Woher weht der Wind?

Autoren:	MJENR/DESCO und französische Académie des sciences/La main à la pâte
Publikation:	1.10.2002
Lernstufe:	3
Dauer:	4 bis 6, eventuell sogar 8 Unterrichtsstunden
Material:	Für die Klasse: Ventilator(en) mit Schutzgitter Für jede Schülergruppe: Strohhalme, abgestumpfte Zahnstocher, Papier, Karton, Schnur, Wolle, Musterklammern, Stofflappen, leere Nähgarnrollen, Stifte, Zapfen, Korkstopfen, Schere, Leim, Knete Zur Herstellung des Sockels: eine mit Sand (oder Wasser) gefüllte Plastikflasche, ein Holzbrettchen oder eine kleine Kunststoffplatte. Weitere Materialien, je nachdem was die Schüler in der Unterrichts­stunde 3 vorschlagen.
Herkunft:	La main à la pâte, Paris
Bewertung:	(noch keine Bewertung)

Abb. 1: Wetterfahnen (C [serbisch] entspricht S = Süden)
© Vladimir Filipovic, ZUNS, Belgrad

Einleitung

In dieser Unterrichtseinheit wird klar, wie Naturwissenschaft (Aufbau von Kenntnissen: Luft ist Materie, Wirkung von Kräften) und Technologie (Anfer­tigung eines Gegenstands mit bestimmter Funktion und Nützlichkeit) mit­einander verbunden sind.

• Bewegte Luft stellt eine Kraft dar und kann ihrerseits etwas bewegen.
• Man kann sich die Kraft in Maschinen zu Nutzen machen.
• Die Maschinen können Energie erzeugen (Windmühlen, Windgeneratoren) oder auch nur die Windrichtung anzeigen (Windsack, Wetterfahne). Der Windsack zeigt auch die Windstärke an.

Aus Gründen der Einfachheit und der pädagogischen Vermittlung (feste Rota­tionsachse, gedanklicher Zusammenhang mit den Himmelsrichtungen) be­schränkt sich die vorliegende Unterrichtseinheit auf die Anfertigung einer Wetterfahne. Man kann aber auch ein Windrad oder einen Segelwagen bauen.

Möglicher Ablauf der Unterrichtseinheit

Die Unterrichtsstunden dieser Einheit müssen nicht in dieser Reihenfolge durch­genommen werden.

Der Ablauf kann auf vielerlei Weise gestaltet werden, jedoch bilden die Unter­richtsstunden 2, 3, 4, und 5 einen unumgänglichen Kern. Es bleibt der Lehrerin überlassen, den Kernstunden, je nach pädagogischem Projekt und im geeigne­ten Moment, die ein oder andere Unterrichtsstunde hinzuzufügen. Insbesonde­re lässt sich die Stunde 7 ganz einfach in die Unterrichtsstunde 4 integrieren.

Beispiele für den Ablauf:

• Stunden 2, 3, 4 und 5
• Stunden 6, 2, 3, 4 und 5
• Stunden 2, 3, 7, 4 und 5
• Stunden 2, 3, 4 und 5
• Stunden 2, 3, 4, 5, 8, ...

Bemerkung: Die Unterrichtsstunde 1 ist eher für die Klassenstufe 1 bis 3 ge­eignet, aber wenn sie den anderen Stunden unmittelbar vorausgeht, finden sich die Schüler in der Stunde 2 schneller in das Thema "Ausrichtung und Be­zugssystem" ein.

Unterrichts- stunden	Ausgangsfrage	Schülerarbeiten	Naturwissen­schaftliche Herangehens­weise	Angestrebte Kenntnisse und Fähigkeiten
Stunde 1	Welche Wirkun­gen hat der Wind?	Die Schüler gehen von ihren sinnli­chen Wahrneh­mungen aus, über­legen, wie und wo sich Wind bemerk­bar macht und versuchen, ihre Feststellungen zu beschreiben.	Beobachtung	Naturerscheinungen von Menschenwerk unterscheiden kön­nen.
Stunde 2	Welche Dinge zeigen die Windrichtung an?	Kurze Stunde, in der klar wird, dass der Wind Kräfte ausübt und Dinge bewegen kann.	Entwürfe von Experimenten	Begründen können, darstellen können
Stunde 3	Welche Eigen­schaften haben diese Dinge?	Die Schüler prüfen alle oder einen Teil der Entwürfe aus der vorherigen Stun­de.	Erste Versuche; feststellen, welche Merkmale das Ding haben wird.	Erkennen, was wichtig ist. Verste­hen, dass der Wind Luft ist, die sich in Bezug auf einen Fixpunkt bewegt.
Stunde 4	Wie baut man eine Wetter­fahne?	Die Schüler erken­nen im Versuch die Rolle der Massen und Flächen beiderseits der Rotationsachse.	Erste Ausführungen	Begreifen, dass der Wind auf Gegen­stände Kraft ausübt. Beobach­ten, dass die Wet­terfahne die Wind­richtung anzeigt, wenn die Flächen beiderseits der Rotationsachse sehr verschieden sind.
Stunde 5	Bau einer Wetterfahne	Die Schüler bauen und prüfen unter Berücksichtigung der vorherigen Experimente eine Wetterfahne, die den Erwartungen entspricht.	Bau und Prüfung	Anfertigen eines technischen Geräts, das strengen Vor­gaben genügt.
Stunde 6	Warum möchte man heraus­finden, woher der Wind weht?	Anhand von Sach­büchern/dem Internet denken die Schüler über die historische und gesellschaftliche Rolle von Kons­truktionen zur Bestimmung der Windrichtung nach. Vergleich mit der Gegenwart.	Literaturrecherche	Stichhaltige Informationen suchen und finden
Stunde 7	Welches Bezugs­system soll für die Windrichtung gewählt werden?	Die Schüler su­chen die Windrich­tung zu bestimmen (in der Schule, bei einem Ausflug, auf einer Karte oder einem Plan). Sie lernen den Gebrauch der Begriffe: "lokales Bezugssystem", "geografisches Bezugssystem" (Himmelsrichtung).	Beobachtungen	Die Unterscheidung "lokales Bezugs­system" und "geo­grafisches Bezugs­system" verstehen. Einen Kompass verwenden können.
Stunde 8	Welches sind die vorherrschenden Winde?	Die Schüler proto­kollieren regel­mäßig die Wind­richtung, die die Wetterfahne an­zeigt und beobach­ten die örtlichen Winde.	Beobachtungen

Unterrichtsstunde 1. Welche Wirkungen hat der Wind?

Die Schüler gehen von ihren sinnlichen Wahrnehmungen aus, überlegen, wie und wo sich Wind bemerkbar macht und versuchen, ihre Feststellungen zu beschreiben.

Ziele

• Erste Annäherung an die Auswirkungen des Windes in der Natur oder auf die von Menschen geschaffenen Dinge.
• Erläuterung des Unterschiedes zwischen "natürlichen" und von Menschen geschaffenen Dingen.
• Erweiterung des Wortschatzes im Zusammenhang mit den Beobachtun­gen.
• Erweiterung der sprachlichen Fähigkeiten (Beobachtung, Beschreibung, Deutung, Aufsatz).

Ausgangslage, Fragestellungen

Damit sich die Schüler nicht durch allzu förmliches Fragen und Antworten be­engt fühlen, kann man das Thema wie folgt inszenieren: "Frieda sagt, dass heute ein starker Wind weht. Geht nach draußen und findet heraus, wie sich diese Behauptung beweisen lässt."

Antworten der Schüler

Man merkt es an den Blättern, Zweigen, den Haaren, dem nassen Finger, auf­gewirbeltem Staub, Erde, Sand, am Rauch, der aus Schornsteinen steigt, an einem Stück Stoff oder Papier, an der Wäsche, die zum Trocknen aufgehängt wurde, an den Wolken, einem Windsack, einer Wetterfahne, ...

Besprechung der Antworten und Erarbeiten der Fragestellung

"Welche Unterschiede bestehen zwischen all diesen Antworten, wie kann man sie ordnen?" Von Schülern der 1. bis 3. Klasse kann man nicht erwarten, dass sie von sich aus das gewünschte Ordnungsschema finden (natürlich/von Men­schen geschaffen). Daher wird die Lehrerin im Lauf des Gesprächs mit der gan­zen Klasse drei Kategorien nennen:

• Auswirkungen des Windes auf den Körper, wahrgenommen mit Hilfe der fünf Sinne;
• Auswirkungen des Windes auf Dinge in der Natur;
• Auswirkungen des Windes auf von Menschen geschaffene Dinge.

Die Schüler planen ihre Untersuchungen

Die Schüler werden aufgefordert, im Hinblick auf die dritte Kategorie ein Gerät zu entwerfen, anzufertigen und auszuprobieren. Eine weitere Unterscheidung bietet sich an:

• Von Menschen geschaffene Geräte zur Feststellung von Eigenschaften des Windes (Geschwindigkeit, Richtung). Falls Kompass oder Windrose zur Sprache kommen, werden diese vorläufig hier eingeordnet, Bedenken wer­den zurückgestellt;
• Dinge, die den Auswirkungen des Windes ausgesetzt sind, aber nicht ge­baut wurden, um Eigenschaften des Windes festzustellen (Dachziegel, die vom Wind heruntergeweht werden, ein Regenschirm, der umgestülpt wird).

Aufzeichnungen – sprachliche Arbeit

Schriftliche Aufzeichnungen sind wichtig, damit die Schüler erste Beobach­tungen in eine Form bringen (Beschreibung, Rechtfertigung der Einordnung in eine bestimmte Kategorie). Sie erweitern durch das Aufschreiben auch ihren Wortschatz: herumwirbeln, trudeln, verstreuen, ... Blätter werden herumge­wirbelt, Dachziegel nicht.

Unterrichtsstunde 2. Welche Dinge zeigen die Windrichtung an?

Die Schüler überlegen sich Anordnungen, mit denen man herausfinden kann, woher der Wind weht. Kurze Unterrichtsstunde, die dennoch in zwei Teilen durchgenommen werden kann, vorausgesetzt, sie liegen zeitlich nicht zu weit auseinander.

Ziel

Die Schüler ihre Vorstellungen entwickeln lassen, sie im Einzelnen besprechen, um das Ziel der weiteren Arbeit festzulegen.

Arbeitsauftrag

"Kennt ihr Dinge, die man benutzen kann, um herauszufinden, woher der Wind weht? Wie verwendet man die?" Jeder Schüler beschreibt seine Einfälle mit Zeichnungen und/oder einem Text in seinem Versuchsheft. Die Lehrerin über­zeugt sich, dass der Arbeitsauftrag auch richtig verstanden wurde. Je nach Alter und Vorerfahrung haben die Schüler gelegentlich Schwierigkeiten, die Frage nach der Windrichtung von der nach der Herkunft (der Ursache) des Windes zu trennen.

Die Frage "Warum gibt es Wind?" ist zwar berechtigt, auf Grundschulniveau aber nicht einfach zu beamtworten

Von der Schülern vorgeschlagene Vorrichtungen

• "Ich binde einen Luftballon an eine Schnur und sehe in welche Richtung er treibt";
• "Ich nehme ein Heft, dessen Seiten sich drehen lassen (Ringbuch) und halte das Heft so, dass der Wind die Seiten dreht."
• "Ich knüpfte eine Schnur und/oder ein Stück Stoff an einen Stock."
• "Ich nehme eine Fahne."
• "Ich nehme einen Windsack."
• "Ich nehme eine Wetterfahne."
• "Mit einem Satelliten."
• "Mit einem Kompass."

Abb. 2: Drei Vorschläge der Kinder

Begutachtung der Schülervorschläge

Man kann auf zwei Wegen zu sinnvollen Fragen kommen (siehe die "Anhalts­punkte für den praktischen Umgang mit einer Unterrichtseinheit").

Entweder direkt: Die Lehrerin fordert die Schüler auf, ihre Vorschläge in vorge­gebene Kategorien einzuordnen. Jede Gruppe (mit vier bis sechs Schülern) er­arbeitet eine begründete Ordnung aller Vorschläge der Gruppenmitglieder und schreibt sie auf ein Plakat. Mit den Plakaten kann die Lehrerin eine verglei­chende Diskussion anregen. Es werden die als durchführbar angesehenen Vor­richtungen behalten, die anderen verworfen.

Oder indirekt: Alle Vorschläge werden von der Lehrerin aufgeschrieben. Die Alternative ist dann:

• Die Schüler einigen sich untereinander, zum Beispiel in Zweiergruppen, auf eine Einordnung in Kategorien. Die Vorschläge werden dann in den Vierer­gruppen, gegebenenfalls auch zwischen einzelnen Gruppen, verglichen und diskutiert. Zum Schluss wird der Klasse eine begründete Einordnung vor­gelegt.
• Die Schüler arbeiten in kleinen Gruppen Kategorien selbst aus, sie stützen sich dabei auf Erfahrungen aus der ersten Unterrichtsstunde. Sie schlagen eine Einordnung vor. Austausch und Diskussion kreisen dann sowohl um die Kategorien als auch um die Einordnung.

Beispiele möglicher Kategorien

Kategorie 1: Anordnungen, die der Fragestellung entsprechen, aber in der Klas­se nicht durchführbar sind: Es gibt Satelliten, die die Atmosphäre vom Weltraum aus beobachten und Windrichtungen erkennen können (zum Beispiel über den Ozeanen). Aber man kann in der Klasse nun mal keinen Satelliten bauen!

Kategorie 2: Alles was unmittelbar einen der fünf Sinne anspricht. Das Ge­räusch des Windes in den Ohren, der feuchte Finger.

Kategorie 3: Alles was mit Beobachtungen in der Umgebung zusammenhängt: Richtung des Rauchs, gebeugte Bäume, fliegende Blätter.

Kategorie 4: Geräte, Gegenstände: Wetterfahne, Windsack, Wollfaden usw. sowie Dinge, die vom Wind verformt werden (Schnur, Flüssig­keiten) und Dinge, die sich um einen Haltepunkt herum bewegen (befestigte Gegenstände).

Anordnungen dieser letzten Kategorie werden im Folgenden hergestellt und ausprobiert.

Warum die Kategorien 1, 2 und 3 hier nicht weiter betrachtet werden:

• Kategorie 1: unrealistisch;
• Kategorie 2: zu subjektiv, vom Beobachter abhängig;
• Kategorie 3: nicht reproduzierbar, nicht allgemeingültig und ungenau.

Übrig bleibt die konkrete Aufgabe, einen technischen Gegenstand anzufertigen, der auf die Windkraft reagiert und zuverlässig die Windrichtung angibt.

Anmerkung

Die Kinder sollen verstanden haben: Wenn man genau wissen möchte, woher der Wind weht, braucht man ein Ding, das sich verformt oder von der Wind­kraft ausgerichtet wird.

Unterrichtsstunde 3. Welche Eigenschaften haben diese Dinge?

Es werden erste Versuche gemacht, um herauszufinden, welche (Konstruk­tions-) Merkmale die Vorrichtung haben sollte. Die Schüler prüfen alle oder einen Teil der in der Stunde gemachten Vorschläge. Diese Unterrichtsstunde zieht sich länger hin und muss unter Umständen in zwei Teilen durchgenommen werden.

Arbeitsaufträge

In einer Versuchsanordnung kann jeder Schüler seine eigenen, im Lauf der 2. Un­terrichtsstunde bereits mehr oder weniger veränderten Vorstellungen experimentell überprüfen. Damit jeder Einzelne möglichst gut und erfolgreich arbeitet, werden vorzugsweise Zweiergruppen gebildet.

"Ein Ding finden und ausprobieren, das anzeigt, woher der Wind weht - man braucht also Wind - wie kann man das machen?"

Was ausprobiert werden soll, wird aus den Schülervorschlägen der vorherigen Stunde ausgewählt. Wenn nicht schon geschehen, werden die unbrauchbaren (Kompass, Windrose) oder zu ungenauen (Wollfaden) Vorschläge jetzt verwor­fen. Die Lehrerin lenkt die Schüler nach und nach in Richtung Bau einer Wet­terfahne. Der Windsack, den die Schüler oft gut kennen, ist auch eine Lösung.

Die Frage des Bezugssystems wird entweder anhand der Schülervorschläge oder anhand der unten beschriebenen Versuchsanordnung gestellt.

Von den Schülern durchgeführte Untersuchungen

Zum Testen der Konstruktionen kann die Anordnung aus Abb. 3 dienen. Der Ventilator sollte ein Schutzgitter haben, damit die Kinder auf keinen Fall mit den Flügeln in Berührung kommen. Wenn die Frage des Bezugssystems (wie bestimmt man eine Richtung?) nicht gleich aufkommt, verschiebt man sie auf später (siehe Unterrichtsstunde 7). Das Experiment gelingt am besten mit einem großen Ventilator (10 bis 20 cm Durchmesser).

Abb. 3: Vorrichtung zum Testen der Konstruktionen: In der Mitte steht ein fester Tisch; der Ventilator steht auf einem Rolltisch (hier rund gezeichnet) und kann um den festen Tisch herum bewegt werden.

Ein Tisch mit Rollen, auf dem ein Ventilator steht, kann um einen fest stehen­den Tisch herum bewegt werden. Man achte darauf, dass der Luftstrom in genügendem Abstand über den Tisch streicht (20 cm oder mehr). Der Tisch mit Rollen kann also zum Beispiel die in Abb. 3 eingezeichneten Positionen 1 bis 6 einnehmen. Die zu untersuchende Konstruktion wird in der Mitte des Tischs, der keine Rollen hat, festgemacht.

Wenn die Schüler für die Positionen des Ventilatortisches von sich aus auf die Himmelsrichtungen Nord, Süd, Ost, West kommen (weil sie diese bereits im Erdkundeunterricht gelernt haben), sollte man diese auch verwenden.

Die verschiedenen "Apparaturen" und deren Verhalten im Luftstrom des Ven­tilators werden mit Hilfe der Lehrerin untereinander verglichen.

Abb. 4: Wettervogel, Windmühle auf einem Sockel und Luftballon an einem Faden

Aufzeichnungen

Die Schüler notieren in ihr Versuchsheft ihr Vorhaben und was sie sich davon erhoffen; außerdem ihre bisherigen Konstruktionsversuche und ihre Beobach­tungen beim Austesten ihrer Konstruktion im Luftstrom des Ventilators. Sie schreiben auch auf, aus welchen Gründen eine Konstruktion als geeignet be­funden oder verworfen wurde.

Beobachtungen geben Anlass zu einer Diskussion, die zur Aufstellung von Kriterien für die eigene Konstruktion führt.

• Das Gerät zeigt auch bei regelmäßigem Wind verschiedene Richtungen an, es erreicht keinen "Gleichgewichtszustand" (Beispiel Wollfaden).
• Das Gerät hält starkem Wind nicht stand oder verformt sich (Abhilfe: Sockel, Verstrebung).
• Das Gerät zeigt bei schwachem Wind nichts an.
• Das Gerät verträgt keinen Regen!

Beispiele für zusammenfassende Sätze

• Der Wind ist ein Luftstrom, der aus einer Richtung (stromaufwärts) kommt und in eine Richtung (stromabwärts) geht. Er hat also in einem gegebenen Bezugssystem eine bestimmte Richtung.
• Ein Gegenstand, der sich mit dem Wind dreht, kann anzeigen, woher der Wind weht.
• Damit man diese Richtung angeben kann, muss der Gegenstand einen Zei­ger haben und man braucht ein Bezugssystem, ein örtliches (im Schulhof) oder ein geografisches (die vier Himmelsrichtungen).

Von der Klasse herausgefundene Konstruktionsmerkmale

• Unsymmetrie der Gegenstände, damit auch die "Richtung" des Luftstroms zu erkennen ist (stromaufwärts, stromabwärts; von wo kommt der Wind, wohin geht der Wind).
• Falls die Vorrichtung eine Rotationsachse besitzt: Vertikalität der Achse und Verminderung der Reibung.
• Empfindlichkeit der Anzeige (Material, Form).
• Stabilität der Richtungsanzeige bei Wind, der stetig aus einer Richtung weht.

Tipps

Die Frage "Wie macht man Wind?" dürfte den Kindern nun klar sein. Der Wind wird zum Beispiel mit dem laufenden Ventilator in Verbindung gebracht. Der Wind ist bewegte Luft. Der Begriff Bewegung muss unbedingt genauer erörtert werden: Bewegung in Bezug auf Koordinaten. Zu diesem Zweck kann die Leh­rerin vergleichende Beobachtungen anregen zwischen:

• einem Ventilator, der Luft in Bewegung versetzt;
• der Ortsveränderung eines Windrads (oder Windsacks) im Luftstrom, was zur Drehung des Windrads (oder zum sich Aufrichten des Windsacks) führt.

Man kommt zu dem Schluss, dass der Wind eine Luftbewegung in Bezug auf ein Bezugssystem ist (Begriff der relativen Bewegung).

Unterrichtsstunde 4. Wie baut man eine Wetterfahne?

In dieser Unterrichtsstunde sind die Schüler vor allem damit beschäftigt, die Rolle der beiden Flächen beiderseits der Rotationsachse der Wetterfahne zu erkennen. Es wird nach einer Antwort auf die Frage "Wie wirkt der Wind?" gesucht.

Bemerkungen der Lehrerin

Technisch einwandfreie Drehbarkeit (kein Kippen der Achse, minimale Reibung) setzt voraus, dass sich die Massen beiderseits der Achse im Gleichgewicht befinden. Falls das nicht der Fall ist, ist die Vorrichtung nicht sehr stabil und Reibung schränkt die Genauigkeit der Anzeige ein. Das Gleichgewicht ist er­reicht, wenn der Schwerpunkt des Drehkörpers auf der Achse liegt. Das kann auf folgende Weise geprüft werden: Da wo kein Wind weht, hält man die Achse waagerecht, dann muss die Wetterfahne in jeder Richtung in die man sie dreht, stehenbleiben.

Aus physikalischen Gründen dreht sich die Wetterfahne nur dann genau in den Wind, wenn die Flächen beiderseits der Achse sehr ungleich sind, die kleine Fläche zeigt stromaufwärts, in die Richtung, aus der der Wind weht. Diese Ungleichverteilung der Flächen ist wichtig.

Erstaunlicherweise kann ein Gerät mit zwei ebenen, in Bezug auf die Achse symmetrischen, Flächen sich sogar senkrecht zur Windrichtung stellen: ein einfaches Gegenbeispiel zur empirischen Regel, dass bewegliche Gegenstände sich derart einstellen, dass die dem Wind ausgesetzte Fläche möglichst klein ist.

Diese Bemerkungen sind nicht für die Schüler bestimmt. Sie sollen der Lehrerin helfen, die Versuchsergebnisse der Schüler zu deuten und sie beim experi­men­tellen Entdecken anzuleiten.

Anregungen der Lehrerin

Damit die Schüler darauf kommen, dass sie unsymmetrische Wetterfahnen bauen müssen, gibt man ihnen folgenden Arbeitsauftrag: "Probiert eure Vor­richtung aus und schlagt vor, wie man die Genauigkeit der Anzeige verbessern kann."

Es geht darum, dass die Schüler, die symmetrische Wetterfahnen gebaut haben, die Fehlerhaftigkeit ihrer Konstruktion erkennen. Experimentell kann leicht bewiesen werden, dass sich die angezeigte Richtung bei symmetrischen Wetterfahnen deutlich von der Windrichtung unterscheidet. Die Deutung und die mehr oder weniger empirische Auseinandersetzung mit den Ergebnissen veranlassen die Schüler dazu, die Flächen beiderseits der Achse stark unsym­metrisch zu gestalten.

Die Lehrerin weist darauf hin, dass bei gleicher Einstellung des Ventilators ver­schiedene Flächen im Luftstrom verschiedene Bewegungen ausführen. Die Fra­ge "Wie wirkt der Wind?" kann man also experimentell beantworten. Man wird versuchen, Situationen zu schaffen, die zu Äußerungen führen wie: Der Wind "schiebt" die Gegenstände oder genauer: "Der Wind übt Kraft auf die Flächen aus, und die Kraft ist umso größer, je größer die Fläche ist."

Anmerkung

In den Seewetterberichten gibt die "Windstärke" (auf der Beaufort-Skala) die Windgeschwindigkeit in Kilometer pro Stunde (km/h) an.

Probleme und Erfolge bei den ersten Konstruktionsversuchen

• Drehung um die waagerecht gestellte Achse statt Gleichgewicht in jedem Punkt.
• Wetterfahne klemmt und bleibt in Stellungen stehen, die nicht die Wind­richtung angeben.
• Einwandfreie Ausrichtung auf den Ventilator (wenn die Schüler ihren Ver­such erfolgreich beendet haben, fordert die Lehrerin sie auf, zum besseren Verständnis eine andere, "ebenso gelungene" Form auszuprobieren).

Beispiele persönlicher Aufzeichnungen

Abb. 5: Auszug aus einem Versuchsheft

Man kann zum Beispiel die Klasse alle Geräte, "die funktionieren" und alle Gerä­te, "die nicht funktionieren" betrachten lassen. Die Kinder kommen dabei auf Veränderungen und Verbesserungen, die sie ausprobieren können.

Unterrichtsstunde 5. Bau einer Wetterfahne

Die Schüler bauen eine Wetterfahne, die den gemeinsam aufgestellten Kriterien genügt.

Unterrichtseinheit 6. Warum möchte man herausfinden, woher der Wind weht?

Die Schüler suchen in Sachbüchern oder im Internet nach Informationen über die geschichtliche und gesellschaftliche Bedeutung der Windrichtungsbestim­mung. Sie vergleichen diese Bedeutung in der Vergangenheit mit der heutigen. "Warum möchte man herausfinden, woher der Wind weht und wozu?"

Schülerantworten

• "Um mit bestimmten Fahrzeugen fahren zu können (Segelboot, Segel­wagen)"
• "Um sich sicher fortbewegen zu können (Autos, Schiffe, Flugzeuge [Windsäcke an den Start- und Landebahnen])."
• "Beim Zelten muss man sein Zelt nach der Windrichtung aufstellen."
• "Wenn man im Sommer im Garten grillt oder Feuer macht, muss man auf die Windrichtung achten, damit keine Funken auf trockenes Gras fallen und ein Feuer entfachen, und auch damit der Rauch nicht die Nachbarn belästigt."
• "Wenn man Bäume pflanzt, muss man die vorherrschende Windrichtung kennen."
• "Wenn der Wind aus nördlicher Richtung weht, weiß ich, dass das Wetter schön wird, Südwind dagegen bringt Regen (je nach Gegend, natürlich)."

Literaturrecherche

In dieser Unterrichtsstunde sollen diverse Quellen nach Informationen zu Wind und Wetterfahnen durchsucht werden:

• Sammlung von Sprichwörtern und allerlei Ausdrücken zu "Wind und Wetter".
• Unterlagen zum Verständnis der Geschichte der Wetterfahne.
• Materialien über die Vielzahl von Formen von Wetterfahnen, die die Menschen entworfen und gebaut haben.

Man kann auch Menschen in der Umgebung befragen (alte Leute, Landwirte, Gärtner, Seefahrer, Fischer, Feuerwehrleute, Piloten usw.).

Unterrichtsstunde 7. Welches Bezugssystem soll für die Wind­richtung gewählt werden?

Die Schüler überlegen, wie sie die Windrichtung angeben können (in der Schul­umgebung, auf einer Karte oder am Versuchstisch). Sie machen sich mit den Begriffen "örtliches Bezugssystem" (zum Beispiel die Wände des Schulgebäu­des) und "geografisches Bezugssystem" (Himmelsrichtungen) vertraut (falls sie ihnen noch nicht geläufig sind).

Das Thema dieser Stunde kann auch während der Unterrichtsstunde 3 behan­delt wer­den oder während der Arbeit an der Wetterfahne – oder im Lauf des Schuljahres bei anderer Gelegenheit.

Unterrichtsstunde 8. Welches sind die vorherrschenden Winde?

Die Schüler beobachten regelmäßig die Windrichtung, die die Wetterfahne an­zeigt. Sie nehmen eine große Anzahl von Daten auf, um die örtlich vorherr­schende Windrichtung zu bestimmen. Die Unterrichtsstunde kann mit dem Erdkunde- und Mathematikunterricht verknüpft werden.

Man kann eine Scheibe anfertigen und darauf die Himmelsrichtungen einzeich­nen. Nach jeder Messung (zum Beispiel einmal pro Tag) klebt man einen Auf­kleber in den der Windrichtung entsprechenden Sektor der Scheibe. Da wo die Aufkleber sich häufen, sprechen die Statistiker auch von einer "Punktwolke". Die Ausdehnung dieser Punktwolke ist ein Maß einerseits für die Schwankungen der Windrichtung, andererseits für die Mess(un)genauigkeit.

Abb. 6: Welches ist die vorherrschende Windrichtung?

Aufzeichnungen der Messungen

Aus den Häufungen der Aufkleber ergeben sich die vorherrschenden Winde; in unserem Fall: N-NW und O.

Tag	Wind	Abb. 7: Windrose mit "Punktwolke"
Montag, der 2.	N-NW
Dienstag, der 3.	N-NW
Donnerstag, der 5.	N-NW
Freitag, der 6.	Kein Wind
Montag, der 9.	Kein Wind
Dienstag, der 10.	Kein Wind
Donnerstag, der 12.	O
Freitag, der 13.	O
Montag, der 16.	O
Dienstag, der 17.	Kein Wind
Donnerstag, der 19.	Kein Wind
Freitag, der 20.	N-NW

Die Zahl der Aufkleber könnte auch durch ein Papierband, dessen Länge der Zahl der Messpunkte entspricht, dargestellt werden. Je nach dem, welche Darstellungsformen die Schüler aus dem Mathematik- oder Erdkundeunterricht kennen, kann man verschiedene Diagramme zeichnen.

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Anmerkungen

Diese Unterrichtseinheit wurde für die 4. bis 6. Klasse entwickelt; aber die Fragen "Kennt ihr Dinge, mit denen man herausfinden kann, woher der Wind weht?" und "Wie macht man das?" wurde auch Schülern der 1. bis 3. Klasse gestellt. Der Vergleich der Antworten zeigt, wie fest bestimmte Vorstellungen sitzen, und wie stark sie von der Alltagsumgebung geprägt werden. Zum Beispiel: "Der Wind wirkt nur auf leichte Gegenstände", "die Wolken machen den Wind".

Die gesellschaftliche und geschichtliche Dimension des Gegenstandes, die Arbeit am einschlägigen Wortschatz, beanspruchen in der Unterrichtseinheit viel Zeit. Das ist umso mehr gerechtfertigt, als der Gegenstand "Wetterfahne" zwar von pädagogischem Interesse ist, aber längst nicht mehr die Bedeutung hat, die er in der Vergangenheit hatte. Im heutigen städtischen Umfeld kann er sogar ganz unbekannt sein. Das Ziel ist also nicht nur eine Wetterfahne her­zustellen, sondern sämtliche Lernmöglichkeiten, die dieser technologische Gegenstand bietet, möglichst auszuschöpfen.

Empfohlene Informationsblätter

• Informationsblatt 3: "Luft"
• Informationsblatt 23: "Elektrizität"
• Informationsblatt 24: "Hebel und Waagen"
• Informationsblatt 25: "Übertragung von Bewegungen"

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Mögliche Erweiterungen

Diese Unterrichtseinheit kann eine Einleitung zu anderen Unterrichtseinheiten abgeben oder auch die Gelegenheit bieten, früher erworbenes Wissen wieder zu beleben. Zwei Beispiele:

Bezug zur Unterrichtseinheit "Wie wirkt der Hebel?"

Wenn vorher schon über Hebel gearbeitet wurde, ist das dabei erworbene Wissen gut zu gebrauchen – zum Beispiel beim Austarieren der Wetterfahne. Andersherum können die Erfahrungen und Begrifflichkeiten, die notwendigerweise beim Bau der Wetterfahne gesammelt und erworben wurden, im Unterricht zum Hebel explizit wieder zum Tragen kommen.

Bezug zur Unterrichtseinheit "Ist Luft Materie?"

Falls die Unterrichtseinheit "Woher weht der Wind?" erst nachher durchgenom­men wird, kann man die Frage "Wenn Luft Materie ist, wie wirkt sie dann auf Gegenstände, wenn sie sich in Bezug auf sie bewegt?" einbringen. Weil Luft Materie ist, kann sie auf Gegenstände wirken, wenn sie sich bewegt. Die Wir­kung kommt durch die relative Ortsveränderung von Gegenstand und Luft zustande, sie hängt ab von der Angriffsfläche, die der Gegenstand dem Wind bietet, sei es, dass die Luft sich bewegt (Wind), sei es, dass der Gegenstand bewegt wird.

Falls die Unterrichtseinheit "Woher weht der Wind" zuerst durchgenommen wird, kann man anschließend auf die Frage "Was ist Wind?" kommen. Zum Beispiel kann die Lehrerin die Windkraft mit anderen Kraftwirkungen auf Gegenstände vergleichen und die Schüler auf die Fragen "Was ist Luft?"; "Ist Luft Materie?" bringen.

Beispiele von Wetterfahnen

In der Bildersuche einer Suchmaschine das Stichwort "Wetterfahnen" eingeben.

Autoren

4. Klasse der Montaigne-Schule in Sevran und 5. Klasse der Simone-de-Beauvoir-Schule in Saint-Fons

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