BricQ Motion Prime

Propellerfahrzeug

Segelboote und Strandsegler haben Schwierigkeiten, gegen den Wind zu fahren. Damit das trotzdem möglich ist, wird eine ausgeklügelte Technik verwendet. Untersucht, wie eine mechanische Kraft die Bewegung eines Körpers verändern und wie diese Kraft aus der Ferne auf den Körper wirken kann.

30-45 Min.
Könner
Klassen 5–8
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Vorbereiten

  • Lesen Sie sich das Online-Material für Schülerinnen und Schüler durch. Zeigen Sie diese Materialien im Unterricht mit einem Beamer.
  • Es ist wichtig, dass Sie die drei Newtonschen Gesetze im Unterricht bereits besprochen haben.
  • Berücksichtigen Sie dabei die Fähigkeiten und den Lernstand aller Schülerinnen und Schüler. Differenzieren Sie die Aufgabe, damit alle einen Zugang dazu finden. Siehe dazu auch die Vorschläge zur Differenzierung im Abschnitt unten.
  • Platzieren Sie die Ventilatoren auf dem Fußboden so, dass vor jedem Ventilator etwa drei Meter Platz ist. So haben die Propellerfahrzeuge ausreichend Bewegungsfreiheit. Markieren Sie die Ausgangsposition jedes Strandseglers mit etwas Klebeband (senkrecht zum Ventilator).

Einführen

(ganze Klasse, 5 Minuten)

  • Sehen Sie sich das Schülervideo hier an oder öffnen Sie es über das Online-Material für Schülerinnen und Schüler.
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  • Regen Sie eine kurze Diskussion darüber an, welche Kraft einen Propeller in Bewegung versetzt.
  • Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
    • Wodurch bewegt sich ein Windrad? (durch Wind, der wiederum durch Unterschiede im Luftdruck erzeugt wird)
    • Welche Faktoren und Kräfte spielen dabei eine Rolle? (Die Form der Flügel beeinflusst die Kraftvektoren des Windes, wodurch eine Drehbewegung erzeugt wird.)
  • Erzählen Sie der Klasse, dass sie ein Propellerfahrzeug bauen und untersuchen werden, wie sich die Windkraft auf seine Bewegung auswirkt.

Erforschen

(Zweierteams, 30 Minuten)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweierteams das Propellerfahrzeug-Modell bauen. Sagen Sie ihnen, dass sie sich abwechseln sollen: Einer fängt an, die Steine herauszusuchen, während der andere baut. Nach jedem Schritt wird gewechselt.
  • Zusätzliche Unterstützung finden Sie im Abschnitt Tipps unten.
  • Weisen Sie auf die drei Experimente in den Schülermaterialien hin und teilen Sie die Arbeitsblätter aus.

Experiment 1: Gegen den Wind

  • Lassen Sie die Teams die Propellerfahrzeuge so an der Startlinie aufstellen, dass die Modelle zum Ventilator zeigen.
  • Dann sollen sie die Ventilatoren einschalten und beobachten, wie sich die Fahrzeuge bewegen.
  • Lassen Sie die Teams ihre Beobachtungen auf den Arbeitsblättern aufzeichnen.

Experiment 2: In Windrichtung

  • Lassen Sie die Teams die Propeller umdrehen, sodass sie nach hinten zeigen, oder das Getriebe umdrehen, sodass sich das graue Zahnrad oben befindet.
  • Dann sollen sie wieder den Ventilator einschalten und beobachten, was geschieht, wenn die Fahrzeuge zum Ventilator und danach vom Ventilator weg zeigen.
  • Lassen Sie die Teams ihre Beobachtungen auf den Arbeitsblättern aufzeichnen.
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Experiment 3: Zusätzliche Propellerblätter

  • Lassen Sie die Teams das Experiment mit zusätzlichen Propellerblättern durchführen. Falls die Zeit es erlaubt, lassen Sie sie diese Varianten ausprobieren:
    • Getriebemodul des Propellers zeigt nach oben
    • Getriebemodul des Propellers zeigt nach unten
    • Getriebemodul des Propellers zeigt nach hinten
    • Ein Propeller mit vier Blättern
    • Ein Propeller mit sechs Blättern (In der Bauanleitung finden Sie auf Seite 3 einen Hinweis dazu.)
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Erklären

(ganze Klasse, 5 Minuten)

  • Versammeln Sie alle, um ihre Experimente durchzugehen und zu besprechen.
  • Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
    • Was könntet ihr verändern, damit sich euer Fahrzeug nicht mehr auf den Wind zu, sondern in Windrichtung bewegt? (das Getriebe oder die Ausrichtung des Propellers)
    • Warum bewegt sich das Propellerfahrzeug gegen den Wind (auf den Ventilator zu)? (Die Summe der Kraftvektoren, die auf das Fahrzeug wirken, drückt es in die Windrichtung.)
    • Kann ein Fahrzeug, das mit Wind angetrieben wird, schneller fahren, als der Wind bläst? (Ja! Einige der Fahrzeuge, die wir am Anfang des Unterrichts in den Videos gesehen haben, sind viel schneller als die Windgeschwindigkeit gefahren.)

Erweitern

(ganze Klasse, 5 Minuten)

  • Falls die Zeit es erlaubt, erklären Sie genauer, was Kraftvektoren sind.
  • Geben Sie den Teams ausreichend Zeit, um die Modelle auseinanderzubauen, die Steine zurück in die Schale zu sortieren und ihre Arbeitsplätze aufzuräumen.

Evaluieren

(während des Unterrichts)

  • Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
  • Unterstützen Sie sie bei der Selbsteinschätzung.
  • Zur Vereinfachung können Sie die jeweiligen Vorlagen unten verwenden.

Checkliste für Beobachtungen

  • Beurteilen Sie, wie gut die Schülerinnen und Schüler beschreiben können, wie unterschiedliche Kräfte und Mechanismen die Bewegung eines Körpers verändern können.
  • Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala. Zum Beispiel:
    1. Benötigt Hilfe
    2. Arbeitet eigenständig
    3. Kann anderen helfen

Selbsteinschätzung

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht:
    • Grün: Mit etwas Hilfe kann ich beschreiben, wie eine unsichtbare Kraft in Kombination mit einem Getriebe die Bewegung eines Körpers verändern kann.
    • Blau: Ich kann beschreiben, wie eine unsichtbare Kraft in Kombination mit einem Getriebe die Bewegung eines Körpers verändern kann.
    • Lila: Ich kann beschreiben und erklären, wie eine unsichtbare Kraft in Kombination mit einem Getriebe die Bewegung eines Körpers verändern kann.

Feedback von Mitschülern

  • Regen Sie die Schülerinnen und Schüler dazu an, einander Rückmeldung zu geben. Dazu können sie Folgendes tun:
    • Mit der oben aufgeführten Steine-Skala die Leistung des anderen beurteilen
    • Einander ihre Ideen vorstellen und konstruktives Feedback geben
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Tipps

Tipps Zum Modell

  • Wenn die Teams mit dem Bauen fertig sind, sollen sie ihre Modelle ausprobieren. Sie sollen das Fahrzeug abwechselnd anpassen, sodass jeder die Gelegenheit bekommt, das Modell zu testen.
  • Verwenden Sie bei allen Tests dieselbe Ventilator-Geschwindigkeit. Sie können jede beliebige Einstellung auswählen.
  • Wenn der Ventilator zu groß oder zu stark ist, stellen Sie ihn weiter entfernt auf. Alternativ können Sie den Luftstrom des Ventilators durch ein Möbelstück teilweise blockieren.
  • Wenn der Ventilator zu klein ist, stellen Sie ihn näher an die Modelle oder bewegen Sie ihn langsam auf die Modelle zu.
    Wenn das Auto mit der Hand angeschoben wird, fährt es durch den Schwung des Schwungrads weiter. Lassen Sie die Teams vorhersagen, wie weit das Fahrzeug fährt, wenn es länger/kürzer bzw. schneller/langsamer angeschoben wird.

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Die Teams nur die Basismodell-Variable untersuchen lassen (das Fahrzeug fährt gegen den Wind)

Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

  • Die Teams herausfinden lassen, wie das Fahrzeug auf effizientere Weise gegen den Wind fährt
  • Die Teams untersuchen lassen, wie der Ventilator durch ein Schwungrad ersetzt werden kann, um das Fahrzeug zu bewegen

Erweiterungen

(Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.)
Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie die Schülerinnen und Schüler Verhältnisse erforschen lassen. Sie sollen dann mithilfe der richtigen Begriffe das Übersetzungsverhältnis bei den Umdrehungen der Propeller und der Räder beschreiben.

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • verstehen, wie Kräfte die Bewegung eines Körpers verändern können,
  • verstehen, wie Kräfte aus der Ferne auf einen Körper wirken,
  • die Beziehung zwischen Energie und Kraft erforschen.
  • LEGO® Education BricQ Motion Prime Set (ein Set pro Zweierteam)
  • Kreppklebeband
  • Mittelgroße Tischventilatoren (im Idealfall einer pro zehn Schüler/-innen)

PHYSIK
Mechanik

  • Bewegungen beschreiben
  • Zusammenwirken von Kräften beschreiben
  • Beziehung zwischen Energie und Kraft untersuchen
  • Getriebe nutzen und optimieren

TECHNIK
Versorgung und Entsorgung

  • Regenerative Energien erkunden
  • Windenergie nutzen

MATHEMATIK
Messen

  • Übersetzungsverhältnisse ermitteln

NATURWISSENSCHAFTEN UND TECHNIK
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften und Technik

  • Beobachten und vermuten
  • Muster erkennen und Vorhersagen treffen
  • Experimente planen und durchführen
  • Ergebnisse dokumentieren
  • Modelle bauen

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Kommunizieren
  • Im Team arbeiten
  • Diskutieren, präsentieren, analysieren
  • Erkenntnisse gewinnen
  • Reflektieren und bewerten

Materialien für Schülerinnen und Schüler

Schülerarbeitsblatt

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