Materie

(HINWEIS: Diese Aufgabe besteht aus zwei Teilen: Teil A und Teil B. Beide Teile sind wichtig, um das Lernziel zu erreichen. Wenn die Zeit begrenzt ist, lesen Sie sich beide Teile durch und wählen Sie die Elemente aus, die den Bedürfnissen Ihrer Schülerinnen am besten entsprechen.)

Bei dieser Aufgabe bauen die Schüler*innen einen Ventilator unter Zuhilfenahme von Beispielbildern. Ermutigen Sie sie dazu, ihre eigenen Ideen für den Entwurf und Bau des Ventilator-Modells umzusetzen.

• Wissenschaftlicher Hintergrund – Materie:
  • Materie bezeichnet Substanzen, aus denen Objekte entstehen.
  • Materie hat eine Masse und nimmt in fester, flüssiger oder gasförmiger Form Raum ein.
• Vorwissen aufbauen – Materie: Nutzen Sie Lehrmaterialien aus den Naturwissenschaften wie Informationen, Bilder und Definitionen.
  • Wind ist bewegte Luft. Luft besteht wie alle Materie aus physikalischen Teilchen, die zu klein sind, um sie zu sehen. (Beachten Sie, dass die Schüler*innen nichts über Moleküle oder die Arten von Gasen wissen müssen, aus denen Luft besteht.)
  • Die wichtigen Begriffe: Materie, Luft, Teilchen
• Bau- und Programmiererfahrung: Sehen Sie sich die Vorschläge im Unterrichtsplan an. Für diese Aufgabe empfiehlt sich auch,
  • das Motor-Tutorial im Startmenü der SPIKE App zur Unterstützung nutzen;
  • die Hilfestellungen in den Abschnitten Ereignisblöcke und Sensorblöcke im Menü Hilfe > Textblöcke in der SPIKE App zu nutzen.
• Materialien: Die Papiertürme werden in folgenden Schritten gebaut: 1) Jedes Blatt Papier wird der Länge nach in drei Hälften geschnitten. 2) Für jedes Drittel, das entsteht, werden beide Längsseiten zu einer Klammerform gefaltet. 3) Das Papier muss ruhig aufrecht stehen können und bei einem leichten Luftzug umfallen (siehe Vorlage). Wenn Sie möchten, lassen Sie die Schüler*innen der Unterrichtseinheit ihre eigenen Papiertürme bauen.

TEIL A (45 Minuten)

• Stellen Sie die Hauptfigur(en) der Geschichte vor und erteilen Sie den ersten Arbeitsauftrag: Maria bemerkt, dass ihre Papiere durch den Raum fliegen, wenn sie das Fenster öffnet. Wieso ist das so?

• EINSTIEG – Regen Sie eine kurze Diskussion über das Thema an:

  • Was ist Luft? Ist es nur leerer Raum? (Nein, Luft besteht aus Partikeln, die zu klein sind, um sie zu sehen.)
  • Welche Beweise haben wir aus dem Alltag, dass Luft nicht nur leerer Raum ist? (Die Beispiele werden variieren. Die Schüler*innen könnten z. B. das Aufblasen von Luftballons oder Reifen, das Ein- und Ausatmen, das Spüren des Windes usw. nennen.)

• Jede Gruppe erhält ein LEGO^® Education SPIKE^™ Essential-Set und ein digitales Endgerät.

• Bei der Bearbeitung der Aufgabe können die Schülerinnen ggf. die folgenden Bau- und Programmierbeispiele zur Unterstützung nutzen. Erklären Sie, dass die Bilder nur als Anregung dienen. Die Schülerinnen sollen ihr eigenes Modell eines Ventilators entwickeln und bauen.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • das Basismodell verwenden, um einen Ventilator zu BAUEN, der einen Luftzug erzeugt, um einen Papierturm umzuwerfen;
  • ihr Modell so PROGRAMMIEREN, dass sich die Ventilatorblätter beginnend mit einer Geschwindigkeit von 100 % drehen. Sie können die Wirkung der Ventilatorleistung testen und beobachten, indem sie den Papierturm 1) vorne, 2) an einer Seite oder 3) in unterschiedlichen Abständen vom Ventilator positionieren;
  • testen, ob ihr Modell den Papierturm umwerfen kann;
  • das Modell umgestalten und ggf. neu testen.

• Regen Sie dazu an, gemeinsam Ideen zu sammeln, wie LEGO Elemente genutzt werden können, um wirksame Ventilatorblätter zu bauen, die einen Papierturm umwerfen können.

• Geben Sie den Schüler*innen nach der Hälfte der Arbeitszeit die Gelegenheit, sich über ihre Ideen im Rahmen einer vertrauten Unterrichtsroutine auszutauschen und ihre Modelle danach entsprechend zu überarbeiten.

Beispielideen

• Sprechen Sie gemeinsam mit der Klasse über ihre Ideen. 

• Jedes Team soll sein Modell vorstellen und Folgendes erklären:

  • Wie gelingt es dem Ventilator, Luftpartikel zu bewegen?
  • Wie kann der Ventilator einen Papierturm umwerfen, ohne ihn zu berühren?

• Fordern Sie die Schüler*innen dazu auf, den anderen zu erklären, wie sie ihr Modell überarbeitet und verbessert haben.

• Falls Sie mit Teil B „Erklären“ fortfahren möchten, können die Schüler*innen ihre Modelle weiterverwenden oder sie umbauen, wofür Sie zusätzlich Zeit einplanen müssen.

TEIL B (45 Minuten)

• Wiederholen Sie die Schritte aus Teil A – Lassen Sie weitere Gruppen das Gelernte vorführen und erklären.

• (5 Min.) Vermitteln Sie den Schüler*innen zur Vertiefung das nötige Hintergrundwissen: Pappe oder andere Materialien können als Ventilatorblätter wirksamer sein als LEGO Steine, da sie mehr Luft bewegen können.

• (20 Min.) Um den nächsten Arbeitsauftrag in der App abzuschließen, müssen die Teams ihre Modelle wiederholt testen und anpassen: Lassen Sie sie aus Pappe oder anderen Materialien ein besseres Ventilatorblatt entwerfen. Sie sollen ihren Ventilator erneut testen. Was passiert?

• (5 Min.) Fragen Sie die Schüler*innen, welche Kenntnisse, Ideen und Fähigkeiten ...
  • ihnen geholfen haben, die Aufgabe zu erfüllen und beim Bauen geholfen haben.
• Bitten Sie die Schüler*innen, die Sets und Arbeitsbereiche aufzuräumen.

• Ermutigen Sie die Teams durch Fragen dazu, nachzudenken und ihre Entscheidungen zu begründen, die sie beim Bauen und Programmieren getroffen haben.

Checkliste für Beobachtungen

• Sehen Sie sich die Lernziele an (Feld Unterstützung für Lehrkräfte).

• Ermitteln Sie den Fortschritt der Schüler*innen anhand der Checkliste:

  • Der Ventilator kann aus kurzer Entfernung einen Papierturm umwerfen.
  • Ihre Erklärung zeigt, dass Luftpartikel, die vom Ventilator bewegt werden, den Papierturm umgeworfen haben, obwohl die Partikel zu klein sind, um sie zu sehen.

Selbsteinschätzung

Lassen Sie die Schüler*innen selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht.

• Blauer Stein: Ich denke, ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Gelber Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Grüner Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen. Außerdem kann ich anderen dabei helfen.

Feedback von Mitschüler*innen

Lassen Sie die Schüler*innen in ihren Teams über ihre Zusammenarbeit sprechen.
Ermutigen Sie sie dazu, ihre Rückmeldungen wie folgt zu formulieren:

• Ich fand es gut, wie/dass du …
• Ich würde gern mehr darüber wissen, wie du …

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:
*Schließen Sie die Einheit nach dem ersten Arbeitsauftrag ab. Lassen Sie ein Ventilatormodell bauen, das zeigt, dass Luftpartikel einen Papierturm umwerfen können. Stellen Sie den Schülerinnen Ja-/Nein-Fragen, um ihre Erklärung zu erfahren.
Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

• Die Schüler*innen sollen die Auswirkungen verschiedener Motordrehzahlen untersuchen und vergleichen, z. B. die Standardeinstellung von 75 % gegenüber der maximalen von 100 %. Bitten Sie sie, ein Diagramm zu zeichnen und zu beschriften, um zu erklären, wie Luft und andere Materieteilchen betroffen sind.

• Stellen Sie Lernmaterialien über die Beaufort-Skala zur Verfügung, die zur Messung der Windstärke verwendet wird. Lassen Sie die Schüler*innen einen Aufsatz oder eine Anzeige für die Beaufort-Skala verfassen, wo sie erklären, warum es nützlich ist, eine Skala zur Messung des Windes zu haben, anstatt die subjektiven Eindrücke der Menschen zu verwenden.

Wenn Sie die Erweiterungen nutzen, dauert die Aufgabe länger als 45 Minuten.