre Vorstellungen zum Schwimmverhalten verschiedener Gegenstände ausdifferenzieren und festigen, um zu einer sicheren Vorstellung des Materialkonzeptes zu gelangen.

Im Sinne meiner formulierten Absicht eröffne ich folgende Lernchancen:

Auf der Ebene der Sacherfahrungen

Die SuS haben die Chance,

- zu erkennen, dass das Schwimmverhalten verschiedener Gegenstände von ihrem Material abhängt.
- zu erfahren, dass Vermutungen mehrfach überprüft und ausdifferenziert werden müssen (z.B. Vermutung: „Alles, was leicht ist, schwimmt“ Überprüfung: kleiner Stein/ Stecknadel geht unter).
- Versuche selbstständig durchzuführen und auszuwerten.

Auf der Ebene der Individualerfahrungen

Jede/r SchülerIn hat die Chance,

- eigene Konzepte zum Schwimmverhalten von Gegenständen als brauchbar oder problematisch wahrzunehmen.
- eigene Konzepte zum Schwimmverhalten von Gegenständen zu festigen oder zu verändern (conceptual growth / change).
- sich im Kommunizieren, äußern von Vermutungen und Entwickeln von Erklärungen zu schulen.

Auf der Ebene der Sozialerfahrungen

Die SuS haben die Chance,

- mit anderen über eigene Wahrnehmungen zu kommunizieren, die eigenen Grenzen der Vorstellung zu überwinden und neue Konzepte aufzubauen.
- die Gruppenarbeit als unterstützende und entlastende oder herausfordernde Sozialform wahrzunehmen.

- Sachinformationen zur Stunde / Fachdidaktische Analyse / Analyse der Lernaufgabe

Der Sachunterricht sollte „die Erfahrungen, Vorkenntnisse und Überlegungen der Lernenden konstruktiv aufnehmen und mit ihnen Wege des Entdeckens suchen, um gemeinsam zu gesicherten und verstandenem Wissen zu kommen“ (Köhnlein: 1996, 61). Diesem Anspruch soll die Unterrichtsreihe „Schwimmen und Sinken“ gerecht werden.

Das Ziel der Unterrichtsstunde ist es die physikalischen Vorgänge des Schwimmverhaltens von Vollkörpern zu untersuchen und zu einer sicheren Vorstellung des Materialkonzeptes (das Schwimmverhalten von Gegenständen ist materialabhängig) zu gelangen. Im Allgemeinen lässt sich formulieren: „Ein Vollkörper schwimmt, wenn seine Dichte geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit, in die er eintaucht“ (Klasse(n)kiste I: 2005, 16). Die Dichte von Wasser beträgt 1000 kg/m³ (bei 4°C), Styropor hat beispielsweise eine Dichte von 15-40 kg/m³ und eignet sich daher besonders gut als Schwimmvollkörper. Auch Holz schwimmt mit einer Dichte zwischen 470 und 720 kg/m³ auf Wasser. Die Dichte von Wachs ist ebenfalls mit 950 kg/m³ kleiner, als die von Wasser. Metall (z.B. Eisen/Stahl: 7860 kg/m³) und Stein (Sandstein: 2000 kg/m³) liegen in ihrer Dichte deutlich höher als Wasser und gehen unter. Allerdings reicht das Sortieren von Gegenständen nach Materialien nicht aus, da beispielsweise Ausnahmen wie Tropenholz (ca. 1100 kg/m³) eine höhere Dichte aufweisen als Wasser oder Bimssteine bei geringerer Dichte im Gegensatz zu anderen Steinsorten schwimmen können (vgl. Klasse(n)kiste I: 2005, 13-16).

Die SuS verfügen über verschiedene Präkonzepte zum Schwimmverhalten von Vollkörpern. Sie haben in ihren Vermutungen zu Beginn der Unterrichtsreihe geäußert, dass leichte, kleine und flache Gegenstände schwimmen können und schwere oder gelochte Gegenstände im Wasser untergehen. Im Unterricht wird nicht über den Begriff „Dichte“ gesprochen; das bleibt dem weiterführenden Unterricht vorbehalten. Vielmehr geht es darum, dass den SuS bewusst wird, dass es nicht entscheidend ist für das Schwimmverhalten von Vollkörpern, ob sie flach, groß, klein, schwer oder leicht sind, sondern dass es von dem Material abhängt aus dem die Gegenstände bestehen. Ausnahmen, wie Tropenholz (geht unter) oder Bimsstein (schwimmt) werden in den darauffolgenden Stunden thematisiert.

Zu Beginn der Unterrichtsstunde sollen die SuS Vorstellungen und Vermutungen zum Schwimmverhalten verschiedener Gegenstände äußern und im Kreisgespräch entwickeln. Grenzen ihrer Vorstellungen sollen dabei aufgezeigt werden und zum Weiterlernen und Forschen anregen. Anhand von einfachen Versuchen können die SuS in Gruppen ihre Vorstellungen zum Schwimmverhalten verschiedener Gegenstände überprüfen oder widerlegen. Sie sollen sich beraten und ihre Vorstellungen miteinander vergleichen, Widersprüche und Unstimmigkeiten beim Untersuchen erkennen und sprachlich verständlich darstellen. Ihre Ergebnisse sollen sie interpretieren und aufgrund dieser, sich dem Materialkonzept bewusst werden, es festigen und ausdifferenzieren (vgl. Kahlert: 2009, 40-42). Gemeinsam sollen All-Aussagen formuliert werden, die das Materialkonzept in einfachen Worten ausdrücken („Alles, was aus Holz ist, schwimmt.“).

Desweiteren ermöglicht die Unterrichtsstunde den SuS naturwissenschaftliche Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen zu schulen. Die SuS sollen an ihren Vorstellungen anknüpfen und Vermutungen äußern, ggf. Vorstellungen verwerfen und neue aufgreifen und sich im strukturierten Durchführen von Versuchen üben. Die naturwissenschaftliche Arbeitsweise des Durchführens von Versuchen in Gruppenarbeit ist der Schülergruppe noch neu. Die Gruppenarbeit wird unterstützt durch verschiedene Rollen der Kinder, die Schritt für Schritt im Verlauf der Unterrichtsreihe eingeführt werden – den Zeitwächter, den Gesprächsleiter, den Materialwächter und den Lautstärkewächter. Bisher wurde ein erster Versuch zum Thema „Schwimmen und Sinken“ in Gruppenarbeit erprobt und der Materialwächter sowie ein gemeinsamer Zeitwächter der Klasse eingeführt. Das Auftreten von Unsicherheiten und Schwierigkeiten in der Gruppenarbeit und Durchführung der Versuche ist möglich.

Im Anknüpfen, Aufgreifen und Verändern von Vorstellungen liegt der Schwerpunkt der Stunde. Die SuS orientieren sich an ihren bisherigen Vorerfahrungen und Erklärungsmustern – diese Präkonzepte können sehr stabil sein (vgl. Kursbuch: 2009, 626). Forschungen zeigen (vgl. Posner et al.: 1982, 211), dass neue Konzepte (conceptual change) nur akzeptiert und in die Wissensstruktur integriert werden, wenn sie bestimmte Bedingungen erfüllen: Zunächst muss eine Unzufriedenheit mit dem aktuell benutzten Konzept bestehen (dissatisfaction). Erst dann kommt für den Lernenden eine neue, verstehbare Vorstellung ins Spiel (intelligible). Diese muss als plausibel (plausibel) und für Anwendungen als fruchtbar angesehen werden (fruitful) (vgl. Posner: 1982, 225). Um diesen Konzeptwechsel zu ermöglichen, nimmt die Lehrperson die Rolle der „Stechmücke“ ein. Sie sollte über entsprechende Impulse kognitive Widersprüche aufdecken und zum Weiterlernen motivieren (vgl. Kursbuch: 2009, 627).

Der Aufbau der Unterrichtsreihe soll den Kindern ermöglichen, die zuvor beschriebenen Konzepte aufzubauen. Die SuS sollen sich, angeregt durch den Floßbau in der darauf folgenden Stunde, ihrer Präkonzepte bewusst werden und behutsam ihre bereits in Grenzen existierenden Vorstellungen zum Materialkonzept aufbauen. Dabei müssen die SuS immer wieder ihre bestehenden Konzepte hinterfragen und ggf. verwerfen oder ausdifferenzieren.

Die Unterrichtsstunde entspricht den Anforderungen des Lehrplans: Die SuS „erleben, beobachten, untersuchen und deuten Naturphänomene“ (Lehrplan, S. 7) und „entdecken Eigenschaften von z.B. Wasser […] in Experimenten“ (Lehrplan, S. 12). Für die SuS hat das Thema Lebensweltbezug und begleitend zum schulischen Schwimmunterricht eine besonders große Bedeutung, da sie im Schwimmbad dem Phänomen des Schwimmens und Sinkens verschiedener Gegenstände begegnen und ihre neu aufgebauten Konzepte direkt anwenden und überprüfen können.

Erhebung der Lernvoraussetzungen für die konkrete Sachunterrichtsstunde

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Besondere Informationen zur Lerngruppe

Das Leistungsniveau der EP ist heterogen.

Die vier Kinder mit besonderem Förderbedarf erfahren derzeit Unterstützung von einer Sonderpädagogin, die sie in Mathe und Deutsch auf ihrem Niveau, durch geeignetes Material entsprechend fördert.

- Darstellung des Unterrichtsverlaufes

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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^[1] SuS = Schülerinnen und Schüler, diese Abkürzung soll im Folgenden vorgenommen werden