Unterrichtsverlauf und Materialien
Hinweise zum Ablauf der Unterrichtseinheit. Ein Screenshot vermittelt einen Eindruck vom virtuellen Messplatz. Alle Materialien können Sie hier auch einzeln herunterladen.
Problemfindung
Einstieg in das Thema - die Beamer-Lampe
Zur Entwicklung der Problemfrage der Unterrichtseinheit stellt die Lehrperson folgenden Sachverhalt dar: "In Beamern werden Halogenlampen verwendet, die für eine Spannung von 24 Volt ausgelegt sind." Auf die Frage, ob eine solche Lampe unmittelbar an das Stromnetz (230 Volt) angeschlossen werden könne, wird eine Schülerin oder ein Schüler aufgrund des Vorwissens antworten, dass dies nicht möglich sei. Im Unterrichtsgespräch wird die Lösung des Problems von den Lernenden erarbeitet beziehungsweise von den Lernenden genannt: Mithilfe eines Widerstandes, den man mit der Lampe in Reihe schaltet, "verringert" man die Spannung und "schützt" somit die Lampe.Berechnung des Vorwiderstandes
Dieser Hinweis führt unmittelbar zur Problemfrage der ersten Unterrichtsstunde, die an der Tafel fixiert wird: "Wie kann man die Größe eines Vorwiderstandes berechnen?" Zur visuellen Unterstützung kommt in dieser Phase eine Folie zum Einsatz ("reihenschaltung_r_einstieg.pdf", Präsentation per Beamer oder Overheadprojektor). Den Lernenden wird das Experimentiermaterial für ein Analogieexperiment vorgestellt (das später von zwei Lernenden als Demonstrationsexperiment vorgeführt wird).Bearbeitung des Problems
Die Lehrperson informiert die Schülerinnen und Schüler über folgende Punkte:
- Vorstellung des Lerntools und seiner Funktionen (per Beamer)
- Hinweise zum Umgang mit den Hilfen und Lösungen aus dem Lerntool
- Zielvorgabe für die erste Unterrichtsstunde ("reihenschaltung_r_arbeitsblatt.pdf", Aufgabe 1)
- Zeitvorgabe (Erarbeitung bis zehn Minuten vor Ende der ersten Unterrichtsstunde)
- Wo finden die Lernenden die Simulation? - Mitteilung von Dateipfad und -name (Reihenschaltung.exe)
Virtuelles Experiment - Einzel- oder Partnerarbeit
Die Lernenden führen das virtuelle Experiment durch ("reihenschaltung_r_selbstlerntool.zip", Start des Programms durch "Reihenschaltung.exe"), protokollieren ihre Ergebnisse (reihenschaltung_r_arbeitsblatt.pdf) und erarbeiten daraus die Gesetzmäßigkeiten für die Reihenschaltung von Widerständen. Aus dem Bauteilkasten können verschiedene Widerstände in die Schaltung hineingezogen und per Klick auf das Tintenfass die jeweiligen Messwerte protokolliert werden. Die Messwerte erscheinen im "Ausdruck" des virtuellen Druckers. Eine Kurzbeschreibung der Funktionalitäten des virtuellen Messplatzes zur Reihenschaltung von Widerständen finden Sie auf der Website der Universität Bayreuth, die noch weitere interaktive Materialien zu bieten hat. Beachten Sie, dass die Programme auf der Homepage der Didaktik der Physik auf lange Sicht aktualisiert werden.- Kurzbeschreibung: Serienschaltung von Widerständen
Information zu den Funktionen des virtuellen Messplatzes auf der Website der Physik-Didaktik der Universität Bayreuth
- Uni Bayreuth: Virtuelle Experimente aus der Elektrizitätslehre
Von der Website der Didaktik der Physik können Sie diverse virtuelle Experimente und Trainingsprogramme herunterladen.
Ergebnissicherung
Besprechung der Schülerergebnisse
Im Unterrichtsgespräch werden die Ergebnisse des interaktiven Experiments besprochen. Die Schülerinnen und Schüler nennen die aufgestellten Gleichungen, welche von der Lehrperson an der Tafel fixiert und von den Lernenden gegebenenfalls korrigiert werden ("reihenschaltung_r_tafelbild.pdf", Tafelbild A). Zur Beantwortung der Ausgangsfrage wird die Lösung zu Aufgabe 1 (siehe "reihenschaltung_r_arbeitsblatt.pdf)von einer Schülerin oder einem Schüler vorgestellt und ebenfalls an der Tafel fixiert ("reihenschaltung_r_tafelbild.pdf", Tafelbild B). Auf der Grundlage des berechneten Vorwiderstandes führen nun zwei Lernende das Analogieexperiment als Demonstrationsversuch vor.
Reflexion: Sind Vorwiderstände immer sinnvoll?
Unter Nutzung ihres physikalischen Fachwissens bewerten die Schülerinnen und Schüler den Einsatz von Vorwiderständen. Dabei sollen sie ökonomische und ökologische Faktoren berücksichtigen.Festigung - Konsolidierung des Wissens
In der zweiten Unterrichtsstunde bearbeiten die Schülerinnen und Schüler die restlichen Aufgaben. Durch die bereitgestellten Hilfen können sie völlig selbstständig arbeiten und ihr Lerntempo frei bestimmen. Lediglich offene Fragen werden abschließend im Unterrichtsgespräch diskutiert und beantwortet.
Materialien
- reihenschaltung_r_einstieg.ppt
Animierte Einstiegsfolie zum "Glühbirnen-Problem" beim Beamer (PowerPoint-Datei)
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Animierte Einstiegsfolie zum "Glühbirnen-Problem" beim Beamer (PowerPoint-Datei)
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Arbeitsblatt
- reihenschaltung_r_arbeitsblatt.pdf
Arbeits- und Protokollblatt mit Aufgabenstellungen (PDF-Datei)
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Arbeits- und Protokollblatt mit Aufgabenstellungen (Word, - editierbar, ohne Bild)
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Arbeits- und Protokollblatt mit Aufgabenstellungen (Word, - editierbar, ohne Bild)
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Selbstlerntool
- reihenschaltung_r_selbstlerntool_mediator.zip
Lerntool mit interaktivem Experiment, Aufgaben und Hilfestellungen; "Reihenschaltung.exe" und "rserie.swf" müssen in einem Ordner liegen! (für Windows)
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HTML-Version des Selbstlerntools; starten Sie die Lernumgebung durch Doppelklick auf die Index-Datei (plattformunabhängig).
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Tafelbild
- reihenschaltung_r_tafelbild.pdf
Vorschläge für die geplanten Tafelbilder (PDF-Datei)
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Vorschläge für die geplanten Tafelbilder (Word-Datei)
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Vorschläge für die geplanten Tafelbilder (Word-Datei)
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- Besonderheiten der Unterrichtseinheit
Ein virtuelles Experiment wird dem Realexperiment vorgezogen; gestaffelte Hilfen des Selbstlerntools ermöglichen eine Differenzierung.
