Hock-Sprünge

• In dieser Aufgabe geht es um potenzielle Energie bzw. die Lageenergie. Die Gleichung für potenzielle Energie lautet: E_p = m g h. „g“ ist ein bekannter Wert und „m“ kann bestimmt oder geschätzt werden. Die unbekannte Variable ist in dieser Aufgabe die Höhe eines Sprungs, die von den Schülerinnen und Schülern gemessen werden muss. Dazu verwenden sie zuerst den Abstandssensor. Sie richten ihn auf den Boden aus und berechnen so den maximalen Abstand zum Boden, während sie springen. Es ist wichtig, dass sie dabei auf einer ebenen Oberfläche stehen. Später probieren sie noch weitere Möglichkeiten zum Messen der Höhe aus und verwenden dazu den Beschleunigungssensor des Hubs.

Eine Diskussion anregen

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

• Was ist potenzielle Energie bzw. die Lageenergie?
• Wie hoch könnt ihr springen?
• Wie viel (potenzieller) Energie entspricht das?

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

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler eine Kugelhantel bauen, die Daten über einen Sprung aufzeichnen kann. Sie können eigene Modelle bauen oder sich an die Bauanleitung für die Kugelhantel in der App halten.
• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Modelle ausprobieren. Dazu sollen sie das vorgeschlagene Programm verwenden.
• Es ist wichtig, dass der Sprung kontrolliert durchgeführt wird. Das bedeutet, die Kugelhantel muss gerade in Richtung einer ebenen Oberfläche zeigen (keine Teppiche).

• 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:
  • Fordern Sie sie dazu auf, beim Springen eine größere Masse zu verwenden (z. B. indem sie einen Rucksack tragen) und anschließend die potenzielle Energie dieses Sprungs mit einem Sprung ohne Rucksack zu vergleichen.
• 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 mit eigenen Worten erklären, was potenzielle Energie ist und wie sie mit der Masse und der Höhe zusammenhängt.

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:

• Die Schülerinnen und Schüler das Experiment nur mit dem Hub (und ggf. mit dem Abstandssensor) wiederholen lassen
• Sicherstellen, dass die Schülerinnen und Schüler das vorgeschlagene Programm in der SPIKE App so anpassen, dass es für ihr eigenes Modell geeignet ist
  • Solange der Hub senkrecht zum Boden gehalten wird, sollten die Daten geeignet sein, um die Beschleunigungswerte aufzuzeichnen

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

• Die Schülerinnen und Schüler nach anderen Möglichkeiten suchen lassen, wie man die Höhe eines Sprungs bestimmen kann:
  • Mit dem Beschleunigungssensor des Hubs
  • Indem sie ein Video des Sprungs aufnehmen
  • Nur mithilfe der Zeit

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:

• Anstatt den Abstand zwischen der Unterseite der Kugelhantel und dem Fußboden direkt mit dem Abstandssensor zu messen, können Sie die Schülerinnen und Schüler die Höhe des Sprung mithilfe von Beschleunigungswerten bestimmen lassen.
• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler mit beiden Methoden (Messen des Abstands und Berechnen anhand der Beschleunigungswerte) die potenzielle Energie bestimmen. Anschließend sollen sie erklären, welche Methode schwieriger oder effizienter war und warum.

* 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 einen Aufsatz darüber schreiben, was bei einem Sprung geschieht. Dazu sollen sie Recherchen über Muskelkraft und Biomechanik anstellen und menschliche Sprünge mit denen von verschiedenen Tieren vergleichen.
• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen Roboter-Prototyp untersuchen, der ebenfalls springen kann. Anschließend sollen sie einen Aufsatz darüber schreiben, wie Wissenschaftler versucht haben, echte Muskelimpulse bei solchen Robotern nachzuahmen.

* 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:

• Therapeutische Dienstleistungen
• Maschinenbau und Technik