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Anziehender Unterricht?! - Zur Eignung des Themas Magnetismus für den Grundschulunterricht

von M.Ed. Georg Rabe (Autor) A. Rosskamp (Autor) S. Koch (Autor)

Hausarbeit 2007 24 Seiten

Didaktik - Sachunterricht, Heimatkunde

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Sachanalyse

3 Didaktische Analyse
3.1 Fachwissenschaftliche Relevanz
3.2 Einordnung in das Kemcurriculum
3.3 Gegenwartsbedeutung
3.4 Zukunftsbedeutung
3.5 Exemplarische Bedeutung
3.6 Zuganglichkeit des Themas
3.7 Begrundung der Lernziele / des Unterrichtskonzepts

4 Methodischer Vorschlag - Eine Unterrichtseinheit zum Thema Magnetismus
4.1 Die Unterrichtseinheit „Magnetismus“ im Uberblick
4.2 Detaillierte Darstellung der Einfuhrungsstunde

5 Fazit

6 Literatur- und Quellenverzeichnis

7 Abbildungsverzeichnis

8 Anhang

1 Einleitung

Im Sommersemester 2007 haben wir das Aufbaumodul „Naturwissenschaftlich-technischer Sachunterricht“ besucht. Wir beschaftigten uns hier umfangreich mit der kindgerechten Um- setzung mehrerer physikalischer Themen fur den Grundschulunterricht. Besondere Aufmerk- samkeit legten wir hierbei auf die Vorbereitung und Durchfuhrung von Experimenten bzw. Versuchen. In vielen Diskussionen uberlegten wir kritisch, welche Experimente fur den Grundschulunterricht geeignet sind und welche wir eher nicht oder in nur anderer Form ein- setzen wurden. In dieser Hausarbeit soll nun der Frage nachgegangen werden, ob und in wie- weit das Thema Magnetismus schon im Grundschulunterricht verankert werden sollte und wie sich dies praktisch umsetzen liefie.

Magnetismus ist ein physikalisches Phanomen, mit dem auch Kinder schon in ihrer Lebens- welt konfrontiert werden. So sind in vielen Haushalten Kuhlschrankmagnete ein beliebtes Dekorations- und Befestigungsaccessoire, bei dem sich Kinder in entsprechendem Alter viel- leicht fragen, warum diese am Kuhlschrank hangen bleiben, nicht aber am Holztisch daneben. Weitere mogliche Fragen von Kindern konnten sein:

- Warum ziehen sich die Waggons meiner Holzeisenbahn manchmal gegenseitig an?
- Und warum stofien sich die Waggons manchmal ab?
- Wie funktioniert eigentlich der Kompass aus den Piratenfilmen?
- Wieso richtet sich die Kompassnadel immer Richtung Norden aus?
- Wieso bleibt ein Toaster, wenn er nicht eingesteckt ist, nicht unten?
- Warum lasst sich die Kuhlschranktur so schwer aufziehen?

Auf Lebensweltbezug und Gegenwartsbedeutung soll in der Didaktischen Analyse naher ein- gegangen werden. Festzuhalten bleibt aber schon an dieser Stelle, dass Magnetismus den Kindern bereits in ihrer Lebenswelt begegnet und dass die Erforschung der Eigenschaften von Magneten u. U. an einfache Vorerfahrungen anknupfen kann (siehe Punkt 4). Der geplanten Unterrichtseinheit soll die direkte Lebenswelt der SchulerInnen als Grundlage dienen. Die SchulerInnen sollen die Chance bekommen, sich moglichst eigenstandig und in einer wenig lehrerzentrierten Lernform dem Thema erstmalig schulisch zu nahern. So sollen die Kinder durch diese ersten Stunden zu der Thematik befahigt werden, Fragen wie die oben stehenden fur sich beantworten zu konnen.

Im Folgenden soll zunachst das Phanomen Magnetismus in seinen wichtigsten Fakten und Aspekten beleuchtet werden, bevor in der Didaktischen Analyse Bedeutung und Bezug des Themas fur die Kinder erortert und die Lernziele angegeben werden. Daran anschliefiend wird die methodische Umsetzung vorgestellt. Zu guter Letzt soll dann in einem Fazit noch einmal resumierend auf die Ausgangsfrage eingegangen werden.

2 Sachanalyse

Der Magnetismus ist ein physikalisches Phanomen bzw. eine physikalische Kraft. Als Teilge- biet des Elektromagnetismus zahlt er mit zu den vier Grundkraften der Physik und ist „eine Erscheinung, die mit der Elektrizitat eng zusammenhangt und auch manche auBerliche Ahn- lichkeit mit ihr hat“ (Weizel, S.33).

Ein Magnet erzeugt ein Magnetfeld und wird von diesem durchstromt. Innerhalb dieses Mag- netfeldes bewegen sich elektrische Ladungen in einem bestimmten Muster, den so genannten magnetischen Feldlinien. Die Feldlinien konnen durch Eisenspane, die magnetisiert werden und sich entsprechend ausrichten, sichtbar gemacht werden. Ein Magnet hat immer einen „Sudpol“, in dessen Richtung die elektrischen Ladungen einstromen und einen „Nordpol“, aus dem sie wieder ausstromen. Die elektrischen Ladungen bewegen sich also in konzentrisch groBer werdenden Kreisen - aus dem Nordpol in unendlich viele Richtungen austretend und im Sudpol wieder eintretend - um den Magneten herum. Ihre Kraft ist daher an den beiden Polen, den Magnetenden, am starksten. Aus diesem Grund stoBen sich Magneten gegenseitig ab, wenn man sie an den gleichen Polen zusammenhalt. Man sagt: „Gleichnamige Pole zweier Magnete stoBen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an“ (Kuhn, S.217). Die Kraft, die dabei zwischen den Magneten wirkt, ist umso groBer, je naher sich die beiden Magnetpole sind. Magnete haben die Eigenschaft, dass sie durch das magnetische Kraftfeld andere Stoffe in ihrer Nahe magnetisieren (also die anderen Stoffe selbst magnetisch werden lassen) und da- durch anziehen. Grundsatzlich gilt dies fur alle Materialien, aber es gibt drei Stoffe (bzw. Me- talle), bei denen die Wirkung so stark ist (etwa eine Millionen mal starker als bei anderen Ma­terialien), dass wir Menschen sie muhelos wahrnehmen konnen: Dies sind die so genannten „ferromagnetischen Stoffe“ Eisen, Kobalt und Nickel (vgl. Weizel, S.44, Kuhn, S.216). Bei ihnen ist die magnetische Wirkung am starksten. Bringt man einen dieser Stoffe, z.B. ein Ei- senstuck, in die Nahe eines Magneten, induziert der Nordpol des Magneten einen ungleich- namigen Pol (also einen Sudpol) in dem Stuck des Eisens, das ihm am nachsten ist. Gleichzei- tig induziert er einen Nordpol in der ihm abgewandten Seite des Eisens (vgl. Weizel, S.34). Dadurch zieht er das Eisenstuck an. Gleichzeitig hat er dieses magnetisiert. Das Eisen hat nun also ebenfalls eine magnetische Wirkung. Aus diesem Grunde richten sich auch die angespro- chenen feinen Eisenspane um den Magneten herum so aus, dass man darin die Stromungsrich- tung der Feldlinien erkennen kann.

Einige zusatzliche Aspekte, die fur diese Unterrichtseinheit noch keinen zwingenden Hinter- grund bilden, aber als Wissen bei der Lehrkraft vorhanden sein sollten (auch um auf eventuel- le Kinderfragen reagieren zu konnen), werden im Folgenden noch dargestellt, bevor die fur diese Unterrichtseinheit wichtigsten Zusammenhange in einem Sachstrukturdiagramm zu- sammengefasst werden:

- Zerbricht man einen Magneten in der Mitte, richten sich in den Teilstucken Nord- und Sud- pol neu aus - es gibt also nie Korper, die nur einen Pol besitzen (vgl. Kuhn, S.218).
- Die magnetische Wirkung geht durch Stoffe hindurch und ist auch im leeren Raum vorhan- den (vgl. ebd., S.221).
- Man unterscheidet Dauermagnete und Elektromagnete. Dauermagnete sind aus Eisen, Ko- balt oder Nickel und werden uber langere Zeit magnetisiert (auf naturlichem Wege als Erze im Erdboden oder industriell), so dass sie ihre magnetische Eigenschaft sehr lange beibehal- ten. Bei Elektromagneten wird mittels Strom, der durch eine Drahtspule mit Eisenkern ge- schickt wird, ein kunstliches, elektrisches Magnetfeld erzeugt, das sich somit ein- und aus- schalten lasst (vgl. Walz, S.238). Der elektrische Strom hat namlich ein leichtes magnetisches Kraftfeld, das durch die vielen Umdrehungen des Drahtes auf der Spule und durch den Eisen­kern stark potenziert also vervielfacht wird.
- Der Kompass, der in dieser Unterrichtseinheit noch keine Rolle spielen muss, mit dem Kin­der aber schon Kontakt gehabt haben konnen (s.o.), und dessen Funktion ein spateres An- schlussthema bilden kann, lasst sich folgendermafien erklaren: Unsere Erde ist ebenfalls ein riesiger, kugelformiger Magnet mit einem Pol in der nordkanadischen Arktis (dem Nordpol) und einem Pol in der Antarktis (dem Sudpol). Die magnetischen und die geographischen Pole unterscheiden sich etwas, aber die magnetischen Pole bewirken, dass die Magnetnadel im Kompass an ihrem Sudpol nach Suden gezerrt wird, wahrend der magnetische Nordpol der Erde am Nordpol der Nadel nach Norden zerrt. Darum richtet sich eine Magnetnadel immer so aus, dass man an ihr die Nord-Sud-Richtung erkennen kann. Dies erlaubt eine sichere Richtungsweisung und Navigation (vgl. Walz, S.236).
- Ein interessanter Nebenaspekt des Magnetismus ist, dass wir Menschen ihn mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmen konnen, einige Tierarten aber schon. So hat man herausge- funden, dass Brieftauben ihre Abflugrichtung durch Magnetfelder bestimmen. Festgestellt wurde auch, dass Termiten ihre Hugelbauten an Magnetfeldern ausrichten (vgl. Kuhn, S.220). In dem Sachstrukturdiagramm auf der folgenden Seite sollen nun aber die fur die Unterrichts- einheit wesentlichen Aspekte noch einmal auf einen Blick zusammengefasst werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Diagramm ist bewusst einfach gehalten, da unser didaktischer Ansatz und die methodi- sche Umsetzung von einer dritten Klasse und von dem ersten Schulkontakt mit dem Thema ausgeht. Dazu soll das Diagramm im Unterricht verwendet werden konnen. Eventuell muss dieses Sachstrukturdiagramm dafur noch vereinfacht werden. Zudem sollte es schrittweise an die Tafel gebracht werden, um die Abstraktionsfahigkeit der Kinder nicht zu uberfordern. Die einzelnen Phanomene sollten erst dann dargestellt werden, wenn sie von den Kindern selber im Versuch entdeckt wurden (siehe Punkt 4). Um den Erfolg des Versuches und das Verste- hen der Sachstruktur zu gewahrleisten, sollten die Kinder verschiedene Materialien auseinan- der halten und insbesondere das Material „Eisen“ benennen konnen. Um eine Schlussfolge- rung zu ziehen, dass nur die Dinge aus Eisen angezogen werden, muss die Gemeinsamkeit der Gegenstande (das Material Eisen als solches) erkannt werden.

3 Didaktische Analyse

3.1 Fachwissenschaftliche Relevanz

„Technik durchdringt und pragt alle Lebensbereiche des Menschen. Sie sichert seine Existenz, erleichtert die Bewaltigung des Alltags und bereichert die individuellen Erlebnismoglichkei- ten“ (Kemcurriculum fur die Grundschule Sachunterricht, S. 13). Alle Schuler nehmen diese technischen Erleichterungen taglich wahr. Die wenigsten konnen sich jedoch ihre Funktion und Wirkungsweise erklaren. „Die direkte Begegnung mit Phanomenen, Sachverhalten [...] stellt im Sachunterricht [daher] ein wesentliches didaktisches Prinzip dar“ (ebd., S. 9). Das Phanomen Magnetismus eignet sich besonders gut, um den Schulern einen Zugang zu den naturwissenschaftlichen und technischen Themengebieten des Faches zu ermoglichen. Physi- kalische Zusammenhange konnen an diesem Thema bereits in Grundschulklassen gezeigt, verdeutlicht, erklart und vor allem erfahren werden. Die Schuler konnen auf diese Weise „an erste grundlegende Inhalte und Erkenntnisverfahren der verschiedenen Naturwissenschaften herangefuhrt [werden]“ (ebd., S. 12). Es ist wichtig, das Interesse der Schuler an technischen Funktionen und Wirkungsweisen zu wecken und zu fordern.

Magnetismus stellt im Bereich der Physik ein Themengebiet dar, welches in vielen Teilgebie- ten, z.B. im Generator und Elektromotor vorhanden ist. Es ist daher von grofier Bedeutung, den Schulern schon sehr fruh erste Einblicke in dieses Themengebiet zu ermoglichen.

3.2 Einordnung in das Kerncurriculum

Magnetismus wird in den Kompetenzbereichen „Technik“ und „Natur“ nicht explizit ange- sprochen. Betrachtet man jedoch die Kenntnisse und Fertigkeiten, die die Schuler in Klasse 1­4 erlangen sollen, wird schnell deutlich, dass man das Thema Magnetismus sinnvoll in den Sachunterricht einbeziehen kann. Im Bereich Technik sollen die Schuler bis zum Ende der Klasse 2 „Funktionsweisen erkunden und sachgerecht nutzen“ (ebd., S. 26). Diese Fertigkeit konnten die Schuler sehr gut am Beispiel Magnetismus erreichen. Am Ende der Klasse 4 sol­len die Schuler „bedeutsame technische Erfindungen und deren Weiterentwicklung beispiel- haft nachvollziehen“ (ebd., S. 26). Hierfur wurde sich z.B. der Kompass gut eignen. Die Kin­der konnten anhand der ersten Modelle und deren Weiterentwicklung den Aufbau, dessen Funktion und somit auch die Funktion eines Magneten allgemein verstehen und nachvollzie- hen. Eine weitere Kompetenz, uber die die Schuler bis zum Ende der Klasse 4 verfugen sol­len, ist das Kennen von alternative Formen der Energiegewinnung [...]“ (ebd., S. 26). In diesem Zusammenhang wird sehr wahrscheinlich auch die Windenergienutzung und somit die Gewinnung von Strom durch Windenergieanlagen erlautert. Die Stromerzeugung erfolgt uber einen Generator, der unter anderem aus mehreren elektrischen Spulen und einem Stabmagne- ten zusammengesetzt ist. Diese Thematik lasst sich wiederum sehr gut mit den Kompetenzen aus dem Bereich Natur am Ende der Klasse 4 „Kenntnisse uber Elektrizitat erwerben (Leitfa- higkeit, Schaltungen, Stromquellen, Stromerzeugung, [...])“(Kemcurriculum fur die Grund- schule Sachunterricht, S. 25) verbinden. Bei genauerem Betrachten der erwarteten Kompeten­zen, Kenntnissen und Fertigkeiten wird folglich sehr schnell deutlich, dass das Thema Magne- tismus sich sehr gut und wahrscheinlich auch ergiebig in den Sachunterricht einbinden lasst.

3.3 Gegenwartsbedeutung

Das physikalische Phanomen Magnetismus ist, wie bereits in der Sachanalyse kurz erwahnt, in vielen Bereichen der direkten Lebenswelt der Kinder vorhanden. Im Haushalt gibt es bei- spielsweise in der Kuche am Kuhlschrank Magnete zum Befestigen von Nachrichten und Einkaufszetteln. In einigen Kinderzimmern findet man magnetisches Spielzeug, wie z.B. magnetische Buchstaben, mit denen die Kinder Worte an die Heizung schreiben konnen, magnetische Geschicklichkeitsspiele, magnetische Bausysteme, Holzeisenbahnen, deren Waggons mit Magneten zusammen gehalten werden, oder auch ein Kompass, der fur Aben- teuerspiele eingesetzt wird. Auch in der Schule begegnen den Kindern Magnete. So werden z.B. an die Tafel oft Magnete zur Verdeutlichung von Aufgaben oder zum Befestigen von Plakaten oder Klassendiensten benutzt. Das Thema Magnetismus wird ebenfalls haufig im Kinderfernsehprogramm angesprochen oder bearbeitet. So bekommen Kinder oftmals einen ersten Eindruck uber die Wichtigkeit von Magneten. Einige Kinder erfahren auf diese Weise, dass Magnete nicht nur zum Befestigen von Gegenstanden, sondern auch in Elektrogeraten (z.B. im Toaster), zur Fortbewegung (Magnetschwebebahn) oder zur Stromgewinnung (Gene­rator; beispielsweise in einer Windenergieanlage) benutzt werden.

3.4 Zukunftsbedeutung

Da der Magnetismus eine der Grundkrafte der Physik ist und in vielen elektronischen Geraten und Apparaturen Anwendung findet, hat dieses Thema auch eine wichtige Zukunftsbedeutung fur die Kinder. Es ist zum einen wichtig, uberhaupt die physikalischen Grundgesetze unserer Erde zu kennen, um Verantwortungsbewusstsein, okologisches Bewusstsein und nicht zuletzt auch das Vertrauen in naturliche Gesetzmafiigkeiten und den eigenen Umgang damit zu er­langen. Es ist ein Teil menschlicher Emanzipation, sich die Naturgesetze zu erschliefien. Zum anderen sind grundlegende Kenntnisse uber Magneten in den hoheren Klassenstufen unab- dingbar, um im Physikunterricht mithalten zu konnen. Dieser wiederum ist ein wichtiger Bau- stein, um spater einen elektronischen oder elektrotechnischen Beruf zu ergreifen. Aber auch in anderen Berufssparten (naturwissenschaftlichen, medizinischen usw.) sind grundlegende Kenntnisse uber Magnetwirkung und Magnetfelder wichtig.

In hoheren Klassenstufen lasst insbesondere bei den Madchen das Interesse an naturwissen­schaftlichen Themen und dem Physikunterricht haufig nach. Das Interesse an diesem Thema sollte daher bei Madchen und Jungen gleichermafien fruh geweckt und erste Kenntnisse daru- ber vermittelt werden. Es ist ein wichtiges didaktisches Anliegen, sich diesem Thema bereits in einem Alter zu nahern, in dem die Kinder noch Freude am Entdecken haben und noch kei- ne geschlechtsspezifischen Praferenzen entwickelt haben. Somit lasst sich allgemein festhal- ten: Je fruher SchulerInnen mit dem naturwissenschaftlichen Phanomen Magnetismus kon- frontiert werden, desto besser vorbereitet und interessierter konnen sie dem Thema in hoheren Klassenstufen begegnen.

Zudem werden die bereits in der Gegenwartsbedeutung genannten Punkte Stromgewinnung und Fortbewegung in der Zukunft eine noch grofiere Rolle spielen. Fur die Stromgewinnung wird sehr intensiv an Alternativen zu Kohle- und Atomkraftwerken geforscht und gearbeitet, da der Rohstoff Kohle stark zuruck geht und die Energiegewinnung durch Atomkraft hohe Risiken fur Mensch und Natur mit sich bringt. Doch egal, welche Formen der Energieerzeu- gung und -wandlung in Zukunft entwickelt werden, hochstwahrscheinlich wird auch bei die- sen der Magnetismus im Einsatz von Generatoren eine wichtige Rolle spielen.

3.5 Exemplarische Bedeutung

Am Thema Magnetismus kann in der Grundschule exemplarisch fur jedes naturwissenschaft- liche Thema die Herangehensweise und die Auseinandersetzung mit diesen Themen bespro- chen werden. So konnen die Kinder beispielsweise an den Experimenten den genauen Ablauf (Vorbereitung, Versuchsaufbau, Vermutung, Durchfuhrung, Beobachtung und Begrundung) lernen und verinnerlichen. Auch die Anfertigung von Skizzen, Sachzeichnungen u. a. kann an diesem Thema exemplarisch geubt werden. Die wohl wichtigste exemplarische Bedeutung fur das Thema Magnetismus ist die Gleichsetzung eines Stabmagnetes mit der Erde. Die Schuler konnen auf diese Weise den Aufbau der Magnetfeldlinien um die Erde verstehen und aus die­sem Grund die Wirkungsweise eines Kompasses nachvollziehen.

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Titel: Anziehender Unterricht?! - Zur Eignung des Themas Magnetismus für den Grundschulunterricht