Kommunizierende Röhren
| Autor/inn/en: | |
| Publikation: | 1.1.1997 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: |
In der Lernstufe 2 wird das Thema Wasser durch Beobachtung des Wassers im
Alltag und die Entdeckung einiger physikalischer Eigenschaften dieses Stoffes
behandelt.
In der Lernstufe 3 wird die Untersuchung von Wasser fortgeführt, insbesondere wird der Frage nachgegangen, wo Wasser verwendet wird. Diese Unterrichtseinheit befasst sich mit der Frage: "Woher kommt das Leitungswasser?" |
| Ziele: |
Kenntnisse:
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| Dauer: | ca. eineinhalb Stunden |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Wissenschaftliche Begriffe
- waagerecht (horizontal)
- freie Oberfläche
Schwierigkeiten für die Schüler/innen
Dass sich die freien Oberflächen zweier kommunizierender Röhren in derselben waagerechten Ebene befinden, setzt voraus, dass das Wasser im Schlauch, der die beiden Röhren verbindet, fließen kann. Für die meisten Schüler/innen ist das schwer zu begreifen, für sie "kann das Wasser nicht von allein im Rohr aufsteigen".
1. Unterrichtsstunde
Diese Unterrichtsstunde kann man mit einem einzigen Versuchsaufbau durchführen, aber es ist vorzuziehen, einen Aufbau pro Dreier- oder Vierergruppe zu haben (in diesem Fall ist es am besten, auf dem Schulhof zu arbeiten!)
Vorstellung des Versuchsaufbaus
Der/die Lehrer/in stellt den Schüler/inne/n die Versuchsanordnung vor, achtet darauf, dass jeder die mit A und B gekennzeichneten Röhren findet (durch ein Etikett können Verwechslungen vermieden werden) und er/sie weist darauf hin, dass diese Versuchsanordnung auf den drei ersten Skizzen des Arbeitsblattes, das jedem/jeder Schüler/in ausgehändigt wurde, dargestellt ist. Dort sind allerdings noch keine Wasserstände eingezeichnet.
Dieses Arbeitsblatt wird ins Versuchsheft geklebt und dann Schritt für Schritt im Laufe der Versuche mit den Vorhersagen der Schüler/innen ergänzt.
Pädagogische Vorgehensweise
Sie ist für alle vier folgenden Versuche gleich.
Der durchzuführende Versuch wird mit Hilfe der entsprechenden Zeichnung
vorgestellt.
"Ihr gießt Wasser in die Röhre A, wie auf der Zeichnung für den
Versuch 1 abgebildet. Was wird wohl passieren? Zeichnet den Wasserstand
in der Versuchsanordnung."
Nachdem jede/r Schüler/in seine/ihre Vorhersage im Versuchsheft notiert hat, werden die verschiedenen Vorhersagen gegenübergestellt. Jede/r Schüler/in kann dabei argumentieren, ohne die verschiedenen Vorhersagen zu bewerten.
Die/der Lehrende fordert die Schüler/innen dann auf, den Versuch durchzuführen.
Sie/er fragt nach dem Ergebnis und ob alle einer Meinung sind.
Wieder findet eine Gegenüberstellung statt, und die Ergebnisse werden mit den
anfänglichen, im Versuchsheft aufgezeichneten Vorhersagen verglichen.
Dann bittet die/der Lehrende die Schüler/innen, das beobachtete
Versuchsergebnis zu formulieren.
Die Wiederholung dieser Vorgehensweise für jeden der vier Versuche konfrontiert die Schüler/innen mit den anfangs erwähnten konzeptuellen Schwierigkeiten. Im vierten Versuch können sich die Kinder nur schwer vorstellen, dass das Wasser "allein" bis zum Wasserstand des Wassers in Röhre A aufsteigen kann (Prinzip einer Fontäne).
Abb. 1: Beispiel für ein von einem/einer Schüler/in ausgefülltes Arbeitsblatt
Durch die Debatte vor und nach dem Experimentieren sollen die Schüler/innen allmählich diese Schwierigkeiten überwinden, indem sie ihre Prognosen und ihre Argumente denen ihrer Mitschüler/innen gegenüberstellen. Am Ende dieser Diskussionsphase unter den Schüler/inne/n wird unter Anleitung der/des Lehrenden gemeinsam das schriftliche Protokoll erarbeitet.
Unterrichtsstunden 2,3,...: Untersuchung eines technischen Gegenstandes
Es gibt verschiedene Geräte, die diese Eigenschaft der kommunizierenden Röhren ausnutzen. Sie können Gegenstand einer Aktivität sein, bei der die erworbenen Kenntnisse erneut angewandt werden. Man kann zum Beispiel:
- eine konkrete Frage "technisch" beantworten: "Wie kann man ein kleines aufblasbares Schwimmbecken leeren?"
- ein komplizierteres Gerät, z B. eine Wasserwaage mit Libelle (auch Maurerwaage) entwickeln und bauen.
Abb. 2: Wasserwaage
Nach dem Bau, und vor dem ersten Gebrauch, muss die Wasserwaage auf eine waagerechte Fläche gelegt werden und die Position der Blase durch zwei Striche markiert werden (mit einem Filzstift oder mit farbigem Klebeband). Anschließend muss man lediglich die Wasserwaage auf eine Fläche mit unbekannter Neigung legen und die Position der Luftblase mit den beiden Strichen vergleichen.
Abb. 3: Schlauchwaage
Mit der Schlauchwaage wird überprüft, ob sich zwei Oberflächen, die mehrere Meter auseinander liegen, in derselben waagerechten Ebene befinden. Dabei wird das Prinzip kommunizierender Röhren ausgenutzt: Die freien Oberflächen der beiden Gefäße befinden sich in derselben Waagerechten.
Material
- Ein Satz des nachstehend dargestellten Materials für jede Schülergruppe. Dieser Versuch kann von den Schüler/inne/n aufgebaut werden, nachdem sich die Klasse auf einen geeigneten Versuchsaufbau geeinigt hat.
- Zwei durchsichtige Plastikflaschen, deren unteres Drittel abgeschnitten wurde und die durch einen flexiblen, ebenfalls durchsichtigen Schlauch (Gartenschlauch mit einem Innendurchmesser von 19 mm) verbunden sind. Um den Schlauch leichter in den Flaschenhals einführen zu können, kann man ihn mit heißem Wasser weich machen. Falls erforderlich, kann zum Abdichten Teflonband oder Zweikomponentenkleber verwendet werden.
Abb. 4: 2 Plastikflaschenhälften, die durch einen Schlauch verbunden sind
- Eine Wanne, in die 3 bis 4 Liter Wasser passen und ein Krug, um dieses Wasser in die Versuchsanordnung zu gießen.
- Eine Kopie des Arbeitsblattes für jede/n Schüler/in mit den schematischen Abbildungen der vier Versuche, auf das er/sie seine/ihre Prognosen festhält (siehe Beispiel für ein ausgefülltes Blatt weiter oben).
Achtung: Im vierten Versuch (bei dem die Röhre B entfernt wird) muss unbedingt der Durchmesser der Schlauchöffnung verringert werden (mit Hilfe eines durchbohrten Korkens zum Beispiel), damit man eine richtige Fontäne erhält. Die Kinder müssen außerdem ausreichend Zeit haben, um zu beobachten, dass der Strahl bis zum Niveau der freien Oberfläche des Wassers in Röhre A "steigt".
