Wenn Wasser gefriert
| Autor/inn/en: | |
| Publikation: | 1.1.1999 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: |
"Wie verwandelt sich Wasser in Eis?"
Mit Hilfe einer Kältemischung untersuchen die Schüler/innen die Temperatur und die Zeit, die notwendig sind, damit das Wasser gefriert (erstarrt). Anschließend stellen sie ihre Ergebnisse in einer Kurve dar. |
| Ziele: |
|
| Angestrebte Kenntnisse: | Materie: Die Zustände und die Zustandsänderungen des Wassers (flüssiger, gasförmiger, fester Zustand) |
| Dauer: | 2 oder 3 Unterrichtsstunden |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Wissenschaftliche Begriffe
Während der Zustandsänderungen ist ein Teil des Wassers im flüssigen und ein
Teil des Wassers im festen Zustand.
Die Zustandsänderung geschieht bei einer konstanten Temperatur von 0 °C.
Wissenschaftlicher Wortschatz
- konstante Temperatur
- Kältemischung: das Wort wird nur nebenbei erwähnt, allerdings können es sich
die Schüler/innen im Allgemeinen sehr gut merken, da es für ein
"außergewöhnliches" Phänomen verantwortlich ist (siehe weiter unten).
Angestrebte Fähigkeiten
- Ein Thermometer korrekt ablesen zu können
- Die Zeit-Temperatur-Kurve zeichnen zu können
Übersicht über die Unterrichtsstunden
| Ablauf | Dauer | Beschreibung |
|---|---|---|
| 1. Bei welcher Temperatur schmilzt Eis? | 15 Minuten |
Bei welcher Temperatur verwandelt sich Wasser in Eis?
Jede/r Schüler/in notiert seine/ihre Vorhersage: Eis ist gefrorenes Wasser, es wird bei ... Grad fest. Zusammenlegen und Besprechen der Ergebnisse. Um die Frage endgültig zu beantworten, wird ein Versuch durchgeführt. |
| 2. Wie kann man die Umwandlung von flüssigem Wasser in Eis beobachten? | 30 Minuten |
Wenn man Wasser in den Gefrierschrank stellt, kann man die Umwandlung nicht
beobachten. Daher schlägt der/die Lehrer/in vor, eine Kältemischung zu verwenden.
Jede Gruppe führt den Versuch mit der Kältemischung durch. Die abgelesenen Messwerte werden ins Versuchsheft notiert. |
| 3. Zeichnen der Kurve und Protokoll | 15 Minuten | Jede/r Schüler/in zeichnet ausgehend von den Messdaten die Temperatur-Zeit-Kurve in sein/ihr Versuchsheft. |
1. Bei welcher Temperatur schmilzt Eis?
Ausgangssituation
Eine Schulklasse hat im Winter bei einem Ausflug Eiszapfen, Schneeflocken,
zugefrorene Pfützen, Flüsse und Seen usw. gesehen.
Die Begriffe Eis, Schnee und flüssiges Wasser kommen zur Sprache.
Die Schüler/innen der Lernstufe 3 wissen zwar im Allgemeinen, dass
"Eis gefrorenes Wasser ist", stellen sich aber eine Frage:
Bei welcher Temperatur verwandelt sich Wasser in Eis?
Abb. 1: Eisschollen auf der Spree in Berlin
Formulierung der Vorhersagen
Jede/r Schüler/in schreibt seine/ihre Vorhersage in sein/ihr Versuchsheft:
"Das Eis ist gefrorenes Wasser, es wird bei ... Grad fest."
Zusammenlegen und Besprechen der Ergebnisse
- Die Schüler/innen verkünden ihre Vorhersagen.
- Es wird diskutiert und argumentiert.
- Um zu wissen, wer Recht hat, gibt es nur eine Lösung: Man muss einen
Versuch durchführen.
2. Wie kann man die Umwandlung von flüssigem Wasser in Eis beobachten?
Sofortiger Vorschlag der Kinder
Man muss das Wasser in den Gefrierschrank stellen; aber dabei gibt es ein
Problem: "Man sieht nichts."
Sollte niemand das Problem erkennen, kann man die Kinder diesen Versuch
aber dennoch durchführen lassen. In diesem Fall teilt man die Stunde in
zwei Phasen auf.
Kommentar der/des Lehrenden
Verwendung einer Kältemischung.
- Die Kältemischung in eine Schüssel geben.
- Etwas Wasser in einen kleinen Becher geben.
- Diesen in die Schüssel stellen.
- Die Kältemischung ist keine "Zauberei", sie "funktioniert" nach dem
gleichen Prinzip wie ein Gefrierschrank.
Anmerkungen
Wie kann man die Umwandlung von Wasser in Eis beobachten?
- Zunächst einmal muss sie sichtbar sein.
- Außerdem braucht man, um die Temperaturänderungen zu messen, ein
Messinstrument: ein Thermometer.
Versuchsdurchführung
- Jede Gruppe holt sich ihr Material.
- Nach den Anmerkungen und Erklärungen des/der Lehrenden führen die
Schüler/innen den Versuch durch.
- Jede/r Schüler/in notiert die Versuchsanordnung in sein/ihr Versuchsheft.
Aufgabenverteilung
- Ein/e Schüler/in gibt alle zwei Minuten das Kommando während ein/e andere/r
die Temperatur am Thermometer abliest.
- All das wird von den beiden anderen Schüler/inne/n der Gruppe notiert.
- Derjenige oder diejenige, der/die die Temperatur am Thermometer abliest, sagt
auch den Zeitpunkt an, bei dem das Wasser anfängt fest zu werden, und
denjenigen, bei dem es vollständig gefroren ist.
- Die ermittelten Werte werden ins Versuchsheft notiert.
3. Zeichnen der Kurve und Protokoll
Ablauf
- Jede/r Schüler/in zeichnet ausgehend von den Messdaten die
Temperatur-Zeit-Kurve in sein/ihr Versuchsheft.
- Anschließend kommt man auf die Prognosen der Schüler/innen zurück.
Anmerkungen
- Je nach Niveau der Klasse oder der verschiedenen Gruppen kann es ratsam sein,
den Schüler/inne/n die Struktur der auszufüllenden Tabellen und/oder das
Koordinatensystem vorzugeben, damit sie die Kurve leichter zeichnen können.
- Zum Schluss wird eine kleine Debatte organisiert, um gemeinsam zu erörtern,
was aus diesem Versuch gelernt werden konnte.
Ergänzungen
"Kennt ihr andere Zustände des Wassers?"
Es taucht der Begriff Dampf auf. Es können dann Versuche zur Verdampfung
von Wasser gemacht werden.
Kommentar der/des Lehrenden
Durchführung des Versuchs
- Man sollte die Untersuchungen zum Gefrieren von Wasser im Januar durchführen.
- Man sollte kein zu großes Thermometer benutzen, auch keins, bei dem der
Glaskolben mit der Thermometerflüssigkeit zu hoch liegt, da ansonsten der
Wasserstand höher sein muss. Das wiederum bedeutet, dass man mehr von der
Kältemischung braucht und dass es länger dauert, bis das Wasser gefriert.
Dasselbe Problem stellt sich, wenn man zu große Gefäße benutzt.
- Es handelt sich um eine relativ einfache Unterrichtsstunde, die leicht
durchzuführen ist, sofern man das geeignete Material benutzt. Ist dies nicht
der Fall – und das habe ich bei einem ersten Versuch erfahren dürfen
– kann sich das Ganze schnell in einen Alptraum verwandeln
(endlose Zeit bis zum Gefrieren usw.).
Pädagogische Probleme
- Es kann passieren, dass das eigentliche Ziel dieses Versuchs, die
Untersuchung von gefrierendem Wasser, durch den "fantastischen" Aspekt der
Kältemischung in den Hintergrund tritt.
- Die Auswertung der Versuchshefte zeigt Folgendes:
- Dass Wasser bei 0°C gefriert, scheinen 23 von 24 Drittklässlern
verstanden zu haben.
- Dass die Zustandsänderung bei konstanter Temperatur erfolgt, haben nur
5 von 24 Schüler/innen begriffen. Für die anderen nimmt die
Temperatur ab, variiert also. Die Phase der Zustandsänderung wird bei vielen
mit der Gesamtdauer des Versuchs gleichgesetzt.
- Die Verwendung der Kältemischung hat eine gewisse Neugier und viel Spaß am
Experimentieren entfacht.
- Außerdem werden methodische Kompetenzen wie das Lesen von Tabellen mit
2 Spalten oder die Verwendung eines Thermometers entwickelt.
Interdisziplinarität
- Auch wenn diese Aktivität alles andere als außergewöhnlich ist, kann sie
eine interessante Grundlage für den Deutschunterricht darstellen, insbesondere
wenn die durchgeführten Versuche an Dritte vermittelt werden (Beispiel:
Naturwissenschaftliche Rubrik in der Schulzeitung, Ausstellungen usw.).
- Die Qualität der von den Schüler/inne/n verfassten Protokolle lässt oft
zu wünschen übrig – eine wunderbare Gelegenheit, um das Verfassen dieser
Art von Texten zu üben.
Material
Pro Vierergruppe:
- 1 Thermometer
- 1 Glas oder 1 durchsichtiger Plastikbecher
- 1 Schüssel, in die ein kleines Gefäß gestellt werden kann
Für die Klasse:
-
Eine Kältemischung bestehend aus:
- ca. 500 g Eis, das – in einem Geschirrtuch eingewickelt – mit einem Hammer zerstoßen wurde
- 2-3 Hand voll grobes Salz (Eis und grobes Salz gut mischen)
