SPIKE™ Prime-Set

Zielgenaue Bewegungen

Die kinetische Energie einer Bewegung bei variabler Geschwindigkeit erforschen.

45-90 Min.
Einsteiger
Klassen 5–8
Aim for it - Lesson Header

Vorbereiten für integriertes Lernen

(Vor dem Unterricht)

  • Sehen Sie sich das Video auf dieser Seite an.
  • Lesen Sie sich das Schülermaterial für diese Aufgabe durch. Klicken Sie dazu auf den entsprechenden Link auf dieser Seite oder in der SPIKE App.
  • Folgende Aspekte sollten Sie gegebenenfalls vorab bedenken:
    • Wählen Sie die richtigen Hilfsmittel und den richtigen Ort aus. Videos anzusehen, im Lehrbuch zu lesen oder sich auf eine praktische Übung vorzubereiten, ist zum Beispiel problemlos von zu Hause aus möglich. Das Experiment durchzuführen und Daten bei der praktischen Arbeit zu erfassen, sind eher Aufgaben für das Klassenzimmer.
    • Verwenden Sie verschiedene Hilfsmittel und Möglichkeiten zur Differenzierung. Auf diese Weise können Sie alle Schülerinnen und Schüler besser einbeziehen und die Lernergebnisse verbessern.
    • Bieten Sie verschiedene Möglichkeiten für die virtuelle Zusammenarbeit an. Hier sind einige Beispiele:
      • Videokonferenzen
      • Blogs, Chats oder Pinnwände
      • Digitale Versionen der Schülerarbeitsblätter
    • Passen Sie den Ablauf der Aufgabe an, wenn nicht die gesamte Aufgabe im Klassenzimmer erledigt werden kann. Unten finden Sie einen beispielhaften Ablauf.
Vor dem Unterricht Im Unterricht Nach dem Unterricht
Einführen Erforschen, Erklären Erweitern, Evaluieren
- Verwenden Sie Online-Tools zum gemeinsamen Diskutieren oder Recherchieren des Themas.
- Zeigen Sie die Videos, in denen erklärt wird, was die Schülerinnen und Schüler tun sollen. Verweisen Sie auf die SPIKE App oder die URL auf dem Schülerarbeitsblatt.
- Schaffen Sie möglichst viele Möglichkeiten für die praktische Arbeit und für Zusammenarbeit. - Verwenden Sie Online-Tools, um Ergebnisse zu präsentieren, die Arbeiten zu beurteilen und die Aufgabe zu erweitern.
  • Hier sind einige weitere Möglichkeiten, mit denen Sie die Aufgabe an die Bedürfnisse Ihrer Klasse anpassen können:
    • Zeigen Sie die Videos, in denen erklärt wird, was die Schülerinnen und Schüler tun sollen. Verweisen Sie auf die SPIKE App oder die URL auf dem Schülerarbeitsblatt.
    • Verwenden Sie eigene Materialien, die Sie zum jeweiligen Thema bereits vorbereitet haben.
    • Passen Sie das Schüler-Erfinderheft so an, dass sich die Schülerinnen und Schüler damit auf das Lernerlebnis vorbereiten und über ihre Ergebnisse nachdenken können. (Siehe „Zusätzliche Ressourcen“.)
    • Verwenden Sie den Aufgaben-Überblick (eine einfach zu verwendende Übersichtsseite), um die Schülerinnen und Schüler mit einer offenen Aufgabe herauszufordern. (Siehe „Zusätzliche Ressourcen“.)

Einführen

(Vor dem Unterricht, 20 Min.)

  • In dieser Aufgabe geht es um den Zusammenhang zwischen kinetischer Energie, Masse und Geschwindigkeit. Die Schülerinnen und Schüler führen ein Experiment durch, bei dem sie die zurückgelegte Strecke im Zeitverlauf messen sollen. Dabei verwenden sie die Radumdrehung als Eingabewert. Mithilfe eines Diagramms, das die Umdrehungen eines Rades im Zeitverlauf veranschaulicht, erstellen sie zunächst ein Diagramm für die zurückgelegte Strecke und dann für die Geschwindigkeit – jeweils in Abhängigkeit von der Zeit. Zum Schluss verwenden sie den maximalen Geschwindigkeitswert, um die kinetische Energie anhand der folgenden Formel zu berechnen: E<sub>k</sub> = &#189;mv<sup>2</sup>
  • Verwenden Sie verschiedene Materialien, um eine spannende Einführung in das Thema „kinetische Energie“ zu geben.

Eine Diskussion anregen
Beginnen Sie ein Gespräch, indem Sie relevante Fragen stellen. Hier sind einige Vorschläge:

  • Wie sieht das Diagramm aus, das die zurückgelegte Distanz im Zeitverlauf zeigt?
  • Wie sieht das Diagramm aus, das die Geschwindigkeit im Zeitverlauf zeigt?
  • Wie sieht das Diagramm aus, das die kinetische Energie im Zeitverlauf zeigt?

Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Gedanken als Hypothese aufschreiben.

Erforschen

(Im Unterricht, 30 Min.)

  • Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler ein Fahrzeug mit frei beweglichen Rädern bauen, das die Radumdrehungen zählen kann. Sie können eigene Modelle bauen oder sich an die Bauanleitung für den Street-Curling-Stein in der App halten.
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Modelle ausprobieren. Dazu sollen sie das vorgeschlagene Programm verwenden.
  • Als Nächstes sollen sie ein Diagramm für die zurückgelegte Strecke im Zeitverlauf zeichnen und beschreiben, was sie sehen:
    • Was stellen die Spitzen im Diagramm dar?
    • Was stellen die Bereiche zwischen den Spitzen dar?

Erklären

(Im Unterricht, 15 Min.)

  • Die Schülerinnen und Schüler sollen wie folgt mit dem Experiment fortfahren:
    • Umrechnen der Umdrehungen pro Sekunde in die zurückgelegte Strecke
    • Umrechnen der zurückgelegten Strecke im Zeitverlauf in die Geschwindigkeit
  • Geben Sie den Schülerinnen und Schülern etwas Zeit, um ihre Programme anzupassen und ihre Leistung zu verbessern.
  • Ermutigen Sie sie dazu, so viele Daten wie möglich aufzuzeichnen, während sie experimentieren.
  • Lassen Sie sie ihre Daten als CSV-Datei exportieren, damit sie die Daten bei Bedarf in einer anderen Software bearbeiten können.

Erweitern

(Nach dem Unterricht, 20 Min.)

  • Falls die Schülerinnen und Schüler auch nach dem Unterricht Zugang zu den SPIKE Prime-Sets haben, lassen Sie sie die Aufgaben aus der SPIKE App abschließen, um das praktische Lernerlebnis zu erweitern. Beispiel:
    • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ein Spiel spielen und dabei ihre Würfe protokollieren. Dazu müssen sie ihre Street-Curling-Steine so anschieben, dass die Vorderseite des Modells so nah wie möglich an der Mitte des Ziels liegen bleibt. Erklären Sie, dass jeder Spieler bzw. jedes Team drei Versuche hat. Nach jedem Wurf muss die Distanz vom Mittelpunkt des Ziels bis zur Vorderseite des Modells gemessen werden. Dann werden alle drei Versuche zusammengerechnet. Der Spieler bzw. das Team mit der niedrigsten Gesamtdistanz gewinnt das Spiel!
  • Falls Ihre Schülerinnen und Schüler keinen Zugang zu den Sets haben, sollen sie an ihrem Schüler-Erfinderheft arbeiten oder eine der unten aufgeführten Erweiterungsübungen erledigen. Die meisten Erweiterungsübungen können mithilfe der Daten bearbeitet werden, die sie bei der praktischen Arbeit erfasst haben.
  • Organisieren Sie eine gemeinsame Besprechung, in der Ihre Schülerinnen und Schüler Informationen austauschen können. Hierfür können Sie flexibel die am besten geeignete Vorgehensweise auswählen (persönlich oder online).

Evaluieren

  • Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
  • Zur Unterstützung können Sie hierfür die Bewertungsraster nutzen.

Leistungsbewertung

Checkliste für Beobachtungen
Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala, wie zum Beispiel:

  • Erwartungen zum Teil erfüllt
  • Erwartungen vollständig erfüllt
  • Erwartungen übertroffen

Nutzen Sie die folgenden Kriterien, um den Lernfortschritt der Schülerinnen und Schüler zu beurteilen:

  • Sie können ein Gerät so programmieren, dass es Daten als Liniendiagramm aufzeichnet.
  • Sie können die Werte in einem Liniendiagramm interpretieren.
  • Sie können den Zusammenhang zwischen kinetischer Energie und Geschwindigkeit erklären.

Selbsteinschätzung
Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht.

  • Blau: Ich kann Daten mit dem Programm in der App grafisch darstellen.
  • Gelb: Ich kann ein eigenes Liniendiagramm erstellen und meine Ergebnisse erklären.
  • Lila: Ich habe mir selbst neue Experimente ausgedacht und durchgeführt.

Lernbeobachtung durch Mitschüler

Ermutigen Sie die Schülerinnen und Schüler dazu, einander Rückmeldungen zu geben:

  • Lassen Sie sie einander mit der Steine-Skala (siehe oben) bewerten.
  • Lassen Sie sie einander konstruktives Feedback geben, damit sie ihre Leistung in der nächsten Unterrichtsstunde verbessern können. Dies ist eine großartige Gelegenheit, um im Rahmen des integrierten Lernens Online-Tools für Videokonferenzen oder Blogs einzubinden.
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Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Den Fokus der Aufgabe auf die Variationen bei der zurückgelegten Strecke im Zeitverlauf beschränken

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

  • Die Schülerinnen und Schüler ihre eigenen Fahrzeuge mit frei beweglichen Rädern und eigene Curling-Steine entwerfen und bauen lassen, um damit das Experiment zu wiederholen und anschließend die Daten des eigenen Modells mit der Leistung anderer zu vergleichen (z. B. mit den Daten von Mitschülerinnen und Mitschülern)
  • Die Schülerinnen und Schüler ein eigenes Gerät zum Anschieben des Steins bauen lassen, um die Würfe einheitlicher zu gestalten. Zusätzlich können Sie sie den Konstruktionsprozess dokumentieren lassen
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Tipps

Bautipps

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Programmiertipps
Den Download-Modus verwenden
Für diese Aufgabe sollte der Download-Modus aktiviert werden. Im Download-Modus ist die Erfassungsrate des Hubs höher. Das bedeutet, dass die Auflösung des Liniendiagramms in diesem Modus besser ist. Es bedeutet aber auch, dass der Datensatz importiert werden muss, nachdem das Programm beendet wurde.

Mit dem Block „Anhalten“ Datensätze automatisch übertragen
Dieser Block beendet das Programm und lädt automatisch die erfassten Datensätze vom Hub auf Ihr Gerät, wenn eine Bluetooth-Verbindung hergestellt wird. Wenn Sie ein USB-Kabel verwenden, müssen die Datensätze manuell hochgeladen werden.

Hauptprogramm

SPIKE Prime Science Aim for It - Step03 - de-de

Tipp: Wissenschaftliche Daten
Hier sehen Sie ein Beispiel dafür, mit welchen Daten die Schülerinnen und Schüler bei diesem Experiment zu tun haben werden.

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Erweiterungen

Erweiterung: Mathematik

Um die Entwicklung mathematischer Fähigkeiten zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler erforschen, was geschieht, wenn sie die Masse des Curling-Steins verändern, indem sie weitere Elemente (z. B. Motoren) oder einen schweren Gegenstand (z. B. eine Wasserflasche) daran befestigen. Dazu sollen sie ihre Modelle überarbeiten, das Experiment wiederholen und schließlich die Diagramme für die verschiedenen Massen vergleichen, welche die Geschwindigkeit des Modells im Zeitverlauf darstellen.

Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.

MATH.png

Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

Um die Entwicklung der sprachlichen Ausdrucksfähigkeit zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler eine Marketingkampagne erstellen, mit der sie die wichtigsten Merkmale ihrer Modelle bewerben sollen. Dabei ist es wichtig, dass sie die technischen Eigenschaften ihrer Modelle herausstellen und wissenschaftliche Fakten nutzen, um die Vorteile ihrer Modelle aufzuzeigen. Dazu gehören die gesammelten Informationen über die Geschwindigkeit und Energie der Modelle.

Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.

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In welchen Berufen sind diese Fähigkeiten gefragt?

Schülerinnen und Schüler, die sich für diese Aufgabe begeistern, könnten sich auch für folgende Berufszweige interessieren:

  • Bildungswesen und Weiterbildung
  • Gesundheitswesen

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • anhand eines Diagramms, das die zurückgelegte Strecke im Zeitverlauf veranschaulicht, die Anfangsgeschwindigkeit einer sich verlangsamenden Bewegung berechnen;
  • mit dieser ungefähren Geschwindigkeit die durchschnittliche kinetische Energie berechnen.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
Gerät, auf dem die LEGO Education SPIKE App installiert ist

PHYSIK

Kinematik

  • Bewegungsdiagramme erstellen und interpretieren
  • Geschwindigkeiten aus experimentellen Messdaten berechnen

Energie

  • Größenordnungen von Leistungen im Alltag ermitteln und vergleichen
  • Zusammenhang von zugeführter Energie, nutzbarer Energie und Wirkungsgrad bei Energieübertragung beschreiben
  • kinetische Energie bei variabler Geschwindigkeit beschreiben
  • kinetische Energie berechnen

MATHEMATIK

Daten

  • Daten erheben, auswerten und interpretieren
  • Daten aus Diagrammen entnehmen
  • Daten unter Verwendung von Software grafisch darstellen

Funktionaler Zusammenhang

  • Zusammenhänge darstellen
  • mit linearen Funktionen umgehen

INFORMATIK

Informationsgesellschaft

  • aktuelle Technologien erläutern, die personenbezogene Daten sammeln

Algorithmen

  • Algorithmen in einer geeigneten Programmierumgebung anpassen
  • ein Softwareprojekt unter Anleitung durchführen

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Vernetzen
  • Kommunizieren
  • Experimentieren

Materialien für Schülerinnen und Schüler

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