Experimente zum Thema Energie
| Autor/inn/en: | |
| Publikation: | 15.3.2007 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: | Wind, Sonne, fallende Gegenstände: Die Schüler/innen sollen sich Experimente ausdenken, bei denen verschiedene Energiequellen eingesetzt werden. Anschließend sollen sie die Experimente durchführen. |
| Angestrebte Kenntnisse: | Materie und Energie: einfache Beispiele für Energiequellen und Energieproduktion |
| Dauer: | ca. 10 Unterrichtsstunden |
| Material: |
Für die gesamte Unterrichtseinheit, jeweils pro Vierergruppe:
Kaufen:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Dieses Modul wurde von der École des Mines in Nantes und Grundschullehrer/inne/n ausgearbeitet.
Inhalt der Unterrichtseinheit
- Was ist Energie? Erste Vorstellungen und Literaturrecherche
- Wind ist eine Energiequelle
- Fallende Gegenstände als Energiequellen
- Von der Sonnenenergie zur elektrischen Energie
Was ist Energie? Erste Vorstellungen und Literaturrecherche
Dauer: 2 oder 3 kurze Unterrichtsstunden
Zunächst werden die Anfangsvorstellungen der Kinder zum Begriff Energie
gesammelt.
Man kann das Gespräch durch Fragen folgender Art in Gang bringen: Was ist
Energie? Wozu dient Energie? Kennt ihr Energiequellen?
Man kann eine Zeichnung mit verschiedenen einfachen Gegenständen (ein
Segelschiff, eine Lampe, ein Fahrrad usw.) verteilen und die Kinder auffordern,
die Energiequelle zu identifizieren.
Kommentar von La main à la pâte
Zu Anfang kann man mit der gesamten Klasse arbeiten. Die erste Vorstellung, auf die die Kinder kommen sollten, ist Folgende: Energie dient dazu etwas zu machen. Die verschiedenen von den Schüler/innen genannten Energiequellen können in einer zweispaltigen Tabelle zusammengefasst werden: Energiequelle, Verwendung. Die Literaturrecherche geschieht dann in kleinen Gruppen, wobei jede Gruppe eine Energiequelle studiert. Jede Gruppe berichtet anschließend über die Ergebnisse ihrer Recherche und stellt der Klasse die gefundenen Nachschlagewerke/Sachbücher und Informationen zur Verfügung.
Wind ist eine Energiequelle
Dauer: 3 oder 4 Unterrichtsstunden
Die Kinder bauen eine Vorrichtung, bei der Windenergie dazu genutzt wird, einen Gegenstand hoch zu heben.
Der/die Lehrer/in regt die Diskussion an, indem er/sie die Schüler/innen fragt,
was der Wind draußen bewirkt (die Bäume bewegen sich, die Blätter fliegen).
Dann bittet er/sie sie, einige Gegenstände zu nennen, die deutlich machen,
dass Wind eine Energiequelle ist (eine Windmühle, ein Segelschiff usw.).
Anschließend stellt er/sie ihnen folgende Aufgabe: Wie kann man einen
Gegenstand mit Hilfe von Windenergie anheben? Man lässt jeder Gruppe Zeit,
über die Aufgabe zu diskutieren und eine Vorrichtung zu entwerfen;
anschließend holt sich jede Gruppe ihr Material.
Nach folgendem Schema wird hier "Energie" mit "eine Bewegung verursachen"
assoziiert:
Die Luftbewegung --> Apparatur --> Die Bewegung eines Gegenstands
Zur Verfügung gestelltes Material
Alles, was man braucht, um ein Windrad herzustellen: z. B ein quadratisches
Stück Papier (20 cm x 20 cm), ein Holzstab, eine
Musterklammer, Klebeband.
Man kann den Kindern auch ein Bild oder eine Bastelanleitung für ein Windrad
zur Verfügung stellen.
Ein Windrad herstellen
- Ein quadratisches Blatt Papier (20 cm x 20 cm) nehmen und es entlang der gestrichelten Linien einschneiden.
- Die Mitte mit einer Musterklammer durchstechen.
- Die mit einem Punkt markierten Ecken zur Mitte umschlagen und mit Klebeband am Kopf der Musterklammer festkleben, anschließend die "Flügel" der Musterklammer am Holzstab befestigen.
Abb. 1: Quadratisches Blatt Papier (20 cm x 20 cm) mit gestrichelten Linien
Was man noch braucht
Draht (z. B. 2 Büroklammern), Schnur, die untere Hälfte einer leeren Plastikflasche, einen kleinen Gegenstand, der hochgehoben werden soll (z. B. ein Geldstück, eine Schraube, einen Ring).
Hier einige Beispiele von Vorrichtungen zum Anheben eines Gegenstands:
Abb. 2: Eine Vorrichtung zum Anheben eines Gegenstands
Man kann auch das Prinzip eines Fahrstuhls verwenden:
Abb. 2: Eine zweite Vorrichtung zum Anheben eines Gegenstands
Kommentar von La main à la pâte
Schüler/innen der Lernstufe 3 wissen seit der Lernstufe 1, dass
Wind bewegte Luft ist. Hier geht es jetzt darum, diese Bewegung auf einen
Gegenstand zu übertragen, um eine gewisse Arbeit zu verrichten.
Um eine funktionierende Vorrichtung zu haben (wie die oben vorgeschlagenen),
muss man mehr als eine Unterrichtsstunde einplanen.
Vorschlag:
- 1. Stunde: Planen und Material auswählen
- 2. Stunde: Apparatur herstellen, ausprobieren und verbessern
- 3. Stunde: Apparatur der Klasse vorstellen, die verschiedenen Apparaturen vergleichen
Fallende Gegenstände als Energiequellen
Material pro Vierergruppe
- ein Korken
- ein langes Lineal
- Knete
- 1 m Schnur
Ziel: Zeigen, dass ein Gegenstand, der an Höhe verliert (also ein fallender Gegenstand), auch eine Energiequelle ist; dadurch kann zum Beispiel ein anderer Gegenstand verschoben werden.
Die erste Unterrichtsstunde beginnt mit einer Diskussion.
Der/die Lehrer/in verkündet den Schüler/inne/n anschließend das Ziel dieser
Stunde: Es soll gezeigt werden, dass ein fallender Gegenstand eine
Energiequelle ist. Er/sie stellt den Kindern folgende Aufgabe: Sie sollen
sich einen Versuch ausdenken, bei dem durch einen fallenden Gegenstand ein
anderer bewegt werden kann. Man lässt jeder Gruppe Zeit, über die Aufgabe
zu diskutieren und eine Vorrichtung zu entwerfen; anschließend holt sich
jede Gruppe ihr Material.
Kommentar von La main à la pâte
Indem der/die Lehrer/in den Schüler/inne/n Fragen zu ihren ersten Projektentwürfen stellt, führt er/sie sie zu funktionierenden Aufbauten. Auf diese Weise sind die Schüler/innen an der Entwicklung und der Umsetzung der Versuche beteiligt.
Hier sind einige Vorschläge für Versuchsaufbauten:
Kann man einen Gegenstand bewegen, ohne eine Energiequelle zu benutzen? Was
macht ein kleines Auto, das man oben auf eine Schräge stellt?
Das Hebelprinzip:
Abb. 4: Schema des Hebelprinzips
Die Verwendung eines Gegengewichts:
Abb. 5: Verwendung eines Gegengewichts
Man könnte eine schiefe Ebene hinzufügen, um den Gegenstand nach oben zu bewegen; man kann auch eine Rolle verwenden, um die Reibung zu vermindern.
Von der Sonnenenergie zur elektrischen Energie
Ziel: Sonnenenergie ausnutzen, um einen Motor zum Laufen oder eine Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen. Die Schüler/innen sollten bereits einige Kenntnisse über Stromkreise haben.
Material pro Vierergruppe:
- eine LED (= Leuchtdiode)
- ein 6V-Motor
- eine Solarzelle
- Kabel mit Krokodilklemmen
- ein sonniger Tag
- ein Solartaschenrechner
Die Kinder verwenden mehrere kleine Solarzellen, die einen Motor oder eine Leuchtdiode mit Strom versorgen. Die Unterrichtsstunde beginnt mit einer Diskussion: Die Kinder werden gefragt, ob sie wissen, wo Sonnenenergie eingesetzt wird? Der/die Lehrer/in zeigt ihnen einen Solartaschenrechner und fragt sie, mit was für Energie er funktioniert.
An jede Gruppe werden eine Solarzelle, ein Motor und Kabel verteilt. Es wird folgende Aufgabe gestellt: Wie kann man einen Motor unter Nutzung von Sonnenenergie zum Laufen bringen? Anschließend kann man die Schüler/innen auffordern, mit Sonnenenergie eine Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen. Mit einer einzigen Solarzelle funktioniert das nicht. Wenn sich die Schüler/innen gut an das Modul über Elektrizität erinnern, kommen sie vielleicht auf die Idee, mehrere Zellen in Serie zu schalten.
Bei der Verwendung von Leuchtdioden, sollte auf die Polarität der Klemmen geachtet werden.
Abb. 5: Ein Motor wird mit Solarenergie betrieben.
Kommentar von La main à la pâte
Es wird geraten, mehr als eine Unterrichtsstunde einzuplanen, damit genügend Zeit da ist, um die Kenntnisse über Elektrizität aufzufrischen. So ist gewährleistet, dass die Kinder sich aktiv an dem Aufbau der Experimente beteiligen.
Solarzellen funktionieren auch mit künstlichem Licht (z. B. die Solartaschenrechner) und es mag verlockend sein, an einem bewölkten Tag, die Solarzellen in künstliches Licht zu halten ... was dazu führt, dass man elektrischen Strom mit elektrischem Strom produziert!
