Nachweis von Luft

Autoren:	Diese Unterrichtseinheit wurde von Referendaren des Universitären Lehrer­ausbildungsinstituts (IUFM) in Valence ausgearbeitet.
Publikation:	1.1.1997
Lernstufe:	2
Übersicht:	Die Schüler versuchen, die Existenz von Luft nachzuweisen.
Angestrebte Kenntnisse:	Die Welt der Materie
Dauer:	5 Unterrichtsstunden à ca. 1 Stunde. Dabei arbeiten die Schüler entweder einzeln oder in Dreiergruppen.
Material:	ein durchsichtiger Becher etwas, um ein Loch in die Becher zu bohren Papiertaschentücher ein Gefäß (durchsichtige, möglichst hohe Schüssel) eine Plastikflasche ohne Boden mit Verschluss Schwimmer (Korken, Styropor usw.) Tinte zum Färben des Wassers zwei durchsichtige kleine Gläser ein Strohhalm oder ein flexibler Schlauch eine Flasche
Herkunft:	La main à la pâte, Paris
Bewertung:	(noch keine Bewertung)

Ziele

Methodische Ziele

• Entdeckung experimenteller Fakten, die als Ausgangspunkt der Überlegun­gen dienen (1. Unterrichtsstunde)
• Lösung eines Problems durch experimentelles Herantasten (1. und 2. Un­terrichtsstunde)
• Verfeinerung der Schemata, um den Gedankengang besser auszuarbeiten (3. Unterrichtsstunde)
• Gewissenhaft arbeiten (3. Unterrichtsstunde)

Wissenschaftliche Ziele

• Nachweis des Wasserstands im Becher (4. Unterrichtsstunde)
• Existenz von Luft: Zeigen, dass das Wasser den Platz der Luft einnimmt oder die Luft den Platz des Wassers (5. Unterrichtsstunde).

1. Unterrichtsstunde

Ausgangssituation

Der Lehrer schlägt einen Versuch vor und führt ihn durch. Er nimmt ein Glas und stopft ein Papiertaschentuch hinein, dreht es um, vergewissert sich dabei, dass das Taschentuch gut festsitzt und taucht es dann sehr langsam unter, indem er es senkrecht hält, bis es auf dem Grund ist. Das Taschentuch ist tro­cken geblieben. Er fragt die Schüler: "Was ist passiert? Warum ist das Ta­schentuch trocken?"

Reaktionen

Arbeitsauftrag: Die Kinder antworten schriftlich in kleinen Gruppen. Folgende Antworten sind zu erwarten:

• Das ist Zauberei.
• Das liegt daran, dass das Glas umgedreht ist.
• Das Wasser fließt an den Seiten entlang.
• Die Erde zieht alles an.
• Das Glas wird zu stark auf den Boden gedrückt.
• Keine Erklärung.
• Es liegt an der Luft im Glas.

Die Kinder tauschen ihre ersten Beobachtungen und Fragen aus. Dabei können die Vorstellungen der Schüler einander gegenübergestellt werden.

Versuch

Arbeitsauftrag: "Ihr führt diesen Versuch gemeinsam durch. Anschließend fer­tigt jeder eine Zeichnung an und notiert seine Beobachtungen und Erklärun­gen."

Der Versuch wird von jeder Gruppe durchgeführt. Meistens sehen die Zeich­nungen der Kinder folgendermaßen aus:

Abb. 1: Der Versuch mit dem Taschentuch

Folgende Probleme treten auf:

• Kein Wasserspiegel.
• Unwissenschaftliche Darstellung.
• Einfache Bestandsaufnahme ohne Erklärung.
• Kein Wasserspiegel, weder in der Schüssel noch im Glas.

2. Unterrichtsstunde

Noch einmal zum Versuch aus der 1. Unterrichtsstunde

Der Versuch wird erneut betrachtet und die Erklärungen der Schüler werden an die Tafel geschrieben.

Der neue Arbeitsauftrag lautet: Die Kinder sollen sich schriftlich überlegen, durch welchen Versuch das Wasser in das Glas gebracht werden kann. Der Lehrer muss neutral bleiben. In der Vorschule und in der ersten Klasse machen die Kinder ihre Vorschläge mündlich und der Lehrer schreibt sie an die Tafel.

Antworten

• Das Glas nicht fest auf den Boden der Schüssel drücken.
• Das Glas kippen.
• Das Glas auf den Boden stellen und loslassen.
• Das Glas auf den Boden drücken und loslassen.
• Das Glas an der Wand der Schüssel entlang eintauchen, damit das Wasser nicht herausfließen kann.
• Das Glas sehr schnell untertauchen.
• Einen Wollfaden in das Glas legen.
• Ein Loch machen.

Gemeinsame Besprechung der Ergebnisse

Abb. 2: oben links: "Man legt das Taschentuch auf den Boden des Glases, man dreht das Glas ein wenig um."; unten links: "Man muss das Glas schnell ins Wasser eintauchen und man muss es schnell wieder herausnehmen!"; unten rechts: "Im Becher ist ein Loch und das Taschentuch ist nass."

In diesem Stadium der wissenschaftlichen Vorgehensweise ist es wichtig, dass der Lehrer neutral bleibt und den Kindern die Möglichkeit lässt, alle Anordnun­gen auszuprobieren.

Experimentieren

Arbeitsauftrag: "Ihr experimentiert, versucht, und ändert falls nötig eure Zeichnung. Wenn ihr die Anordnung ändert, zeichnet ihr die neue Anordnung."

Gemeinsame Besprechung der Ergebnisse

Jede Gruppe stellt ihre Arbeit vor. Der Lehrer gibt Hilfestellungen, um die ge­meinsame Auswertung zu erleichtern:

• Welche Anordnungen haben nicht funktioniert?
• Welche Änderungen habt ihr vorgenommen?
• Welche neuen Anordnungen habt ihr ausprobiert?

Individuelles Protokoll

Arbeitsauftrag: "Macht eine Zeichnung der Anordnung, die eurer Meinung nach funktioniert."

3. Unterrichtsstunde

Jeder Schüler erhält eine Fotokopie der vier vom Lehrer ausgewählten Zeich­nungen, die die häufigsten Fehler enthalten:

Abb. 3: Zeichnungen zu den Versuchen

Die häufigsten Fehler sind:

1. Kein Wasserspiegel in der Schüssel.
2. Der Wasserspiegel in der Schüssel hat Wellen.
3. Keine Luftblasen.
4. Zu viele Luftblasen.
5. Bedeutung der Pfeile.
6. Verwechslung von Luftblasen und Wassertropfen.
7. Fehlende Beschriftung.
8. Neigung des Glases.
9. Wasserstand im untergetauchten Glas.

Arbeitsauftrag: "Ihr müsst die Fehler in den Zeichnungen verbessern. Ihr könnt die Unterlagen benutzen, die hinten in der Klasse ausgelegt sind."

Nachdenken über die Fehler

Der gleiche Arbeitsauftrag wie eben, aber dieses Mal in Gruppenarbeit. Klären­de Diskussion, um die häufigsten Fehler zu verbessern (1, 2, 3, 4, 8).

Abhilfen

• Fehler 5 erfordert mehrere Zeichnungen.
• Die Fehler 6 und 7 erfordern eine genauere Beschriftung.
• Der Fehler 9 kann zu diesem Zeitpunkt nicht behoben werden (folgende Unterrichtsstunde).

Individuelles Protokoll.

Arbeitsauftrag: "Ausgehend von den Bemerkungen, die gerade gemacht wurden, fertigt ihr eine neue Zeichnung des Versuchs an."

4. Unterrichtsstunde

Frage

Da wir in der letzten Stunde den Wasserstand im untergetauchten Glas nicht bestimmen konnten, müssen wir jetzt eine Möglichkeit finden, um diesen sicht­bar zu machen.

Arbeitsauftrag: "Wie kann man den Wasserstand im Glas erkennen?"

Antworten

Die Antworten der Klasse werden an die Tafel geschrieben:

• Das Wasser färben.
• Einen Schwimmer verwenden.

Darstellung mit Hilfe einer Zeichnung

Der Lehrer zeichnet das Folgende an die Tafel:

Abb. 4: Zeichnung des Lehrers – es fehlt der Wasserstand in der Flasche.

Die Kinder malen diese Zeichnung ab und müssen den Wasserstand in der Fla­sche einzeichnen.

Versuch mit einem Schwimmer oder mit gefärbtem Wasser. Jedes Kind malt eine endgültige Zeichnung und gibt eine Erklärung.

Abb. 5: Flasche mit eingezeichnetem Wasserstand

Erwartete Antwort

Das Wasser nimmt den Platz der Luft ein.

Aufgetretene Schwierigkeiten

• Mit dem gefärbten Wasser kann der Wasserstand nicht sichtbar gemacht werden.
• Die Tatsache, dass die Flasche nicht vollkommen untergetaucht ist, stellt für einige Kinder ein Problem dar. Daher muss man auf den Becher mit dem Loch zurückkommen.

5. Unterrichtsstunde

Versuch 1

Der Lehrer schlägt folgenden Versuch vor und führt ihn durch.

Abb. 6: Luft wird von einem Glas ins andere umgefüllt.

Arbeitsauftrag: "Ihr führt diesen Versuch durch. Anschließend macht jeder eine Zeichnung der Anfangs- und der Endsituation und schreibt dazu seine Erklärungen auf."

Versuch 2

Der Lehrer schlägt folgenden Versuch vor und führt ihn durch.

Abb. 7: Mit einem Strohhalm wird Luft in das untergetauchte Glas gepustet.

Arbeitsauftrag: "Ihr führt diesen Versuch durch. Anschließend zeichnet jeder ein Schema der Anfangs- und Endsituation und schreibt dazu seine Erklärun­gen auf." Tipp: Die Flasche ganz voll machen und schnell umdrehen.

Schlussfolgerung

An dieser Stelle kann man schließen, dass das Wasser den Platz der Luft ein­nimmt und die Luft die Stelle des Wassers.

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Folgende Personen haben an der Ausarbeitung dieser Unterrichtseinheit mitge­arbeitet: Claudine Amaudry, Geneviève Bonnaud, Didier Cerdan, Marie-Claude D'Agostino, Denise Desfonds, Marie-Thérèse Didier, Marie-Odile Fromherz, Jean-Claude Gay, Nadine Laurent, Marc Perrot, Patrick Ranc, Nicole Veyrun, Madame Savouret.

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