Direkt zum Inhalt
Zum Ende des Inhalts
Zur Service-Navigation
Zur Suche
Zur Hauptnavigation
Zur Anmeldung/Registrierung

Homepage > Aktivitäten > Materie und Stoffe > Luft > Ist Luft Materie?

Ist Luft Materie?

Autor/inn/en: MJENR/DESCO und französische Académie des sciences/La main à la pâte
Publikation: 1.10.2002
Lernstufen: 23
Ziele: Sich der Existenz von Luft bewusst werden; nachweisen können, dass eine als "leer" bezeichnete Tüte (bzw. Glas, Flasche, ...) Luft enthält.
Dauer: 4 Unterrichtsstunden
Material: Die für diese vier Unterrichtsstunden benötigten Materialien sind einfach zu besorgen: Plastiktüten, Wasserschüssel, Plastikflaschen usw.
Herkunft: La main à la pâte, Paris
Bewertung:
(noch keine Bewertung)

In dieser Unterrichtseinheit, die im Rahmen eines Projektes für Zweit- und Dritt­klässler erstellt wurde, beschäftigen sich die Schüler mit dem Begriff "Materie". Sie sollen von der Stofflichkeit der Luft überzeugt werden. Es wird ein möglicher Unterrichtsverlauf beschrieben mit Forschungsaktivitäten der Schüler sowie möglichen Antworten auf eine gemeinsam ausgearbeitete Aus­gangsfrage.

Zu Beginn jeder Unterrichtsstunde schlägt der Lehrer eine Ausgangssituation vor, indem er den Schülern Fragen und Aufgaben stellt, die die Schüler dazu animieren sollen, selbst Fragen zu stellen, auf die sie ohne diese Ausgangssi­tuation nicht gekommen wären. Die Fragen werden mit Hilfe der Lehrers neu formuliert. Dabei kommen mit großer Wahrscheinlichkeit neue Fragen auf, deren Beantwortung das Ziel der gerade anstehenden Unterrichtsstunde darstellt.

Im Laufe dieser Aktivitäten werden die Schüler nach und nach die angestreb­ten Begriffe verstehen. Hier geht es um die "Luft", die genauso ein Stoff ist wie ein Festkörper oder eine Flüssigkeit. Die Schüler verknüpfen experimentelle und sprachliche Fertigkeiten (sowohl mündliche als auch schriftliche). Dabei führt die Entwicklung der Sprache wiederum zu rekursiven Überlegungen und Denkprozessen, und somit zum Verstehen der Begriffe.

Außer dem Begriff der Stofflichkeit von Luft, soll hier veranschaulicht werden:

Möglicher Ablauf der Unterrichtseinheit


Unter­richts­stunden Ausgangsfrage Schülerarbeiten Angestrebte Kenntnisse und Fähigkeiten Sprachliche Arbeit
Stunde 1 Was befindet sich in den Tü­ten, die in den Kartons ver­steckt sind? Mit geschlossenen Augen die Tüten, die verschiedene Gegenstände ent­halten, abtasten, befühlen; wahr­nehmen, was man spürt; das Wahr­genommene cha­rakterisieren, be­nennen, anderen mitteilen und mit den Wahrnehmun­gen der Mitschüler vergleichen.
  • Sensorische Annäherung an die Aggre­gat­zustände.
  • Gegenstände anhand einiger ihrer Eigen­schaften un­terscheiden: starr, fest, weich, schwer, leicht, warm, kalt, usw.
  • Mündliche Beschreibung dessen, was gefühlt wurde (benen­nen, beschreiben).
  • Gemeinsam etwas Schrift­liches entwer­fen.
Stunde 2 Was wissen wir über Luft? Gemeinsame Dis­kussionsrunde zu den verschiede­nen Schüler­vor­stellungen zum Thema Luft: Wo gibt es Luft? Wozu ist sie gut? usw.
  • Darstellungen der Schüler zum Thema Luft.
  • Sich bewusst werden, dass nicht jeder in der Klasse die gleichen Ansich­ten über das Vorhandensein von Luft hat, über die Orte, wo Luft vor­kommt, ihre Rolle, usw.
  • Diskussion
  • Formulierung von Begriffen aus dem All­tag.
  • Verfassen eines ge­meinsamen Textes (ohne Alltagsbe­griffe)
Lässt sich Luft einfangen? Sich eine Möglich­keit überlegen, wie man eine Tüte mit Luft füllen kann: Die Tüte in der Klasse öffnen, reinpusten, mit der Tüte im Flur herumrennen, usw.
  • Ein einfaches Experiment durchführen können: Die Tüte öffnen, sie mit Luft füllen und zubinden.
  • Luft existiert und ist Materie, da man sie einfan­gen und damit ein Behältnis füllen kann.
Verfassen eines Versuchs­protokolls
Stunde 3 Wie lässt sich beweisen, dass "etwas" in der Tüte ist?
  • Sich ein Expe­riment ausden­ken, mit dem die Ausgangs­frage beant­wortet werden kann.
  • Analog zu Situa­tionen des täg­lichen Lebens, schlagen die Schüler vor, die Tüte zu "lee­ren", nachdem sie ein Loch hineingestochen haben.
  • Sie glauben nun, dass sie fühlen, wie die Luft entweicht. Das Misslingen dieses Versuchs nutzt der Lehrer aus, um eine Diskussion ins Rollen zu brin­gen, in der die Schüler sich neue Experi­men­te ausden­ken und dabei den Misserfolg verarbeiten.
  • Durchführung eines Experi­mentes nach einem vorher festgelegten Protokoll. Wissen, wie daraus Informa­tionen gezogen werden können.
  • Erkennen kön­nen, dass ein Experiment "nicht funktio­niert hat": Luft ist keine fühl­bare Substanz wie etwa feste oder flüssige Stoffe.
  • Erste Unter­scheidung zwi­schen gasförmi­gem und flüssi­gem Zustand.
  • Einen Versuch in Frage stellen kön­nen, um daraus einen neuen zu ent­wickeln.
  • In Gruppen­arbeit schrift­lich ein Pro­tokoll anfer­tigen.
  • Es der ge­samten Klas­se vorstellen; Argumente vorbringen, um das Pro­tokoll zu be­gründen.
Stunde 4 Wie lässt sich die Luft aus der Tüte auffangen? Sich ein neues Experiment aus­denken, es um­setzen und es ggf. überarbeiten, um die Luft aus der Tüte in eine mit Wasser gefüllte Flasche umzu­füllen.
  • Umsetzung einer experimentellen Vorgehensweise.
  • Luft lässt sich umfüllen; Luft ist Materie.
  • Ausarbeitung eines Ver­suchs­proto­kolls.
  • Ausarbeitung eines Erfahrungs­berichts.

Unterrichtsstunde 1: Was befindet sich in den Tüten, die in den Kartons versteckt sind?

Durch Tasten werden die Schüler versuchen, nach ihren persönlichen Erfahrun­gen, die verschiedenen Gegenstände/Stoffe zu unterscheiden.

Schritt 1

Der Lehrer hat hinten im Klassenraum vier Plastiktüten in Kartons versteckt; Sie enthalten folgende Dinge: 1) Wasser, 2) Sand, 3) Luft, 4) einen Stein. Er schlägt den Schülern vor, die Tüten blind abzutasten und anschließend zu er­raten, was sie enthalten. Die Schüler gehen nacheinander nach hinten, befüh­len die Tüten, beschreiben ihre Wahrnehmungen und schreiben diese in eine Tabelle, die ihr persönliches Protokoll darstellt.

Tabelle zu den Inhalten der vier Tüten

Abb. 1: Jeder Schüler hält schriftlich fest, was er gemacht und herausgefunden hat.

Schritt 2

Nachdem alle Schüler die Tüten befühlt haben, regt der Lehrer eine Diskussion an [1], in der die Wahrnehmungen jedes Einzelnen zusammengefasst werden (Objektivierung der Wahrnehmungen). Dabei geht es insbesondere um den In­halt der dritten Tüte (Luft). Es wird auf die bereits bekannten Aggregatzu­stände (fest, flüssig) Bezug genommen.

Bei der dritten Tüte stellen sich die folgenden Fragen: "Ist sie leer?", "Ist da nichts?" (Abb. 1) oder auch: "Ist es wie bei den anderen, aber doch auch wieder nicht?", "Sie ist leichter – was bedeutet das?".

Die Tüten werden schließlich geöffnet. Über den Inhalt der dritten Tüte wird jetzt noch angeregter diskutiert. Im Anschluss an diese Diskussion wird unter Anleitung des Lehrers ein gemeinsamer Text erarbeitet, in dem einige der Merk­male beschrieben sind, die die beiden bereits bekannten Aggregatzu­stände (fest und flüssig) von dem bisher unbekannten in Tüte 3 unterscheidet (ist die Tüte fest zugebunden, ist es unmöglich, sie komplett plattzudrücken, was zu der Schlussfolgerung führt, dass sie "etwas" enthalten muss). Die Schüler werden nun aufgefordert, andere Beispiele von Stoffen zu nennen, die in diese drei Kategorien "fest", "flüssig" und "luftähnlich" passen. Dieser Schritt dient der Strukturierung des bereits vorhandenen Wissens.

Unterrichtsstunde 2: Was wissen wir über Luft, lässt sie sich ein­fangen?

Die Schüler erkunden in dieser Unterrichtsstunde die "Luft" und beginnen, sie als etwas Materielles aufzufassen.

Schritt 1

Der Lehrer bittet die Schüler zu wiederholen, was in der letzten Stunde ge­macht wurde und welche Fragen unbeantwortet geblieben sind. Das Ziel ist, die Schüler dazu zu bringen, sich der Fragen bewusst zu werden, die zu die­sem Thema gestellt werden können (einige dieser Fragen gehen übrigens über das Grundschulniveau hinaus): "Was kann man mit Luft alles machen?", "Kann man sie anfassen?", "Kommt sie überall vor?", "Gibt es Orte, an denen sie nicht vorkommt?".

Die Diskussion kann sich um das Fehlen oder das Vorhandensein von Luft dre­hen – im Flur ("da ist welche, ganz sicher"), in der Klasse ("ganz sicher, sonst könnten wir ja nicht atmen") oder im Schrank (hier sind sich die Schüler nicht einig, vor allem wenn der Schrank halb offen steht, denn da "könnte die Luft ja entweichen"). Es wird ein gemeinsam erarbeiteter Text zu den Fragen und möglichen Antworten erstellt. Die Schüler übetragen diesen Text in ihr Ver­suchsheft (Abb. 5 zeigt ein Beispiel für einen gemeinsam verfassten Text). Zum Schluss schlägt der Lehrer den Schülern vor, "Luft mit Plastiktüten einzu­fangen".

Schritt 2

Die Schüler "füllen" die Tüten im Flur, in der Klasse und auch im Schrank mit Luft. Sind die Tüten gefüllt, schreibt jeder Schüler seinen Namen und den Ort, an dem die Tüte mit Luft gefüllt wurde, auf ein Etikett, das auf die Tüte geklebt wird.

Unterrichtsstunde 3: Wie lässt sich beweisen, dass etwas in der Tüte ist?

Der Nachweis, dass Luft vorhanden ist, bedeutet gleichzeitig, dass es Luft gibt.

Zeichnung: Wir stechen ein Loch in die Tüte und riechen

Abb. 2: Ein Versuchsvorschlag, bei dem man nicht zu dem erhofften Ergebnis kommt.

Schritt 1

Der Lehrer schlägt den in kleine Gruppen aufgeteilten Schülern vor, sich ein Experiment auszudenken, um zu beweisen, dass die Tüte nicht leer ist, son­dern sehr wohl etwas enthält. Bei den ersten von den Schülern vorgeschla­genen Experimenten geht es darum, die Tüte zu "leeren", um so die darin befindliche Luft nachzuweisen. Die Versuchsvorschläge werden auf Plakaten und/oder im Versuchsheft festgehalten und anschließend der gesamten Klasse präsentiert.

Zeichnung und Überlegungen: Wie kann man zeigen, dass Luft in der Tüte ist

Abb. 3: Ein weiteres Versuchsprotokoll, das auf einer falschen Vorstellung beruht.

Schritt 2

Nach der Durchführung der Versuche, bei denen die Schüler festgestellt ha­ben, dass "es nicht funktioniert", regt der Lehrer eine gemeinsame Diskussion an, um die Gründe für die misslungenen Experimente verständlich zu machen. Die Schüler kommen somit erneut zu der Schlussfolgerung, dass "man Luft nicht sehen kann". Der Lehrer ersetzt daraufhin "sehen" durch den Ausdruck "nachweisen". Aufgrund der von jedem Einzelnen gemachten Erfahrungen wird der Begriff nach und nach verinnerlicht: Man müsste Blasen machen können, in der Badewanne, im Schwimmbad, ...

Aber das ist nicht so einfach. Auch wenn sich alle Gruppen bald einig darüber sind, dass man eine mit Wasser gefüllte Schüssel bräuchte, so wissen sie doch nicht genau, wie sie vorgehen sollen. Die Kinder dieser Altersgruppe denken meistens, dass die Luft, die aus der kaputten Tüte strömt, direkt in die Schüs­sel fließen müsste, wie in dem Versuchsprotokoll in Abb. 4 ersichtlich.

Protokoll zu einem Versuch, mit dem Luft nachgewiesen werden sollte

Abb. 4: Ein Versuchsprotokoll, das nach einer Diskussion mit der gesamten Klasse überarbeitet wird.

Schritt 3

Nachdem die gefundene Lösung nicht zum erhofften Ergebnis geführt hat, wer­den die Kinder nun vielleicht auf die Idee kommen, die Tüte ins Wasser zu tauchen, dort ein Loch hineinzustechen und zu beobachten, ob sich Blasen bilden.

Bei der Umsetzung dieses "funktionierenden" Experiments durch alle Gruppen sind die Schüler regelrecht begeistert. Nach all den Misserfolgen und Enttäu­schungen ist nun endlich – durch das Entweichen der Blasen aus der Tüte – der Nachweis erbracht, dass Luft Materie ist.

Unterrichtsstunde 4: Wie lässt sich die Luft aus der Tüte wieder auffangen?

Die Luft, die nun als ein Materie betrachtet wird, ist in der folgenden Unter­richtsstunde Gegenstand zahlreicher Versuche.

Zusammenfassung eines missglückten Versuchs

Abb. 5: Ein erster missglückter Versuch

Schritt 1

Der Lehrer bittet die Schüler, die Luftblasen in einer Plastikflasche oder einem anderen Behälter aufzufangen. Bevor die in kleine Gruppen aufgeteilten Schüler mit ihren Experimenten beginnen, macht der Lehrer sie noch einmal auf die Be­standteile eines Versuchsprotokolls aufmerksam: genaue Formulierung der Aus­gangsfrage, in Betracht gezogene Hypothesen, notwendiges Material, Ablauf der Versuche. Diese methodische Herangehensweise wird im Laufe dieser Un­terrichtseinheit mehrmals wiederholt, so können Systematik und Genauigkeit bei einer wissenschaftlichen Untersuchung schrittweise erlernt werden. Damit jeder Schüler sich die Methode in seinem eigenen Rhythmus aneignen kann, sind solche Erklärungsphasen unbedingt notwendig.

Der Lehrer fordert jede Gruppe auf, ein Protokoll auszuarbeiten und es dann schriftlich auf einem Plakat festzuhalten. Diese immer wieder systematisch durchgeführte Arbeit hat eine doppelte Funktion: Erstens, innerhalb der Gruppe ein Nachdenken über die Ausgangsfrage und die Art und Weise ihrer experimentellen Untersuchung zu fördern; und zweitens, der Gruppe die Möglichkeit zu geben, ihr Protokoll der gesamten Klasse zu präsentieren. In dieser Phase arbeitet jede Gruppe für sich selbst.

Natürlich werden die Schüler Rechtschreibfehler machen. Der Lehrer sollte in dieser Phase jedoch nicht eingreifen, außer wenn es vom Schüler ausdrücklich gewünscht wird. Ansonsten wird den Schülern zunächst alle Freiheit gelassen, um ihnen beim Schreiben genug Spielraum für Vorstellungskraft und Kreativität zu geben. Die Fehler werden beim Verfassen des gemeinsamen Versuchsproto­kolls, das ebenfalls in das Versuchsheft übertragen wird, korrigiert. Die eigenen Texte können gekennzeichnet werden (z. B. mit einem farbigen Punkt), um sie von den mit Hilfe des Lehrers verfassten Texten zu unterscheiden (die hin­sichtlich des Inhalts und der Orthografie korrekt sind). Auch die in Gruppenar­beit verfassten Texte können gesondert gekennzeichnet sein. Zum Umgang mit Schülertexten siehe: "Naturwissenschaft und Sprache in der Klasse".

Die Schüler eignen sich durch diese Arbeit sprachliche Fähigkeiten an. Sie wis­sen, dass sie in den selbständig verfassten Texten Rechtschreibfehler machen dürfen, sich aber trotzdem Mühe geben sollten. Sie werden den Lehrer fragen, wie man das eine oder andere Wort schreibt; schließlich wissen sie, dass es Regeln gibt. Sie werden auf diese Weise, ohne sich "zu verkrampfen", einen Text verfassen, der anschließend der gesamten Klasse vorgestellt wird.

Dieser pädagogische Kompromiss wurde vorher detailliert mit den Schülern be­sprochen; außerdem wurden ihre Eltern (z. B. in einem Brief) über das Vorge­hen informiert.

Schritt 2

Der Lehrer bittet jede einzelne Gruppe, ihr Versuchsprotokoll der Klasse vorzu­stellen und anschließend ihr Experiment vorzuführen (nachdem er eventuell sichergestellt hat, dass die benötigten Materialien vorhanden sind). Sollte der Versuch nicht das gewünschte Ergebnis erzielen, wird er anschließend von der gesamten Klasse diskutiert, um herauszufinden, wo das Problem liegt. Danach wird ein weiterer Versuch unternommen, der die Überlegungen der Mitschüler berücksichtigt.

Einige Beispiele für Vorschläge der Schüler:

Es bedarf mehrerer erfolgloser Versuche, bevor die Schüler begreifen, dass "eine Flasche, in der bereits Luft ist, nicht mit Luft gefüllt werden kann".

Text: Eine Flasche, in der bereits Luft ist, kann man nicht füllen Protokoll eines geglückten Versuchs

Abb. 6: Ein geglückter Versuch, der aus den Erfahrungen der vorangegangenen Misserfolge resultiert.

Schritt 3

Selbst wenn die Flasche mit Wasser gefüllt ist, sind die Schüler nicht unbe­dingt sofort erfolgreich. Tatsächlich kann die Idee, dass man "Luft" in eine Flasche "gießen" könnte, indem man die Tüte über die Flasche stülpt, noch einmal auftauchen. In der Diskussion geht es nun darum, ob die Flasche bis zum Rand mit Wasser gefüllt sein muss oder nicht. Ein Argument dabei ist, dass wenn die Flasche nicht bis oben hin gefüllt ist, "auch keine Blasen entstehen können".

Mehrere Versuche sind notwendig, bis die Schüler, die sehen, dass "das nicht funktioniert", auf die Idee kommen, die gesamte Vorrichtung umzudrehen. Die Schüler freuen sich, nun zu beobachten, wie die ersten Luftblasen langsam in der Wasserflasche aufsteigen (Abb. 6).

Der Lehrer erklärt an dieser Stelle, wie die Luft in die Flasche und das Wasser in die Tüte (und umgekehrt) gelangen.

Jede Gruppe führt diesen Versuch nun durch. Anschließend wird gemeinsam ein Protokoll ausgearbeitet, das in das Versuchsheft geschrieben wird. Ein farbiger Punkt kann hier wieder kennzeichnen, dass es sich um eine gemeinsame Arbeit handelt, die unter der wissenschaftlichen Anleitung des Lehrers durchgeführt wurde.

Versuchsprotokoll unter Anleitung der/des Lehrenden

Abb. 7: Das von der Klasse gemeinsam erstellte Versuchsprotokoll

Schritt 4

Im Anschluss an diese vier Unterrichtsstunden kann eine erste Bilanz zu den neu erworbenen Erkenntnissen zum Thema Luft gezogen werden: Man kann Luft einfangen, man kann mit ihr einen Behälter füllen, man kann sie umfüllen (von einem Behälter in einen anderen). Dies ist ein erster Schritt in Richtung Charakterisierung eines dritten Aggregatzustandes: Luft ist gasförmig.

Voraussetzungen für die praktische Umsetzung der Unterrichts­einheit

Voraussichtliche Dauer

Diese Art von Arbeit kann nicht zeitlich eingegrenzt werden. Sie ist nur dann sinnvoll, wenn sie über einen langen Zeitraum durchgeführt wird. Die vier hier beschriebenen Unterrichtsstunden sind Teil eines Versuchs, der in verschiede­nen Klassen, die an diesem Projekt teilgenommen haben, durchgeführt wurde.

Empfohlenes Informationsblatt

Informationsblatt 3: "Luft"

Schluss

Diese Unterrichtseinheit hat zwei Hauptziele: Erstens, sich Wissen zum Thema Luft/Materie anzueignen und zweitens, eine experimentelle Vorgehensweise sowie Selbständigkeit zu erlernen. Die Existenz von Luft in einer Tüte experi­mentell nachzuweisen, war für die Schüler nicht so leicht, wie sie es sich am Anfang vorgestellt hatten. Sie waren von Folgendem ausgegangen: Um zu zeigen, dass die Tüte etwas enthält, genügt es, ein Loch hineinzustechen, damit sie sich leert.

Vielen von ihnen wird diese Schwierigkeit (dass die Luft nicht ins Wasser fällt, wenn man die Tüte über der mit Wasser gefüllten Schüssel öffnet) erst be­wusst, nachdem sie die experimentelle Erfahrung gemacht haben. In diesem Fall lernen die Schüler etwas über den Umweg eines Experiment, das "nicht funktioniert" (unter der Voraussetzung, dass die Gründe für das Misslingen gemeinsam erörtert werden). Wenn es darum geht, Luft in einer Flasche auf­zufangen, kommen die Schüler ganz schnell auf die Idee, die Flasche mit Was­ser zu füllen, um die Luftblasen zu sehen. Die Schüler stülpen die Tüte einfach über die Flasche und verstehen nicht, dass die Blasen nicht in die Flasche "fal­len". Erst während des Herumhantierens mit Flasche und Tüte, also während sie "mit den Händen denken", kommen sie auf die Idee, die ganze Versuchsan­ordnung umzudrehen. Sie kommen nicht gleich auf die Idee, da sie davon aus­gehen, dass dadurch das Wasser herausläuft und somit das Experiment miss­lingt.

Interessant ist, dass dieses Experiment im Unterricht nur selten durchgeführt wird. Der Versuch, der den Schülern in den meisten Schulbüchern vorgeschla­gen wird, besteht darin, direkt die mit Wasser gefüllte Flasche über die darun­ter befindliche (mit Luft gefüllte) Tüte zu positionieren (und das Ganze im Was­ser), als ob klar wäre, dass dies die einzige Möglichkeit sei.

Im Laufe dieser Unterrichtseinheit haben die Schüler verschiedene Tätigkeiten mit Luft ausgeführt, die sie mit anderen Stoffen ganz selbstverständlich durchführen (einfangen, transportieren, aufbewahren, umfüllen). Die Materia­lität von Luft ist jedoch noch nicht von allen Schülern verinnerlicht. Dafür sind weitere Unterrichtsstunden notwendig, in denen die Luft dazu verwendet wird, Luftballons oder Flaschen zu füllen, oder die "gefangene" Luft nach ihrer "Be­freiung" Gegenstände in Bewegung versetzt. Dieser Begriff von der Materialität der Luft kann nur im Laufe ähnlicher Experimente verstanden werden. Es müs­sen weitere Situationen folgen, in denen die Schüler die Möglichkeit haben, die Luft zu spüren [2] und sich bewusst zu werden, dass Luft für viele Lebewesen lebensnotwendig ist.

Mögliche Erweiterungen

Das Thema Luft ist hier längst nicht erschöpfend behandelt worden. Weitere Aktivitäten zu diesem Thema können folgen und sich dabei auch auf andere Bereiche der Lehrpläne für die Grundschule beziehen.

Bibliografie


Fußnoten

1: Formulierung von Überlegungen, die durch den Lehrer angeleitet werden. Siehe "Grundzüge einer Unterrichtseinheit", Abschnitt "Anhaltspunkte für den praktischen Umgang mit einer Unterrichtseinheit".

2: Siehe die Unterrichtseinheit "Woher weht der Wind?"

Letzte Aktualisierung: 2.4.2015

Allgemeine Informationen E-Mail Alphabetischer Index Sitemap Häufig gestellte Fragen La main à la pâte
Was sind eigentlich Sonnentaler?

Anmeldung

Passwort vergessen?

Registrieren