Zielgenaue Bewegungen

• 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_k = ½ mv² m = 305 g
• 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.

• 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?

• 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.

• 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).

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

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.

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

Bautipps

Programmiertipps

Für diese Aufgabe sollte der Hub per USB-Kabel oder Bluetooth mit dem Gerät verbunden werden. Wenn die Verbindung hergestellt ist, werden die vom Hub erfassten Daten direkt auf das Gerät übertragen und in Echtzeit als Liniendiagramm dargestellt.

Hauptprogramm

Beispielprogramm

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

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.*

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.*

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