Die hier vorgestellte Unterrichtsidee ist in Anlehnung an das im Schneiderverlag Hohengehren erschienene Themenheft Nawi-Werft konzipiert und auf dem „Energy Summit” in Boston erstmalig veröffentlicht worden.
Gebraucht werden: Styroporplatten aus dem Baumarkt (2 cm stark), Folienmesser oder Styroporschneider, Heißkleber, spitze Schere, Wasserbecken (Selbstbauanleitung im Themenheft „Nawi-Werft“), leere PET-Flasche mit Verschluss, großer Trinkhalm, Zahnstocher oder Büroklammern, Messingröhrchen, Ø 4 mm, Alubecher eines Teelichts, Watte, Spiritus, Streichhölzer, dünne Holzbrettchen.
Aufgabenstellung:
Benutze die vorbereiteten Dinge und konstruiere ein Objekt, das sich von selbst auf einer Wasseroberfläche bewegen kann. Wenn du glaubst, eine Lösung zu haben …
sprichst du mit einer Klassenkameradin oder einem Klassenkameraden darüber und versuchst ihn oder sie zu überzeugen, das Projekt durch Zusammenarbeit zu realisieren.
Wenn ihr fertig seid, macht ihr ein Foto mit dem Handy oder einer Kamera und druckt es aus. Sprecht miteinander darüber und versucht zu erklären, woher die Energie stammt und wie die Bewegung zustande kommt. Schreibt eure Gedanken auf und beschriftet das Foto, damit alle Einzelheiten gut verstanden werden können.
Die den Lernenden bereitgestellten Materialien:
Lernhilfen:
Stufe 1:
Die Teile kenntlich machen, die zusammengehören. In der folgenden Zeichnung sind diese Teile zusammengestellt:
Das aus diesen Teilen zu konstruierende Boot nutzt chemische Energie zum Antrieb.
Die übrigen den Lernenden bereitgestellten Teile gehören zu einem weiteren Boot, das Lageenergie als Antrieb nutzbar macht. Hier die Zusammenstellung:
Ist Ihnen klar, wie die Teile verwendet werden sollen? Näheres zur Konstruktion finden Sie im Themenheft „Nawi Werft“, das im Schneiderverlag angeboten und unter www.paedagogik.de bezogen werden kann.
Stufe 2:
Lösungshinweise geben in Textform. Hier ein Beispiel, das sich auf das erste Boot bezieht:
Das Messingröhrchen sollte mit einem solchen Winkel an das Ende der Form geklebt werden, dass der Aluminiumbecher mit der getränkten Watte unter dem gedrehten Teil des Röhrchens platziert werden kann. Stellt sicher, dass die Enden des Röhrchens beim Schwimmen in das Wasser eintauchen. Man muss Wasser in das Röhrchen saugen, bevor der Alu-Becher mit der brennenden Watte unter das Röhrchen gestellt wird.
Der Text muss nicht im vollen Umfang genutzt werden. Teile daraus mündlich gegeben genügen oft als Hinweis, um die Lernenden auf die richtige Fährte zu bringen. Ziel ist, die Eigenarbeit möglichst hoch zu halten.
Stufe 3:
Teilskizzen geben wie diese:
oder die folgende:
Skizzen werden von den Lernenden leichter verstanden. Aber auch hier gilt, mit den Hinweisen sparsam umzugehen. Immer genau überlegen, wie viel Hilfestellung tatsächlich benötigt wird. Also möglicherweise nur Teile der Abbildungen nutzen oder kurze mündliche Hinweise geben. Eine Person braucht mehr, eine andere weniger Hilfen, um zur Lösung zu finden.
Stufe 4:
Nur wenn nichts anderes mehr hilft, die Lösung zum Nachbau freigeben:
Bewertung:
Entsprechend der Aufgabenstellung sollten die Leistungen der Schülerinnen und Schüler an ihren Ausarbeitungen gemessen werden, also beispielsweise an der Sorgfalt bei der Konstruktion des Bootes, der Klarheit beim Beschriften der Abbildung und der Qualität ihrer Ausführungen. Hier ein Beispiel:
Die Energie ist im Spiritus und im Sauerstoff der Umgebungsluft. Wenn man die Baumwolle mit Spiritus tränkt, verdunstet er. Die Energie dafür kommt von der Wärme der umgebenden Luft. Der Spiritus-Dampf kann leicht entzündet werden. Ein Funke genügte (, aber wir benutzten ein Streichholz.) In der Flamme verbindet sich der Spiritus mit dem Sauerstoff. Diese Reaktion erzeugt eine große Menge Energie. Diese Energie erhitzt das Röhrchen und danach das Wasser darin. Wenn 100 Grad Celsius erreicht sind, verdampft das Wasser schlagartig. Der Dampf benötigt viel Platz und stößt das restliche Wasser aus dem Röhrchen. Hitze verwandelt sich in Bewegungsenergie. Das Wasser schießt aus dem Röhrchen hinaus und schiebt das Boot in die entgegengesetzte Richtung. In dem Röhrchen entsteht ein Unterdruck. Weil beide Enden des Röhrchens unter Wasser sind, füllt es sich von selbst wieder. Der Prozess wiederholt sich. Man kann beobachten, dass sich das Boot ruckartig vorwärts bewegt.
Zeichnung und erklärender Text stammen nicht aus Schülerhand. Er sollte nicht zum Maßstab erhoben werden.