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Lernstationen Projekte Aufgaben Experimente

Die Lernstationen
Die Arbeit an Lernstationen soll dazu dienen, durch syste-
matische, experimentelle Untersuchungen und theoretische
Betrachtungen typische Denk- und Arbeitsweisen der Physik
zu trainieren. Im Gegensatz zum gleichnamigen Unterrichts-
projekt sind eingehende theoretische Betrachtungen möglich,
die auch kleinere Berechnungen mit einschließen. Der Um-
fang an experimentellen Tätigkeiten ist durch die Schüler-
experimente mit systematischen Untersuchungen deutlich
höher als im gleichnamigen Unterrichtsprojekt. Deshalb ist
der Anteil der nebenstehenden Schülertätigkeiten im Kompe-
tenzbereich Erkenntnisgewinnung besonders hoch.

Ziele

 Die nachfolgenden Ziele sind im Rahmen eines Unterrichts der Klassenstufen 6 bis 8 im Umfang von ca. 3-4 Einzelstunden realisierbar.
Die Schüler können u.a.
  • historische Hintergründe und Zusammenhänge der Ballonversuche der Brüder MONTGOLFIER aus Fachtexten erschließen und tabellarisch sowie schematisch darstellen
  • den Einfluss einzelner Komponenten des Heißluftballons auf die Gesamtmasse des Körpers bestimmen
  • den Einfluss unterschiedlicher Wärmequellen auf die Innentemperatur des Heißluftballons bestimmen
  • die Tragfähigkeit eines Heißluftballons mithilfe von Tabellen abschätzen
  • ein Experiment zur Bestimmung der Tragfähigkeit eines Modellballons planen
Ablauf des Stationenlernens
Beim Stationenlernen wird eine Unterrichtseinheit in mehrere Themen untergliedert, deren Ziele und Inhalte sich stärker als beim Projektunterricht an den Rahmenplänen orientieren. Jedem Thema wird eine Station mit Materialien, Arbeitsaufträgen und Hinweisen zugeordnet. Die Schüler arbeiten über längere Zeit weitgehend selbständig, theoretisch und experimentell. Sie bestimmen ihr Lerntempo, die Sozialformen und die Nutzung der Medien mit. Auch ihre Lernergebnisse kontrollieren sie selbständig. Durch die Mitbestimmung der Schüler bei der Wahl des Lerntempos und einer diskursorientierten Gestaltung des Lernens können individuelle Lernvoraussetzungen besser berücksichtigt werden.
Ähnlich dem Vorgehen wie beim gleichnamigen Projekt wird als Einstieg eine kurze histori- sche Reflexion zu den Ballonversuchen der Brüder MONTGOLFIER in Verbindung mit Freihand- experimenten gewählt. Im Kontext der historischen Betrachtungen und der Ziele des Lernvor- habens ergeben sich u.a. folgende Fragen, die mit den Schülern gemeinsam erörtert, diskutiert und im Laufe des Stationsbetriebes beantwortet werden sollen:
  • Wie schwer darf ein Ballon höchstens ein, damit er abheben kann?
  • Wie hoch muss die Innentemperatur mindestens sein, damit der Ballon abheben kann?
Die Schüler erhalten in diesem Zusammenhang auch die Hausaufgabe, aus Haushalt und Hobbybereich unterschiedliche Artikel und Materialien mitzubringen, die sich möglicherweise als Hüllen, Behälter und Halterungen für einen Modellballon eignen. Diese Materialien werden später in den Stationsbetrieb mit einbezogen.

In der Einführungsstunde sind Erläuterungen zum organisatorischen Ablauf und zu den materiellen Bedingungen während der Stationsarbeit erforderlich, die eine Sicherheits-  belehrung zum Umgang mit offenem Feuer mit einschließen. Zur Erläuterung des Ablaufes werden anhand eines Strukturdiagramms alle Lernstationen kurz vorgestellt sowie die Pflicht- und Wahlstationen benannt. Am Beispiel einer konkreten Station werden die materiellen und technischen Besonderheiten wie Stationsmappen, Arbeitsblätter, Lesematerialien und Messgeräte vorgestellt und kurz erläutert. Von den verfügbaren Stationen sollen mindestens zwei Pflichtstationen und eine Wahlstation bearbeitet werden. Anzahl und Art der Stationen richten sich vor allem nach der Selbständigkeit der Schüler, der Klassengröße, der verfügbaren Zeit und den technischen Voraussetzungen. Je nach Aufgabenstellung und Vorerfahrungen können innerhalb einer Unterrichtsstunde ein bis zwei Stationen absolviert werden. Bei wenig Vorerfahrungen im selbständigen Lernen können gleiche Stationen mehrfach bereitgestellt werden. Dadurch bearbeiten mehrere Schülergruppen gleichzeitige identische Aufgaben. Das erleichtert ihre Betreuung und initiiert die Kommunikation zwischen den Arbeitsgruppen.
Unverzichtbar sind auch Informationen zu den Erwartungen an die Selbständigkeit der Schüler, den Möglichkeiten ihrer Mitbestimmung bei der Wahl des Lernweges sowie der Art und des Umfangs von Hilfestellungen sowie der erwarteten Lern- und Arbeitsergebnisse. Idealerweise wird die Einführung in einer Doppelstunde vorgenommen, so dass in der zweiten Stunde ein Ballon aus Rettungsfolie in Partnerarbeit gebaut werden kann. Alternativ kann dieser Auftrag auch als Hausaufgabe erteilt werden. Damit stünde zu Beginn des Stationsbetriebes ein funktionstüchtiges Ballonmodell zur Verfügung, das in die experimentellen Untersuchungen unmittelbar mit einbezogen werden kann.
Für den Bau des Folienballons (Rettungsfolie) wird ein Bausatz empfohlen, der neben den Materialien mit Bauanleitung auch historische, technische und physikalische Hintergrund- informationen, insbesondere die geheime Formel zur Berechnung der Tragfähigkeit enthält. Damit sind günstige materielle und technische Voraussetzungen für den Stationsbetrieb geschaffen.
Im Anschluss an die Einführungsstunde beginnt der eigentliche Stationsbetrieb. Die Schüler arbeiten dazu im Rahmen kleiner Gruppen von 3 bis 4 Schülern an 3 bis 8 Stationen. Ihnen steht genügend Zeit zur Verfügung, um ihrem eigenen Lerntempo folgen zu können. An den Stationen wird protokolliert, skizziert, gerechnet, gelesen und vor allem gemessen. Dazu zählen beispielsweise Wägungen sowie Temperatur- und Auftriebsmessungen. Handwerkliche Tätigkeiten stehen eher im Hintergrund.
Aufgabenbeispiele (Stationenlernen)
  • Untersuche, welche Beutel und Tüten aus Haushalt und Hobbybereich als Ballonhülle geeignet sind, wenn als Wärmequelle Teelichter und Gasfeuerzeuge verwendet werden.
  • Bestimme den Einfluss der einzelnen Bauteile auf die Gesamtmasse des Ballons.
  • Bestimme den Einfluss unterschiedlicher Wärmequellen auf die Innentemperatur des Heißluftballons.
  • Erläutere historische Hintergründe und Zusammenhänge der Ballonversuche der Brüder MONTGOLFIER. Stelle wichtige historische und technische Informationen in einer tabellarischen und schematischen Übersicht dar.
Abschluss des Stationenlernens
Nach Ablauf des Stationsbetriebes werden die Lern- und Arbeitsergebnisse zumindest der Pflichtstationen durch die Lerngruppen der Klasse vorgestellt und diskutiert. Sie liegen u.a. als Protokoll oder Lernplakat, beispielsweise zum Aufbau eines Sportballons vor. Darüber hinaus können auch selbst erstellte Diagramme zur historischen Entwicklung des Heißluftballons oder eigene tabellarische Übersichten zu bedeutsamen Ballonrekorden einen Teil des Arbeitsergebnisses bilden. In jedem Fall endet das Lernvorhaben mit der Vorstellung der Ergebnisse der Pflichtstationen und der Demonstration typischer Messwerte. Mit einem Demonstrationsexperiment zur Überprüfung der theoretisch ermittelten Tragfähigkeit kann die Lerneinheit abgeschlossen und mit einem Wettbewerb zur größten Tragfähigkeit abgerundet werden.
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