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Physik selbst entdecken: Mechanik 1

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Entdeckender Unterricht in der Sekundarstufe

Differenzierte Materialien für Freiarbeit und Stationenlernen

Kerstin Neumann

Klasse 7–8 · Niveau Realschule und Gymnasium

Physik selbst entdecken:

Mechanik 1

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Mathematik selbst entdecken: Vierecke

Bildnachweis: Cover: © ProfphotoXL – Fotolia.com; S. 9 © Museum für Naturkunde, Berlin; S. 12, 13, 14, 21, 32: Klett Verlag; S. 45: Rennwagen: © Fir0002/Wikipedia (CC-BY-SA 3.0), Geländewagen: nicolasnv/Wikipedia (CC-BY-SA 3.0)

Physik selbst entdecken: Mechanik 1

Kerstin Neumann ist seit 25 Jahren Lehrerin und engagiert sich als Fachberaterin, Autorin und in bundesweiten Fortbildungen insbesondere für die Entwicklung des mathematisch-naturwissen-schaftlichen Unterrichts. Derzeit ist sie am Sächsischen Bildungsinstitut tätig.

© 2010 AOL-Verlag, BuxtehudeAAP Lehrerfachverlage GmbHAlle Rechte vorbehalten.

Postfach 1656 · 21606 BuxtehudeFon (04161) 7 49 60-60 · Fax (04161) 7 49 60-50info@aol-verlag.de · www.aol-verlag.de

Redaktion:Karolin Gerhardi, Köln für AOL-Verlag Layout/Satz: MouseDesign Medien AG, ZevenIllustrationen: Francis Fromm

ISBN: 978-3-403-48090-7

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1Physik selbst entdecken: Mechanik 1

Vorwort 2

HinweisezurArbeitmitdiesemMaterial 3

Beobachtungsprotokoll KopiervorlagefürLehrer 5

Bewertungstabellen KopiervorlagefürLehrer 6

PlanMechanik1 Kopiervorlage 7

Grundgrößen KartenG1–8 8Länge – Zeit – Masse – Volumen

Bewegung KartenB1–5 17Geradlinige gleichförmige Bewegung – Geschwindigkeit

Dichte KartenD1–4 23Dichtebestimmungen

Kraft KartenK1–6 28Grundlagen – Magnetkraft – Reibungskraft – Gewichtskraft – Federkraft

Kraftumformung KartenKU1–7 34Rollen – Hebel – Geneigte Ebene

Mechanische Arbeit KartenA1–3 41Bestimmungen der mechanischen Arbeit – Goldene Regel der Mechanik

Mechanische Leistung KartenL1–3 44Bestimmung der mechanischen Leistung

Tests mit Lösungen 47Grundgrößen – Bewegung – Dichte – Kraft und Kraftumformung – Mechanische Arbeit und Leistung

Lehrerhinweise und Lösungen 57

Übungskarten 66Grundgrößen – Bewegung – Dichte – Kraft – Kraftumformung – Mechanische Arbeit – Mechanische Leistung

Inhalt

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2 Physik selbst entdecken: Mechanik 1

LiebeKollegin,lieberKollege,

Schüler wollen mit Eifer lernen. Dazu benötigensie anspruchsvolle Aufgaben, die Möglichkeit zueigenverantwortlicher,selbstständigerArbeitundzum Experimentieren und Ausprobieren sowiedie Chance zur Kommunikation miteinander.AußerdemmöchtenwiralsLehrendesieanregen,komplex und vernetzt zu denken, um somit einuniversellesVerständnisfürdieLerninhaltezuent-wickeln.

WährendmeinerArbeitalsPhysiklehrerinaneinerRealschulehabeichfürgeeigneteThemenbereicheentsprechende Aufgaben entworfen und auspro-biert.DamitkönnensichdieSchülerproSchuljahr1–2 Themenbereiche in jeweils 6–8 Unterrichts-stunden selbstständig und handlungsorientierterschließen. In heterogenen Dreiergruppen bear-beitensieAuftragskarten;dieLösungsschritteunddie Ergebnisse halten sie in einer Arbeitsmappefest. Im Klassengespräch vergleichen und syste-matisierenwiranschließenddieErkenntnisse,ichbewertedenProzessunddasErgebnisundschließedenThemenkomplexmiteinerKontrollarbeitab.

Das vorliegende Material enthält ein Angebot an36AuftragskartenzudenTeilthemenBewegung,Dichte, Kraft, Kraftumformung, Arbeit und Lei-stung. Daraus können Sie auswählen, was Siebenötigen. Mit Hilfe der Karten „Grundgrößen“kann benötigtes Vorwissen aktiviert werden. Diemit*versehenenKartenenthaltenbesonderskom-plexe und somit anspruchsvolle Arbeitsaufträge.WeiterhinfindenSieÜbungskarten,mitdenendieSchüler das jeweilige Grundwissen festigen kön-nen.AuchVorschlägezuabschließendenKontrol-larbeiten sind enthalten. Diese Kontrollarbeitengliedern sich in einen Theorie- und einen Praxis-teil. Die entsprechenden Geräte stelle ich für die

HälftederSchülerbereitundlasseeineHälftederKlassemitderTheorieunddieandereHälftemitderPraxisbeginnen.ImAbschnitt„LehrerhinweiseundLösungen“ findenSie jenachNotwendigkeitTipps zu den Experimenten, konkrete Lösungenbzw.Lösungsmöglichkeiten.UnterdergegebenenAnleitung sollen die Schüler bestimmte Erkennt-nisprozesse durchlaufen, Messergebnisse sinddabeiMittelzumZweckundnichtunbedingtver-gleichbar.

Inzwischenseheichmichwenigerals(Be-)Lehrer,der Wissen vermittelt, sondern als Manager desLernprozesses.DieSchülerarbeitensointensiverund ichentspannter.Zugegeben:Eswarein län-gererProzess,bismeineSchülerverinnerlichthat-ten,dasssieselbstverantwortlichfür ihreArbeitsind, dass sie die Zeit und das Potenzial einerGruppeeffektivnutzen,dass ichdenMontessori-Grundsatz umsetze: „Hilf mir, es selbst zu tun.“DasEntwickelnvonneuenHandlungs-undDenkge-wohnheitenbenötigtebenauchGeduldundKonse-quenz.Schließlichaberfasziniertmichimmerwie-der die konzentrierte, kooperative Arbeitsweise,die scheinbar beiläufige Entwicklung von Sozial-und Methodenkompetenz und die überraschendeErfahrung:SchülerwollenmitEiferlernen.

SomachtLernenSpaß!

In diesem Sinne wünsche ich Ihnen und IhrenSchülernvielArbeitsfreude.

KerstinNeumann

Vorwort

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3Physik selbst entdecken: Mechanik 1

ImFolgendenschildereichmeineVorgehensweise,diesichalspraktikabelerwiesenhat.DieSchülerarbeitenimStationenbetrieb,sieerhal-tenkeineKopienderArbeitsblätter,sondernüber-nehmenErforderlichesausdenKarten,dieandenStationenausliegen.

Die Vorbereitungl IchwähledieKartenaus,diebearbeitetwerden

sollenundkopiereundlaminieresieeinbisdreiMal(sooftichjedeStationanbietenwill).DabeiverwendeichfarbigesPapierundkennzeichnesomitgleicheThemenkomplexe.

l DieÜbungskartenkopiereicheinmalproGrup-pe, schneide sie aus und falte sie. Die gefal-tetenKartenlaminiereich.AufderVorderseitestehtsomiteineAufgabe,aufderRückseitediejeweiligeLösung.

l IchkopierefürjedenSchülerdenPlan„Mecha-nik1“(Seite7).

l Ich kopiere mir das Beobachtungsprotokoll(Seite5)mehrfachundtragegruppenweisedieSchülernamen,BeobachtungskriterienundMa-ximalpunktwerteein.

l IchbesorgedieaufdenKartenvermerktenMa-terialien.

Die Gruppenbildungl Für diese spezielle Unterrichtsform sollte die

Gruppe das gesamte Schuljahr hindurch zu-sammenarbeiten;siekannsichsomitaneinan-der „reiben“ und miteinander zum Team ent-wickeln. Ungünstig sind also Zufall und reineWunschgruppen.

l IchlegeanhandvonnachvollziehbarenKriterien(z.B.dieSchülermitdenbestenPhysik-NotenoderSchüler,diesichalsbesonderssozialzei-gen)biszu10Gruppenchefsfest.Diese„Chefs“wählennacheinanderzweiweitereGruppenmit-glieder(wiebeiderMannschaftswahlimSport),sodassheterogeneDreiergruppenentstehen.

l Die Gruppe legt ihren Zeitchef und ihren Ord-nungscheffest.

Der Beginnl Nach einer kurzen Einführung in das Thema

und Nennung der Themenkomplexe ergänztjederSchülerimausgehändigtenPlan„Mecha-nik1“seinepersönlichenDatenundheftetdie-senalsDeckblattinseineeigeneArbeitsmappeein. IndieseÜbersichtsinddiezubearbeiten-den Karten mit Nummern einzutragen. Späterergänzen die Schüler das Bearbeitungsdatum,die Seitenzahl und eventuelle Fragen und Be-merkungen.

l EswirdeinZeitumfangfürdenThemenkomplexfestgelegt(imDurchschnittproKarte30Minu-ten).DieserZeitrahmenistbindend.

l JederSchülerwirdangehalten,inseineArbeits-mappevonjederArbeitskarteThemaundAuf-gabenstellung zu übernehmen, Rechenwege,DarstellungenundLösungenzuprotokollierenundErkenntnisse(Formeln,Regelnetc.)beson-dershervorzuheben.DieSeitensindfortlaufendzunummerieren.

l Esistzuklären,obWahl-undPflichtaufgabengegeben werden. Die Reihenfolge, in der dieAuftragskarten eines Unterthemas zu bear-beitensind,istmeistbeliebig,diemit*verse-henenKartenenthaltenAufgabenmithöheremSchwierigkeitsgrad.

l Die Schüler werden über Bewertungskriterienund zu erreichende Punkte (siehe Beobach-tungsprotokoll)informiert.

l Entsprechend des aktuellen Lern- und Sozial-verhaltens inderKlasseerarbeitenundvisua-lisierenwirHANDregeln.Besonders zuBeginnachteichkonsequentaufderenEinhaltungundbediene mich gegebenenfalls einer wohlklin-gendenStimmgabelalsRuhesignal.

HANDregeln:

Hinweise zur Arbeit mit diesem Material

Ruhe

Selbstkontrolle

SchrittfürSchritt

GegenseitigeUnterstützung

ÜbersichtlicheAufzeichnungen

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4 Physik selbst entdecken: Mechanik 1

Die Arbeitsphasel Die Schüler setzen sich in ihren Gruppen zu-

sammen, holen sich die entsprechende Karteunddaraufevtl.vermerkteMaterialienundar-beiteneigenständig.

l EntsprechenddervermerktenSozialformarbei-tensie

einzeln oderkooperativ .

l DieGruppeistdergeschützteRaumzumErfah-rungs-undGedankenaustausch,zumKlärenvonFragenundLösenderProbleme.

l IchhaltemichausdemArbeitsprozessweitest-gehend heraus, um nicht durch permanentes„durch die Reihen Gehen und Belehren“ denSchülerndasGefühlderEigenverantwortungzunehmen.Ichbeobachteundbewertewährend-dessen, dazu notiere ich Punkte in mein Beo-bachtungsprotokoll(sieheAusschnittoben).

l Naht das Stundenende, begebe ich mich kurzzujederGruppe,seheaufdieArbeitsergebnisseundgebejedemEinzelneneinFeedbackmitdererreichtenPunktzahl.Es isterstaunlich,welchmotivierende und entwicklungsfördernde Wir-kung dies sowohl in den unteren wie den hö-herenKlassenhat.

l MitdenÜbungskarten(Seite66–72)könnendieSchüler immerwiederdas jeweiligeGrundwis-senfestigen.

Der Abschlussl Sind alle vorgesehenen Karten eines Teilge-

biets erarbeitet, folgt im UnterrichtsgesprächeineZusammenfassungundSystematisierung.Beispielsweise in einer Mindmap visualisierenwir die Arbeitsergebnisse und klären Fragen.DieSchülerhabenhierbeiGelegenheit, ihreAr-beitsprotokollezuergänzenoderzukorrigieren.

l Am Ende übergibt mir jeder Schüler seine Ar-beitsmappezurBewertung.

Bewertungl Ich kopiere die Bewertungstabellen (Seite 6)

undergänzedievorherfestgelegtenKriterien.l Jede Arbeitsmappe sehe ich gründlich an und

klebeeineBewertungstabelleein.l IchbewertedenInhalthinsichtlichVollständig-

keitundRichtigkeit.DaGelegenheitzurSelbst-kontrollebestand,korrigiereichnicht,sondernkennzeichnelediglichFehlendesoderFalsches.(AuchinderKorrekturentbindeichdieSchülernichtvonderEigenverantwortung!)

l EsergibtsicheineAbschlussnote,dieichdurcheine entwicklungsstützende verbale Einschät-zungergänze.

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Selbstständigkeit x

Konzentration x

ArbeitinderGruppe x

Hefter:Inhalt x

Hefter:Gestaltung x

Gesamtnote 2

KriteriumPunkte

Selbstständigkeit4Punkte

Konzentration4Punkte

ArbeitinderGruppe2Punkte

Gruppe 1.4. 2.4. 3.4. 5.4. 9.4. 1.4. 2.4. 3.4. 5.4. 9.4. 1.4. 2.4. 3.4. 5.4. 9.4.

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Leoni(Chef) 4 4 3 4 4 4 4 4 4 4 1 2 2 2 2

Oskar 2 2 3 3 4 1 2 3 2 3 1 1 2 2 1

Felix 2 1 3 K 3 2 3 4 K 4 1 2 2 K 2

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5Physik selbst entdecken: Mechanik 1

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6 Physik selbst entdecken: Mechanik 1

BewertungstabellenBitteIhreKriterienindielinkeSpalteeintragen.

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