Luft nimmt Raum ein - Die Nacherfindung einer Tauchglocke im Experiment

Inhaltsverzeichnis

1. Stellung der Stunde im Rahmen der Unterrichtseinheit

2. Situation der Lerngruppe
2.1 Allgemeine Voraussetzungen
2.2 Lernvoraussetzungen für diese Stunde

3. Überlegungen zur Sache

4. Didaktische Überlegungen

5. Lernziele

6. Methodische Überlegungen

7. Literatur

8. Anhang

1. Stellung der Stunde im Rahmen der Unterrichtseinheit

1. Nichts als Luft?: Annäherung an den Themenbereich Luft durch kleine Experimente
2. Wozu brauchen wir die Luft?: Sammeln körperlicher Erfahrungen mit der Luft
3. Luft hat ein Gewicht: Die Luftballonwaage
4. Dinge nehmen Raum ein: Der BadewBnversuch
5. Luft nimmt Raum ein: Die Nacherfindung einer Tauchglocke im Experiment „Die Gummibärchentaucher“
6. Warme Luft dehnt sich aus: Der Flaschenteufel
7. Luft bewegt sich: Untersuchen des Phänomens „Wind“ mit der tanzenden Kobra
8. Luft treibt an: Bau eines Windrades (fächerübergreifend im Werkunterricht)
9. Luft bremst: Der Regenschirmlauf
10. Zusammenfassung des Themenbereichs Luft durch eine Lernzielkontrolle

2. Situation der Lerngruppe

2.1 Allgemeine Voraussetzungen

Seit Dezember unterrichte ich die Klasse im Fach Sachunterricht mit drei Wochenstunden eigenverantwortlich. Die Lerngruppe setzt sich aus 22 Schülern^[1] (11 Mädchen, 11 Jungen) im Alter von 8 bis 9 Jahren zusammen. A und B wurden aus den dritten Klassen zurück gestellt. A ist seit dem in der Klasse. B besucht seit Beginn des zweiten Schulhalbjahres die Klasse. Beide Kinder wurden freundlich aufgenommen und sind schon weitgehend in die Klassengemeinschaft integriert.

Das Arbeitsverhalten der Lerngruppe lässt sich als interessiert und motiviert bezeichnen. Fast alle Schüler beteiligen sich gerne und rege am Unterrichtsgeschehen. In der Klasse herrscht im Allgemeinen ein angenehmes, freundliches Sozialklima. Auch mir gegenüber verhalten sie sich freundlich und aufgeschlossen.

Besonders leistungsstark im Fach Sachunterricht sind C, D, E, F, G und H. Alle sechs Kinder beteiligen sich mit qualitativ hochwertigen Beiträgen und bringen zum Teil erstaunliches Vorwissen mit. Als eher leistungsschwach sind I und B einzustufen. Beiden Schülerinnen fallen das selbstständige Erarbeiten von Inhalten oder Arbeitsaufträgen und das Kombinieren von Sachverhalten schwer. Darum erhalten sie oft differenzierte Arbeitsblätter mit zusätzlichen Beispielen oder Angaben. In Phasen, in denen Gruppenarbeit angesetzt ist, teile ich die Gruppen so ein, dass I und B Unterstützung von Seiten ihrer Mitschüler erhalten können, ohne sich auf den Leistungen der anderen Schüler auszuruhen.

Insgesamt ist die Lerngruppe relativ unruhig, was auch auf die hohe Anzahl konzentrationsschwacher Schüler zurückzuführen ist. Der Unruhe begegne ich mit klar aufeinander aufbauenden Phasen, dabei lege ich ein besonderes Augenmerk auf einen motivierenden Einstieg und die Einhaltung der Rituale wie den Regenstab zur Beendigung der Arbeitsphase oder Symbolkarten zur Erinnerung an Melde- und Sprechregelungen.

An dieser Stelle möchte ich ausführlicher auf das Verhalten von J, K, E, F und L eingehen. J ist häufig unkonzentriert, stört den Unterricht durch Zwischenrufe und arbeitet langsam und oberflächlich. Meist gelingt es allerdings, ihn durch direkte Ansprache, klare Ansagen und Motivation wieder auf das Unterrichtsgeschehen zurückzuführen. Durch Elterngespräche und darauf folgende häusliche Übungsphasen gelingt es J derzeit immer besser, sein Arbeitstempo zu erhöhen und sich gezielt zu konzentrieren.

K stört hauptsächlich durch permanente Geräusche. Er summt oder brabbelt vor sich hin. Meistens ist ihm das gar nicht bewusst und er reagiert erstaunt, wenn ich ihn bitte aufzuhören. Auch fällt es ihm schwer, sich eigenständig an Aufgaben heran zu setzen. Er braucht oft zusätzliche Impulse und motivierende Ansprachen der Lehrperson. In Situationen, in denen K bewusst stört, genügt meist ein Hinweis meinerseits, damit er sich wieder auf den Unterricht konzentrieren kann. Derzeit wird K von der Beratungslehrerin der Schule betreut, die, zusammen mit der Klassenlehrerin, auch Elterngespräche führt. Er hat einen Verstärkerplan in Form eines Heftes, in das, je nach Arbeits- und Sozialverhalten in der Schule, ein bestimmtes Symbol gezeichnet wird. Nach Sachunterrichtsstunden fließt in die Tagesbewertung auch meine Einschätzung ein. Zuhause bespricht seine Mutter diese dann mit ihm und gibt ihm eine Rückmeldung zu seiner häuslichen Arbeit.

E spielt sehr gerne den Klassenclown. Er ist häufig darum bemüht, Anerkennung von anderen Schülern zu bekommen. E ist einer der leistungsstarken Schüler, weshalb seine Arbeit meist nicht unter den Störungen leidet. In regelmäßigen Abständen führe ich Einzelgespräche mit ihm und gebe ihm dadurch eine Rückmeldung. Hierbei stelle ich nahezu immer fest, dass er sich seines Verhaltens durchaus bewusst ist, aber oft nicht in der Lage ist, sich zurück zu halten. Inzwischen zeigt sich E jedoch sehr einsichtig, wenn ich ihn auf sein unangemessenes Verhalten aufmerksam mache. Durch direkte Ansprache kann er dem Unterrichtsgeschehen dann wieder besser folgen.

F fiel ursprünglich durch extreme Konzentrationsschwächen und häufige Unterrichtsstörungen auf. Allerdings konnte mit Hilfe seiner Eltern ebenfalls ein Verstärkerplan eingeführt und über einen langen Zeitraum konsequent eingehalten werden. Dadurch verbesserte sich seine Arbeitshaltung deutlich. Mittlerweile fällt F nur noch selten auf und versteht auch kurze Hinweise auf sein Verhalten. Es ist ihm möglich geworden, sich noch konstanter als bisher in das Unterrichtsgeschehen einzubinden.

Zu L möchte ich anmerken, dass er positiv auf ADHS getestet wurde. Er bekommt Ritalin^[2] und ist dadurch im Unterricht eher unauffällig. Seine Stimmung hängt jedoch stark davon ab, ob die ihm vertrauten Rituale und Vereinbarungen innerhalb des Unterrichtsverlaufs eingehalten werden. Er macht derzeit, bezogen auf sein Sozialverhalten, große Fortschritte und kann mittlerweile recht gut mit seinen Klassenkameraden kommunizieren.

2.2 Lernvoraussetzungen für diese Stunde

In den vorangegangenen Stunden haben sich die Schüler schon mit der Thematik Luft beschäftigt. Durch verschiedene Versuche haben sie bereits erforscht, dass Luft Auswirkungen auf unseren Körper hat, immer auf der Erde vorhanden ist und ein Gewicht hat. Sie haben herausgefunden, dass viele Dinge einen Raum einnehmen, so dass ein Transfer mit der Begrifflichkeit „Raum“ auf die heutige Stunde möglich sein sollte.

Hierbei und in der vorigen Unterrichtseinheit zum Thema Wasser haben sie angelehnt an das Prinzip des entdeckenden und forschenden Lernens (siehe methodische Überlegungen) geübt, orientiert an Fragestellungen Versuche und Experimente selbstständig zu planen und durchzuführen und die Beobachtungen im Plenum auszuwerten. Das Einführen in das Problem durch eine Geschichte mit offener Fragestellung begegnete ihnen bereits bei anderen Versuchen. Eine abschließende Zusammenfassung in Merksätzen ist den Schülern ebenfalls bekannt. Seit Beginn der Einheit begleitet sie dabei das Plakat „Eigenschaften der Luft“. Die Regeln für das Arbeiten im Experimentierlabor haben wir gemeinsam erarbeitet und unterschrieben.

Um der Klasse Sicherheit zu bieten (s. Allgemeine Voraussetzungen), verwende ich ausgewählte Rituale, die den Schülern auch aus dem Unterricht der Klassenlehrkraft bekannt sind. Dazu gehören die Begrüßung mit einem Lied, Symbole zur Einleitung des Sitzhalbkreises (Kinositz) und eines Unterrichtsgesprächs und der Regenstab zur Beendigung der Arbeitsphase. Wenn während der Arbeitsphase eine zu große Unruhe entsteht, setzte ich ein Klatschritual ein, um die Aufmerksamkeit der Schüler wieder auf das Arbeitsgeschehen zu fokussieren. Die Sozialform der Partnerarbeit verwende ich häufig, so dass die Schüler wenige Schwierigkeiten haben sollten, sich darauf einzulassen. Meist nehme ich die Einteilung der Gruppen vor, um zu gewährleisten, dass konzentrations- und sozialschwache Schüler leistungsstarke Helfer an ihrer Seite haben. Dies ist auch in dieser Stunde der Fall.

3. Überlegungen zur Sache

Unsere Erde ist bis zu ca. 1000 km hoch von einer Atmosphäre umgeben, die weitgehend aus Luft besteht.^[3] Diese Luftschicht setzt sich zusammen aus einer Mischung der Gase Stickstoff (78 %), Sauerstoff (21), kleinen Mengen Kohlendioxid, Argon und anderen Gasen. Dazu kommen unterschiedliche Mengen an Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit).^[4] In der Nähe großer Städte oder stark befahrener Straßen kann es zudem zur Vermischung mit Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Rauch und Staub kommen. Diese Schadstoffe werden aus Autoabgasen und Schornsteinen abgegeben. „Die Zusammensetzung der Luft darf sich nur in geringen Grenzen ändern, da sie sonst gesundheitsgefährdend wird.“^[5]

Am Erdboden ist die Luftschicht am dichtesten und nimmt nach oben hin immer weiter ab, bis sich schließlich in großen Höhen gar keine Luft mehr befindet. Diese Atmosphäre filtert die schädlichen Strahlen der Sonne.

Luft besteht aus kleinen Teilchen, die ständig in Bewegung sind. Wenn Luft erwärmt wird, bewegen diese sich schneller und tragen somit zu einer geringeren Dichte bei. Die warme Luft steigt nach oben. Kühlt sie hingegen ab, werden die Moleküle träge, die Dichte wird erhöht und die Luft sinkt ab. Diese Bewegungen nehmen wir als Wind wahr.

Auf der Erde ist die Luft überall um uns herum. Menschen und Tiere benötigen den Sauerstoff zum Atmen und Pflanzen verbrauchen den Kohlendioxid, der als „Abfallprodukt“ aus unseren Lungen strömt. Luft durchdringt den kleinsten Raum, strömt überall ein, nichts bleibt leer. Physikalisch gesehen ist Luft ein Körper, mit einem Gewicht von 1,25 kg pro Kubikmeter.^[6] Ein Körper kann aus unterschiedlichen Stoffen bestehen. Man unterscheidet zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Körpern. Feste Körper wie z.B. Holz sind weitgehend form- und volumenbeständig, flüssige wie z.B. Wasser bewahren annähernd ihr Volumen. Gasförmige Körper, wie eben Luft, sind in Form und Volumen relativ leicht veränderlich und lassen sich daher auch besonders gut komprimieren. Gemein ist allen Körpern, dass sie einen bestimmten Raum einnehmen. Dort, wo bereits ein Körper ist, kann kein anderer sein. Wo Luft nicht entweichen kann, verdrängt sie andere Körper.^[7] Dieses Phänomen soll in der heutigen Unterrichtsstunde untersucht werden. Die Luft, die sich im Glas befindet, kann aus ihm nicht mehr entweichen sobald das Glas senkrecht unter Wasser gedrückt wird. Die „Wände“ des Glases verhindern ein Entweichen zur Seite und nach oben. Die Luft wird also mit dem Glas nach unten gedrückt und verdrängt das Wasser. Würde das Glas schräg ins Wasser gehalten, könnte die Luft am Rand ausströmen und, da sie eine geringere Dichte als das Wasser hat, nach oben aufsteigen. Das Glas würde sich mit Wasser füllen und die Gummibärchen aus dem Experiment würden untergehen.

[...]

^[1] Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird die generalisierte Bezeichnung „Schüler“ verwendet. Sie schließt die weibliche Schreibweise mit ein.

^[2] Ritalin ist ein Medikament, das bei den meisten Menschen aufputschend wirkt. Auf Personen, die am Aufmerksamkeitsdefizitsyndrom mit Hyperaktivitätsmerkmalen (ADHS) leiden, hat es hingegen eine „beruhigende“ Wirkung.

^[3] Vgl.: Kaiser, Astrid: Praxisbuch handelnder Sachunterricht. Bd. 1. 7 korr. Aufl. Baltmannsweiler: Schneider 2000, S.72.

^[4] Vgl.: Jennings, Terry: Versuchen und Verstehen. Luft und Wetter. Mülheim: Verlag an der Ruhr 1990, S. 4.

^[5] Kaiser 2000, S. 72.

^[6] Vgl.: Jennings 1990, S. 4.

^[7] Vgl.: Jansen, Walter u.a.: Chemol. Heranführen von Kindern im Grundschulalter an Chemie und Naturwissenschaften. 3. erw. Aufl. Verden / Aller: Lührs und Röver 2003, Luft 3, Lehrerblatt.