Ist Luft Materie?
| Autor/inn/en: | MJENR/DESCO und französische Académie des sciences/La main à la pâte |
| Publikation: | 1.10.2002 |
| Lernstufen: | 2, 3 |
| Ziele: | Materie – sich der Existenz von Luft bewusst werden |
| Angestrebte Kenntnisse: | In der Lage sein, zu beweisen, dass die weithin als "leer" bezeichneten Räume voller Luft sind. |
| Dauer: | 4 Unterrichtsstunden |
| Material: | Die für diese vier Unterrichtsstunden benötigten Materialien sind einfach zu besorgen: Plastiktüten, Wasserschüssel, Plastikflaschen... |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
In dieser Unterrichtseinheit untersuchen Kinder der 2. und 3. Klasse das
Thema Materie. Das
Arbeitsblatt 3: "Luft", wird
verwendet, ebenso die Videobildsequenzen einer CD-ROM (auf Französisch),
die als Begleitmaterial für diese Unterrichtseinheit erstellt wurde. Die
wichtigsten Momente jeder Unterrichtsstunde werden, entsprechend
den "Anhaltspunkten für den praktischen Umgang mit einer Unterrichtseinheit" aus der
Einleitung, durch einen kurzen Videobeitrag veranschaulicht.
Die Unterrichtseinheit wurde im Rahmen eines "Projektes" für Kinder der
2. und 3. Klasse erstellt. Ein Projekt umfasst die
Forschungsaktivitäten der Kinder zu einem bestimmten Thema, sowie alle
möglichen Antworten auf eine gemeinsam ausgearbeitete Ausgangsfrage.
Dabei wird unterschieden zwischen:
- der Problematik der/des Lehrenden: Wie können die Schüler/innen von der Stofflichkeit der Luft überzeugt werden;
- der Problematik der Schüler/innen, die in jeder Unterrichtsstunde ihre Arbeit planen sollen.
Zu Beginn jeder Unterrichtsstunde schlägt der/die Lehrer/in eine
Ausgangssituation vor, indem er/sie den Schüler/inne/n Fragen und
Aufgaben stellt, die die Schüler/inne/n dazu animieren sollen, selbst
Fragen zu stellen, auf die sie ohne diese Ausgangssituation nicht gekommen
wären. Die Fragen werden mit Hilfe der/des Lehrenden neu formuliert und
werfen ihrerseits wiederum Fragen auf, deren Lösung das Ziel der gerade
anstehenden Stunde darstellt.
Im Laufe dieser Aktivitäten werden die Schüler/innen 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
sprachlichen Fertigkeiten im Zusammenhang mit den experimentellen - sowohl
mündliche als auch schriftliche, stehen hier im Vordergrund. Die
Entwicklung der Sprache führt wiederum zu rekursiven Überlegungen
und Denkprozessen, und somit zum Verstehen der Begriffe.
Außer dem Begriff der Stofflichkeit von Luft, sollen hier
veranschaulicht werden:
- welche Möglichkeiten die/der Lehrende hat, die verschiedenen Phasen dieser Art von Aktivitäten zu steuern;
- dass die Schüler/innen in der Lage sind, sich ein Experiment zu überlegen, es umzusetzen und daraus relevante Informationen zu ziehen, selbst wenn das Experiment nicht die Ausgangshypothese "bestätigt";
- welche Bedeutung und Rolle die verschiedenen Schriftstücke haben, die im Laufe der Aktivitäten erstellt wurden (über den gesamten Zeitraum wird ein Versuchsheft geführt).
Stellung in den [französischen] Lehrplänen
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Lernstufe 1: Der/die Schüler/in erkundet seine Umwelt mit seinen
Sinnen. Die vorgeschlagenen Aktivitäten ermöglichen es
ihm/ihr, seine/ihre Wahrnehmung zu entwickeln, insbesondere seinen/ihren
Tastsinn. In diesem Sinne gibt der Wind (also Luft in Bewegung) einen
ersten Eindruck von der Stofflichkeit der Luft. Die durchdachte
Herstellung von Gegenständen, die sich den Wind zu nutze machen (z.
B. eine Windmühle[1]), kann
den Nachweis der Existenz von Luft unterstützen.
- Lernstufe 2: Die Entdeckung der Welt der Materie geht weiter. Festkörper und Flüssigkeiten sind bekannt, mit ihnen wurde experimentiert und es wurden bestimmte Eigenschaften aufgedeckt. Die Schüler/innen werden jetzt nach und nach ein Stoff erkunden, der unsichtbar ist, aufzubewahren und zu bewegen ist und der selbst, wenn er sich nicht bewegt, etwas bewirken kann. Diesen Stoff werden sie ebenfalls während der Untersuchung der fünf Sinne oder der Lebenszeichen bei Tieren wieder entdecken (Voraussetzung für die Aufzucht von Tieren, Untersuchung der Fortbewegungsarten, wie z.B. der Flug der Vögel). |
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| Auszüge aus dem [französischen] Lehrplan | Auszüge aus dem Text zur Umsetzung | |
|---|---|---|
| Angestrebte Fähigkeiten | Anmerkungen | |
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Der Stoff
- Sich der Existenz von Luft bewusst werden, erste Begegnung mit dem Zustand eines Stoffes, der sich von festen und flüssigen Stoffen unterscheidet (Die Untersuchung der Stofflichkeit von Luft und die Veranschaulichung des gasförmigen Zustandes werden in der Lernstufe 3 durchgenommen). |
In der Lage sein, zu beweisen, dass die weithin als "leer" bezeichneten
Räume voller Luft sind. Fähig sein, sich einige einfache
Situationen auszudenken und zu interpretieren, die folgende Regeln
deutlich machen:
- Luft kann sich bewegen, - Luft verschwindet nicht und taucht nicht einfach irgendwo wieder auf: Wenn es so aussieht, als ob Luft irgendwo verschwindet, dann hat sie sich nur von einem Ort zum anderen bewegt, - wissen, dass der Wind Luft in Bewegung ist. |
Zu Beginn der Lernstufe 2 sind die Schüler/innen in der Lage, Überlegungen zur Erhaltung von festen und flüssigen Stoffen anzustellen. Das Ziel besteht jetzt darin, sie zu ähnlichen Gedankengängen im Zusammenhang mit der Luft zu führen. Dabei stützen wir uns in erster Linie auf Situationen, in denen Luft wahrnehmbar ist. Das Ziel ist es, die Luft auch dann wahrzunehmen, wenn sie sich nicht bewegt. |
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- Lernstufe 3: Die Untersuchung von Materie geht weiter, es geht diesmal
um die "gewichtige" Eigenschaft von Luft. Die Tatsache, dass Luft ein
Gewicht hat (eine Masse hat) wird in dieser Lernstufe bewiesen.
Dafür werden die Schüler/innen mit einem anderen
gegebenenfalls unsichtbaren Stoff bekannt gemacht: dem Wasserdampf. Der
Begriff "gasförmiger Zustand" wird so nach und nach entwickelt.
Überlegungen bezüglich der Anpassung von Lebewesen an ihre
Umwelt, ermöglichen es, die Luft (Atmung, Blutkreislauf) als einen
lebenswichtigen Stoff zu betrachten.
- Sekundarstufe: Dass Luft ein Gas ist, wird anhand einer ihrer Eigenschaften veranschaulicht: der Komprimierbarkeit. Durch die Untersuchung der Luft unter chemischen Gesichtspunkten (Verbrennung, Teilchenmodell) werden die Kenntnisse über Materie vertieft. Das Kennenlernen anderer Gase (molekularer Sauerstoff [O2], molekularer Stickstoff [N2]), sowohl in Chemie als auch in Biologie, ermöglicht ein besseres Verständnis des Begriffs "gasförmiger Zustand". Letztendlich führen Untersuchungen über die Bedingungen der Tierzucht und über chlorophyllhaltige Pflanzen dazu, Luft als Lebensraum anzusehen. Am Ende der Unterrichtseinheit erworbenes Wissen und Können - Die verschiedenen Aggregatzustände anhand ihrer Eigenschaften unterscheiden können. - Sich die Existenz eines dritten, des gasförmigen Aggregatzustandes allmählich vorstellen können. Luft gehört zu den Stoffen im gasförmigen Zustand. - Sich ein Versuchsprotokoll ausdenken und anschließend zur Lösung einer Fragestellung verwenden können. - Die ersten Schritte der experimentellen Herangehensweise verstehen ud nachvollziehen können. |
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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, die Wahrnehmungen spüren, sie charakterisieren, sie benennen, sie anschließend den Freund/inn/en mitteilen und sie denen gegenüberstellen, die die anderen verspürt haben. |
Eine sensorische Annäherung an die Aggregatzustände.
Diese Zustände anhand einiger ihrer Eigenschaften unterscheiden: starr, fest, weich, schwer, leicht, Wärmeleitfähigkeit (Gefühl der Kälte bzw. der Wärme), usw. |
Sprachliche Beschreibung dessen, was gefühlt wurde (benennen,
beschreiben).
Gemeinsam etwas Schriftliches entwerfen. |
| Stunde 2 | Was wissen wir über Luft? | Der/die Lehrer/in organisiert eine gemeinsame Diskussionsrunde zu den verschiedenen Vorstellungen der Schüler/innen zum Thema Luft: Wo gibt es Luft? Wozu ist sie gut? usw. |
Darstellungen der Schüler/innen zum Thema Luft.
Sich bewusst werden, dass nicht jede/r in der Klasse die gleichen Ansichten über das Vorhandensein von Luft hat, über die Orte, wo Luft vorkommt, ihre Rolle, usw. |
Diskussion mit den Klassenkamerad/inn/en.
Formulierung der im Alltag erworbenen spontanen Begriffe. Verfassen eines gemeinsamen Schriftstückes, das diese spontanen Begriffe außer Acht lässt. |
| 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 stofflich, 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/innen 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/die Lehrer/in aus, um eine Diskussion ins Rollen zu bringen, in der die Schüler/innen 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. Sein Protokoll in Frage stellen, um daraus ein neues zu entwickeln. |
In kleinen Gruppen schriftlich ein Protokoll anfertigen.
Es der gesamten Klasse vorstellen und es untermauern. |
| 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: Sie ist stofflich. |
Ausarbeitung eines Versuchsprotokolls.
Ausarbeitung eines Erfahrungsberichtes. |
Unterrichtsstunde 1. Was befindet sich in den Tüten, die in den Kartons versteckt sind?
Durch Abtasten werden die Schüler/innen versuchen, nach ihren persönlichen Erfahrungen, die verschiedenen Stoffe zu unterscheiden.
Phase 1
Die/der Lehrende hat hinten im Klassenraum vier Plastiktüten in Kartons versteckt; Sie enthalten folgende Dinge: 1.) Wasser, 2.) Sand, 3.) Luft, 4.) einen Stein. Sie/er schlägt den Schüler/inne/n vor, die Tüten blind abzutasten und anschließend zu erraten, was sie enthalten[2]. Die Schüler/innen gehen nacheinander nach hinten, befühlen die Tüten, beschreiben ihre Wahrnehmungen und schreiben diese in eine Tabelle, die wiederum ihr persönliches Protokoll darstellt[3].
Abb. 1: Jede/r Schüler/in hält seine Tätigkeiten und Erkenntnisse schriftlich fest.
Phase 2
Nachdem alle Schüler/innen die Tüten befühlt haben, beginnt
eine von der Lehrerin/vom Lehrer geleitete
Diskussion[4], in der die Wahrnehmungen
jeder/jedes Einzelnen zusammengefasst werden (Objektivierung der
Wahrnehmungen) und in der der Inhalt der dritten Tüte (Luft) beschrieben
wird. Dabei wird auf die bereits bekannten Aggregatzustände (fest,
flüssig)[5] Bezug genommen.
Diese Phase wird bei den Schüler/inne/n die Frage nach dem Inhalt von
Tüte 3 aufwerfen[6]. In der
Diskussion zwischen den Schüler/innen geht es nun um die Fragen: "Ist sie
leer?", "Ist da nichts?" (siehe Protokoll in Abb. 1)
oder auch "Ist es wie bei den anderen, aber doch auch wieder nicht?",
"Leichter?".
Die Erklärung erfolgt natürlich durch Öffnen der Tüten.
Was die dritte Tüte angeht, so werden die Diskussionen noch angeregter,
nachdem klar geworden ist, dass sie "nichts"
enthält[7].
Im Anschluss an diese Diskussion wird unter Anleitung der/des
Lehrenden[8] ein gemeinsames
Schriftstück erarbeitet, in dem einige der Merkmale aufgeführt sind,
die die beiden bereits bekannten Aggregatzustände von dem bisher
unbekannten in Tüte 3 unterscheidet (es ist unmöglich, die
Tüte komplett platt zu drücken, was zu der Schlussfolgerung
führt, dass sie "etwas enthalten" muss). Die Schüler/innen werden
nun aufgefordert, andere Beispiele von Stoffen zu nennen, die in diese drei
Kategorien passen[9].
Diese Phase dient der Ausarbeitung und Strukturierung des bereits vorhandenen
Wissens[10].
Unterrichtsstunde 2: Was wissen wir über Luft, lässt sie sich einfangen?
Die Schüler/innen sollen in dieser Unterrichtsstunde lernen, mit einem Stoff, genannt "Luft", umzugehen und beginnen, ihn als Stoff zu verstehen.
Phase 1
Die/der Lehrende bittet nun eine/n Schüler/in zu wiederholen, was in der
letzten Stunde gemacht wurde und fordert die Schüler/innen auf, auf die
gestellten Fragen zum Thema Luft
zurückzukommen[11].
Das Ziel dieses Gedankenaustauschs ist es, nicht sofort alle Fragen der
Schüler/innen zu beantworten (im Übrigen gehen einige dieser Fragen
über das Grundschulniveau hinaus), sondern die Schüler/innen dazu zu
bringen, sich der Fragen bewusst zu werden, die zu diesem Thema gestellt
werden können: "Was kann man mit Luft alles machen?", "Kann man sie
anfassen?", "Kommt sie überall vor?", "Gibt es Orte, an denen sie nicht
vorkommt?"[12].
Die Diskussion kann sich um das Fehlen oder das Vorhandensein von Luft im Flur
("da ist welche, ganz sicher"), in der Klasse ("ganz sicher, sonst
könnten wir ja nicht atmen") oder im Schrank (es ist keine Einstimmigkeit
zu erzielen, vor allem wenn der Schrank halb offen steht, denn da "könnte
die Luft ja entweichen")[13] drehen. Ein
gemeinsam erarbeitetes Schriftstück, das die unterschiedlichen
diskutierten Fragen umfasst, wird so nach und nach erstellt. Es wird von
dem/der Lehrer/in ins Reine geschrieben und anschließend ins
Versuchsheft eingefügt (siehe gemeinsam verfasstes Schriftstück
in Unterrichtsstunde 4).
Am Ende dieser Phase schlägt die/der Lehrende den Schüler/inne/n
vor, "Luft mit Plastiktüten einzufangen".
Phase 2
Die Schüler/innen "füllen" die Tüten im Flur, in der Klasse und auch im Schrank mit Luft. Sind die Tüten gefüllt, schreibt jede/r Schüler/in seinen/ihren Namen[14] 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.
Abb. 2: Ein Versuchsvorschlag, bei dem man nicht zu dem erhofften Ergebnis kommt.
Phase 1
Die/der Lehrende schlägt den in kleine Gruppen aufgeteilten
Schüler/inne/n[15] vor, sich ein
Experiment auszudenken, um zu beweisen, dass die Tüte nicht leer ist,
sondern sehr wohl etwas
enthält[16].
Bei den ersten von den Schüler/inne/n vorgeschlagenen
Experimenten[17] 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.
Abb. 3: Ein weiteres Protokoll, das auf der falschen Vorstellung von der Stofflichkeit der Luft beruht.
Phase 2
Nach der Durchführung der Versuche, bei denen die Schüler/innen
festgestellt haben, dass "es nicht funktioniert", leitet der/die Lehrer/in
eine gemeinsame Diskussion ein, um die Gründe für die misslungenen
Experimente verständlich zu
machen[18]. Die Schüler/innen
kommen somit erneut zu der Schlussfolgerung, dass "man Luft nicht sehen kann".
Der/die Lehrer/in ersetzt daraufhin "sie sehen" durch den Ausdruck "sie
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...[19]
Aber das ist nicht so einfach. Auch wenn sich alle Gruppen bald einig
darüber sind, dass man eine Wasserschüssel benötigt, 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 Wasserschüssel
fließt, wie in dem Versuchsprotokoll in Abb. 4
ersichtlich.
Abb. 4: Ein Protokoll, das nach einer Diskussion mit der gesamten Klasse überarbeitet wird.
Phase 3
Nachdem die gefundene Lösung nicht zum erhofften Ergebnis geführt
hat, können die Kinder nun auf die Idee kommen, die Tüte ins Wasser
zu tauchen, sie dort zu zerstechen und zu beobachten, ob sich Blasen bilden.
Bei der Umsetzung dieses
"funktionierenden"[20] Experiments durch
alle Gruppen sind die Schüler/inne/n regelrecht
begeistert[21] . Nach all den
Misserfolgen und Enttäuschungen wird nun endlich, durch das Entweichen
der Blasen aus der Tüte, die Stofflichkeit von Luft nachgewiesen.
Unterrichtsstunde 4: Wie lässt sich die Luft aus der Tüte wieder auffangen?
Die Luft, die nun als ein Stoff betrachtet wird, ist in der folgenden Unterrichtsstunde Gegenstand zahlreicher Versuche.
Abb. 5: Ein erster missglückter Versuch
Phase 1
Die von der/dem Lehrenden[22]
vorgeschlagene Ausgangssituation besteht darin, die Schüler/innen zu
bitten, die Luftblasen in einer Plastikflasche oder einem anderen
Behälter aufzufangen. Bevor die in kleine Gruppen aufgeteilten
Schüler/innen mit ihren Experimenten beginnen, befragt sie der/die
Lehrer/in noch einmal nach den wichtigsten Etappen bei der Ausarbeitung eines
Versuchsprotokolls (genaue Formulierung der zu beantwortenden Frage, in
Betracht gezogene Hypothesen, notwendiges Gerät, das eigentliche
Versuchsprotokoll). Diese methodische Ausarbeitung wird im Laufe dieses
Versuchs mehrmals wiederholt (neun Unterrichtsstunden insgesamt für das
ganze Projekt), da Systematik und Genauigkeit beim Erkunden nur schrittweise
erlernt werden können. Damit jede/r Schüler/in sich die Methode
seinem/ihrem eigenen Rhythmus entsprechend aneignen
kann[23], sind solche Erklärungsphasen
unbedingt notwendig.
Die/der Lehrende fordert jede Gruppe auf, ein Protokoll auszuarbeiten und zu
besprechen[24] und es dann schriftlich
auf einem Plakat festzuhalten[25]. Diese
Redaktionsarbeit, die systematisch durchgeführt wird, hat eine doppelte
Funktion: Erstens, innerhalb der Gruppe ein Nachdenken über die zur
Debatte stehenden Phänomene und über die Art und Weise ihrer
experimentellen Untersuchung[26] zu
fördern; und zweitens, der Gruppe die Möglichkeit zu geben, ihr
Protokoll der gesamten Klasse zu
präsentieren[27]. In dieser Phase
arbeitet jede Gruppe für sich selbst.
Natürlich werden die Schüler/innen Rechtschreibfehler machen.
Die/der Lehrende sollte in dieser Phase jedoch nicht eingreifen, außer
wenn es von dem/der Schüler/in ausdrücklich gewünscht wird. In
dieser Phase wird den Schüler/inne/n alle Freiheit gelassen, um ihnen so
genug Spielraum für Vorstellungskraft und Kreativität beim Verfassen
des Protokolls zu geben. Die Fehler werden beim Verfassen des gemeinsamen
Versuchsprotokolls, das ebenfalls in das Versuchsheft Eingang findet,
korrigiert. Dort werden die Protokolle gekennzeichnet (z. B. mit einem
grünen Punkt), um zu unterscheiden zwischen den von der/dem Lehrenden
bewerteten Protokollen (korrekt hinsichtlich Inhalt und Orthographie) und den
von den einzelnen Schülergruppen verfassten Protokollen (siehe Beispiele
und die Versuchshefte der Schüler/innen). Zum Umgang mit den von den
Schüler/inne/n verfassten Protokollen siehe den
Abschnitt "Naturwissenschaft
und Sprache in der Klasse" der Einleitung.
Hierbei ist vor allem die Erfahrung hervorzuheben, die die Schüler/innen
bei dieser Aufgabe erlangen werden, wenn die Aufgabe von Anfang an klar
formuliert wurde. Die Schüler/innen wissen, dass sie in dieser Phase der
Arbeit hinsichtlich der Orthographie eine gewisse Freiheit genießen, sie
jedoch nicht vollständig außer Acht lassen
dürfen[28]. Sie werden sich Fragen
stellen (wie schreibt man dieses Wort?), denn sie wissen, dass es Regeln gibt.
Sie sind jedoch bereit, ohne sich "zu verkrampfen" ein Schriftstück zu
verfassen, das anschließend der gesamten Klasse vorgestellt wird, denn
sie wissen, dass der/die Lehrer/in ihnen die Fehler nachsieht.
Dieser pädagogische Kompromiss wurde vorher detailliert mit den
Schüler/inne/n und ihren Eltern (z. B. in Form eines an die Eltern
gerichteten Schreibens) diskutiert.
Phase 2
Die/der Lehrende bittet jede einzelne Gruppe, ihr Protokoll der Klasse
vorzustellen und anschließend das Experiment vorzuführen (nachdem
sie/er eventuell die verwendeten Materialien überprüft hat). Sollte
der Versuch misslingen, wird er anschließend von der gesamten Klasse
diskutiert, um herauszufinden, woran es gelegen haben
könnte[29]. Danach wird ein
weiterer Versuch unternommen, der alle vorangegangenen Überlegungen
berücksichtigt.
Einige Beispiele für Vorschläge seitens der Schüler/innen:
- Unter den exotischsten und am wenigsten zu erwartenden Vorschlägen,
schlug eine Gruppe der Klasse vor, die sich bildenden Blasen mit einem
Löffel aufzufangen und sie dann "ganz vorsichtig" in eine Flasche
umzufüllen[30].
Dieser Versuch scheitert natürlich. Die Schüler/innen behaupten
jedoch steif und fest, dass das Platzen der Luftblasen darin begründet
ist, dass der/die agierende Schüler/in beim Herausholen des Löffels
aus dem Wasser nicht vorsichtig genug war. Da dieser Versuch jedoch auch bei
"vorsichtigeren" Schüler/inne/n misslingt, werden sich die
Schüler/innen der Tatsache nicht verschließen können, dass der
Fehler woanders liegt. Die anschließende Diskussion endet damit, dass
ein/e Schüler/in sagt: "Man kann die Luftblasen in der Luft nicht sehen".
- Eine andere Gruppe schlägt vor, die mit Luft gefüllte Tüte
mit einer anderen, leeren, also platten Tüte durch einen Schlauch zu
verbinden und dann auf die mit Luft gefüllte Tüte zu drücken.
Der Erfolg stellt sich sofort ein: Die platte Tüte bläst sich
proportional zur sich leerenden Tüte auf. Im Gegensatz dazu bleiben
diejenigen, die die Tüten direkt miteinander verbinden, erfolglos: Werden
die Tüten an ihrer "Verbindungsstelle" nicht zugebunden, entstehen Lecks;
wird die Verbindungsstelle dagegen zugebunden, kann die Luft nicht mehr von
einer Tüte in die andere gelangen.
- Die meisten Gruppen schlagen vor, die Tüte direkt mit einer Flasche zu
verbinden..., aber auch in diesem Fall können die Luftblasen nicht in die
Flasche gelangen.
Es bedarf mehrerer erfolgloser Versuche, bevor die Schüler/innen
begreifen, dass:
Abb. 6: Ein geglückter Versuch, der aus den Erfahrungen der vorangegangenen Misserfolge resultiert.
Phase 3
Selbst wenn die Flasche mit Wasser gefüllt ist, sind die
Schüler/innen nicht unbedingt erfolgreich. Tatsächlich kann die
Idee, dass man "Luft" in eine Flasche "gießen" könnte, indem man
die Tüte über die Flasche stülpt, noch mal 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"[31].
Mehrere Versuche sind notwendig, bis die Schüler/innen, die sehen, dass
"das nicht funktioniert", auf die Idee kommen, die gesamte Vorrichtung
umzudrehen. Dies ist der Moment großer Zufriedenheit für die
Schüler/innen, die nun beobachten, wie die ersten Luftblasen langsam in
der Wasserflasche aufsteigen, die sich nun umgedreht über der Tüte
befindet.
Die Rolle der/des Lehrenden besteht nun darin, den Übergang der Luft in
die Flasche und des Wassers in die Tüte (und umgekehrt) genau zu
erklären.
Jede Gruppe führt diesen Versuch nun richtig
durch[32]. Anschließend wird
gemeinsam ein Protokoll ausgearbeitet, das in das Versuchsheft eingetragen
wird (der runde Punkt bedeutet, dass es sich hierbei um eine gemeinsame Arbeit
handelt, die unter der wissenschaftlichen Anleitung der/des Lehrenden
durchgeführt wurde).
Abb. 7: Das von der Klasse gemeinsam erstellte Versuchsprotokoll unter Anleitung der/des Lehrenden
Phase 4
Im Anschluss an diese vier Unterrichtsstunden kann nun eine erste Bilanz zu den neu erworbenen Erkenntnissen zum Thema Luft gezogen werden: Man kann sie 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, dem Gas, zu dem auch die Luft gehört.
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. Die gesamte Arbeit wird auf der französischen CD-ROM "La materialité de l'air" ("Die Stofflichkeit von Luft"), die im Literaturverzeichnis am Ende dieses Kapitels aufgeführt ist, präsentiert.
Materialien
Die für diese vier Unterrichtsstunden benötigten Materialien sind einfach zu besorgen: Plastiktüten, Wasserschüssel, Plastikflaschen...
Empfohlenes Arbeitsblatt
Schluss
Diese Unterrichtseinheit hat zwei Hauptziele: Erstens, sich gemäß
den [französischen] Lehrplänen für die Lernstufe 2 Wissen anzueignen und
zweitens, eine experimentelle Vorgehensweise sowie Selbständigkeit zu
erlernen. Die Existenz von Luft in einer Tüte experimentell nachzuweisen,
war für die Schüler/innen 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, sie zu zerstechen, damit sie
sich leert.
Vielen von ihnen wird diese Schwierigkeit (dass die Luft nicht ins Wasser
fällt, wenn man die Tüte über der Wasserschüssel
öffnet) erst bewusst, nachdem sie die experimentelle Erfahrung gemacht
haben. In diesem Fall lernt der/die Schüler/in durch ein 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/innen ganz schnell auf die
Idee, die Flasche mit Wasser zu füllen, um die Luftblasen zu sehen. Die
Schüler/innen stülpen die Tüte einfach über die Flasche
und verstehen nicht, dass die Blasen nicht in die Flasche sinken. Erst
während des Herumhantierens mit Flasche und Tüte, also während
sie "mit den Händen denken", kommen sie auf die Idee, die ganze
Versuchsanordnung umzudrehen (die mit Luft gefüllte Plastiktüte
unter die Wasserflasche). Sie kommen nicht gleich auf die Idee, die Flasche
über der Tüte anzubringen, da sie glauben, 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 Schüler/inne/n 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/innen verschiedene
Tätigkeiten mit Luft ausgeführt, die sie mit anderen Stoffen ganz
selbstverständlich durchführen (einfangen, transportieren,
aufbewahren, umfüllen). Die Materialität von Luft ist noch nicht von
allen Schüler/innen verinnerlicht. Dafür sind weitere
Unterrichtsstunden notwendig, in denen die Luft dazu verwendet wird,
Luftballons oder Flaschen zu füllen und bei denen diese gefangene Luft
nach der "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/innen die Möglichkeit haben, die Luft zu
spüren[33], sich über die
"gewichtige" Eigenschaft von Luft zu unterhalten (Lernstufe 3) und sich
der Notwendigkeit ihrer Präsenz für alle Lebewesen bewusst zu werden
(wird auch für andere Lernstufen empfohlen und für den Bereich
Biologie).
Mögliche Erweiterungen
Das Thema Luft ist hier längst nicht erschöpfend behandelt worden. Weitere Aktivitäten zu diesem Thema müssen folgen und sich dabei auch auf andere Bereiche der Lehrpläne der Lernstufen 2 und 3 beziehen. Im Verlauf der Diskussion zum Thema Luft (Unterrichtsstunde 2) haben die Schüler/innen dennoch gezeigt, dass dieses Thema sie beschäftigt[34].
Bibliographie
Bücher:
- Leichte Experimente für Eltern und Kinder, Gisela Lück, Herder spektrum, 2000
- Handbuch der naturwissenschaftlichen Bildung, Gisela Lück, Herder, 2003
- Spiel, das Wissen schafft, Hans Jürgen Press, Ravensburg, 1995
- Das große Buch der Experimente, Gondrom Verlag, 2004
Fußnoten
1: Die Herstellung einer Wetterfahne ist Bestandteil des Versuchsablaufes "Woher weht der Wind?", der für die Lernstufe 3 vorgesehen ist.
2: Video 1, Unterrichtsstunde 1
3: Video 1, Unterrichtsstunde 1
4: Formulierung von Überlegungen, die durch die/den Lehrenden angeleitet werden. Siehe "Grundzüge einer Unterrichtseinheit", Abschnitt "Anhaltspunkte für den praktischen Umgang mit einer Unterrichtseinheit" aus der Einleitung.
5: Video 2 und 3, Unterrichtsstunde 1
6: Ausarbeitung von Hypothesen und Planung der zu realisierenden Untersuchung zum Nachweis der vorhanden oder nicht vorhandenen Materie, mündliche Formulierung der Hypothesen innerhalb der Gruppen, mündliche und/oder schriftliche Formulierung der Erwartungen durch die Schüler/innen.
7: Video 4, Unterrichtsstunde 1
8: Erwerb und Strukturierung der Kenntnisse, Vergleich der in den verschiedenen Gruppen erzielten Ergebnisse, Gegenüberstellung zum bereits erworbenen Wissen.
9: Video 5, Unterrichtsstunde 1
10: Erwerb und Strukturierung der Kenntnisse
11: Wahl einer Ausgangssituation, "sinnvolle" Fragen, die sich aus dieser Situation entwickeln.
12: Formulierung der Fragestellungen unter Anleitung der/des Lehrenden.
13: Video 1,2 und 3, Unterrichtsstunde 2
14: Video 5, Unterrichtsstunde 2
15: Wahl einer Ausgangssituation, "sinnvolle" Fragen, die sich aus dieser Situation entwickeln.
16: Video 1, Unterrichtsstunde 3
17: Ausarbeitung von Hypothesen und Planung von Experimenten, mit denen diese Hypothesen bestätigt oder widerlegt werden können.
18: Von den Schüler/inne/n durchgeführte Untersuchung
19: Von den Schüler/inne/n durchgeführte Untersuchung
20: Von den Schüler/inne/n durchgeführte Untersuchung, Reproduzierbarkeit des Versuchs (schriftliches Festhalten der Versuchsbedingungen durch die Schüler/innen).
21: Video 3, Unterrichtsstunde 3
22: Wahl einer Ausgangssituation, "sinnvolle" Fragen, die sich aus dieser Situation entwickeln.
23: Von den Schüler/inne/n durchgeführte Untersuchung, kleinere Diskussionen innerhalb der einzelnen Schülergruppen: die Modalitäten der Versuchsrealisierung, Kontrolle der sich verändernden Parameter.
24: Video 2, Unterrichtsstunde 4
25: Video 3, Unterrichtsstunde 4
26: Von den Schüler/inne/n durchgeführte Untersuchung, Reproduzierbarkeit des Versuchs (schriftliches Festhalten der Versuchsbedingungen durch die Schüler/innen).
27: Erwerb und Strukturierung der Kenntnisse, Vergleich der in den verschiedenen Gruppen erzielten Ergebnisse.
28: Video 3, Unterrichtsstunde 4; Video 1, Unterrichtsstunde 3
29: Video 4, Unterrichtsstunde 4
30: Video 5, Unterrichtsstunde 4
31: Video 6, Unterrichtsstunde 4
32: Video 8 und 9, Unterrichtsstunde 4
33: Siehe Unterrichtseinheit "Woher weht der Wind?"
34: Video 1, 2 und 3, Unterrichtsstunde 2
