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Atommodelle von Demokrit/Leukipp bis Bohr - Wie entstand das Schalenmodell?

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Lesson plan + tasks
Physics

University, School

Landesinstitut Hamburg

Grade, Teacher, Year

1,0 - Herr Krietemeyer

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ATOMMODELLE Von Rutherford und Bohr – Kurzes Referat Inhalt Die ersten Ideen Das Rutherfordsche Atommodell Das Bohrsche Atommodell Die ersten Ideen Leukipp und Demokrit bemerkten schon im 5. Jahrhundert vor Christus das jede Materie aus winzigen Teilchen besteht. Sie nannten diese Atome. Nach ihrer Meinung sind Atome unteilbar und haben die verschiedensten Formen. Damals hörte aber niemand auf sie und so wurde diese Hypothese als absurd abgestempelt und im 15. Jh. sogar verboten. Erst als Pierre GASSENDIS sagte, dass Atome sich…
Atommodelle der Chemie: von Demokrit zu den Orbitalen 1. Atommodelle Demokrit: Es existieren verschiedenarti­ge unteilbare Teilchen, die unterschiedlich kombiniert die bekannten Substanzen bilden Dalton: Es existieren kleinste, nicht weiter teilbaren Teilchen aus, die sich je nach Element in ihrer Masse unterscheiden, in bestimmten Anzahlverhältni­ss­en (je nach Art des Stoffes) miteinander verknüpft sind und sich bei chemischen Reaktionen nur umordnen. Rutherfort: Es existiert ein Atom und es besteht aus einem positiv…

Unterrichtsentwurf

für die 1. unterrichtspraktische Prüfung

zur Zweiten Staatsprüfung für das Lehramt LAGym

im Unterrichtsfach Physik

Lehrkraft im Vorbereitungsdienst:

Telefonnummer: 0172 - 6304842

Hauptseminarleitung: Herr Fröhlich

Fachseminarleitung: Herr Krietemeyer

Schule: Goethe Gymnasium

Schuladresse: Rispenweg 28, 25

Telefonnummer der Schule: 040 – 609026 - 0

Datum: 03.03.2016

Uhrzeit: von 10:45 Uhr bis 11:30 Uhr

Klasse/Kurs: 10c

Raum: F101 (Physik 1 – Fachtrakt)

Mitglieder der Prüfungskommission:

Vorsitz: Herr Dr. Schulze

Schulleitung: Frau Strüwe-Voß

Fachseminarleitung: Herr Krietemeyer

Gast : Herr Onken (Mentor)

Themenbereich der unterrichtspraktischen Prüfung: Entwicklung der Atommodelle von Leukipp/Demokrit bis Bohr

Themenbereich der Unterrichtseinheit/des Lernfeldes: Atom- und Kernphysik / Aufbau der

Materie

1. Angaben zur Lerngruppe inkl. Lernstand

Bei der Lerngruppe handelt es sich um eine 10. Klasse, welche ich bereits seit dem 2. Halbjahr in Klasse 9 (also seit Februar 2015) in Physik unterrichte. Sie besteht aus 28 SuS: 12 Schülerinnen und 16 Schülern. Trotz der großen Gruppenstärke herrscht zuweilen eine gute Lernatmosphäre in der Klasse und Störungen können schnell und ohne großen Aufwand behoben werden.

Deutlich leistungsstärker als seine Klassenkameraden ist Abdullah. Zu der weiteren Leistungsspitze der Klasse gehören Gözde, Maria, Maja und Wiki, die oft durch gute Unterrichtsbeiträge auffallen. Dagegen gehören Sabrina, Selin, Filip, Furkan, Maurice und Julian zu den leistungsschwächsten SuS, die sich auch eher seltener aktiv am Unterrichtsgeschehen beteiligen.

Insgesamt ist der Großteil der Klasse dennoch motiviert und engagiert im Physikunterricht. Gerade beim Beginn eines neuen Themas versuchen sich die leistungsschwächeren SuS aktiver einzubringen – was möglichst durch die Lehrkraft positiv verstärkt wird. Die Ermutigung der SuS zum aktiven Handeln und Mitdenken steht insgesamt im Vordergrund. Besonders auffällig ist, dass die Klasse gern und auch sehr gut in Gruppen (auch gemischten) arbeitet.

Dabei teilen sich die SuS gern selbstständig ein, womit bisher nur gute Erfahrungen in dieser Klasse gemacht worden sind. Die Arbeitshaltung innerhalb der Gruppen war dabei stets als außerordentlich gut einzuschätzen.

Eine ebenfalls gute Erfahrung konnte ich in dieser Gruppe mit Aufgaben machen, die darauf abzielten, den eigenen Klassenkameraden etwas zu erklären / sie anzuleiten. Der gute soziale Zusammenhalt der Klasse trägt hier stark zu einer entspannten und respektvollen Lernatmosphäre bei.


2. Thema der Unterrichtseinheit und der Stunde

  • Thema der Unterrichtseinheit: „Was die Welt im Innersten zusammenhält – Aufbau der Materie“.

  • Thema der Stunde: „Atommodelle – von Leukipp/Demokrit bis Bohr“.

  • Leitfrage: „Wie kam es eigentlich zu dem von uns heute verwendeten Schalenmodell?“

3. Einbettung der Stunde in die Gesamtplanung

3.1. Rückblick

Datum

Thema der Stunde

18.02.

24.02.

Anwendung der glm. beschl. Bewegung im Straßenverkehr (Anhalteweg, Reaktionszeiten, Sicherheitsabstand) | Abschlussstunden Mechanik

25.02.

Einführung Atom- und Kernphysik | Reaktivierung des Wissens zum Atombau aus der Chemie – das Schalenmodell

diese Stunde

Einführung Atom- und Kernphysik | Wie kam es eigentlich zu dem von uns heute verwendeten Schalenmodell? Atommodelle von Leukipp/Demokrit bis Bohr

3.2. Fachliche Lernvoraussetzungen

  • Die SuS kennen das Schalenmodell des Atombaus. (KB Fachwissen)

  • Die SuS können Informationen aus Texten entnehmen, ihre Ergebnisse dokumentieren und adressatengerecht präsentieren. (KB Kommunikation)

  • Die SuS können ihre Arbeitsergebnisse und Sachverhalte unter physikalischen Gesichtspunkten diskut.....[read full text]

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Im Folgenden wird den SuS per Lehrervortrag ein kurzer Überblick über die geschichtliche Einordnung dieses Modells gegeben. Den SuS wird bewusst gemacht an welcher Stelle sich ihre Aktuelle Atomvorstellung (Schalenmodell) einzuordnen ist, worum es in der heutigen Stunde gehen wird (Entwicklung bis zu diesem Modell) und welche Inhalte in den folgenden Stunden Thema sein wird (moderne Atomvorstellungen).

Dabei wird den SuS neben der ersten allgemeinen Einordnung der eigenen Atomvorstellung in der Geschichte, auch die Stellung des Stundenthemas innerhalb der Unterrichtseinheit vermittelt. Das Lernziel (in Form der Leitfrage), sowie der organisatorische Ablauf der Stunde wird den SuS genannt und an die Tafel geschrieben, sodass den SuS jederzeit bewusst ist, in welcher Phase auf dem Weg zur Klärung der Stundenfrage sie sich momentan befinden.

In der Erarbeitungsphase sollen die SuS in verschiedenen Gruppen zu den einzelnen Atommodellen arbeiten. Da die Einteilung der SuS in Gruppen bisher immer reibungslos verlaufen ist und sich die SuS zumeist selbstständig heterogenen Lerngruppen bilden, bleibt ihnen die eigenständige Gruppenwahl erhalten. Damit wird es den SuS ermöglicht, zumindest einen Teilaspekt des Lerngegenstands selbst zu wählen.

Die SuS lesen ausgewählte Texte, die sowohl das jeweilige Atommodell kurz umreißen, als auch über „Modelle in der Physik“ (Sander, 2011) informieren.

Additiv: Für schnelle Gruppen stehen differenzierte Aufgaben zum Atombau bereit, die sie zu diesem Zeitpunkt bereits teilweise durch gelernte Inhalte aus Chemie, aber auch aus der letzten Physikstunde beantworten können. Dazu erhalten die SuS eine Checkliste, auf der sie festhalten können, auf welchem Niveau sie die einzelnen Fragen beantworten konnten, sowie Lösungskarten für die Minimalniveaustufe (Teilaufgabe a).

Dies dient der Förderung der Selbsteinschätzung der Schüler, aber auch der Überprüfung der Erreichung der angestrebten Lernziele im größeren Kontext der Einheit. Diese Aufgaben werden nach den Ferien weitergeführt und sind in dieser Stunde nicht als zentral anzusehen.

Die SuS stellen im Anschluss an die Gruppenphase ihre Ergebnisse in Form von Kurzpräsentationen (Vortrag und Poster) bei einem Museumsgang entlang eines Zeitstrahls (von L im Raum vorbereitet) vor. Es entsteht eine hohe Verbindlichkeit, da jede Gruppe präsentieren muss. Um den SuS die Modelle jedoch nicht nur durch „trockene Theorie“ näher zu bringen, sondern sie auch ein Stück weit „erlebbar“ zu machen, sollen die Gruppen die jeweilige Atomvorstellung durch eine kleine Gruppenübung verdeutlichen (Kramer, 2011).

Dies steigert die Schüleraktivierung und kann zu einer langfristigeren Verankerung des Gelernten beitragen. Der Museumsgang eignet sich hier besonders, um die geschichtliche Entwicklung „spürbar“ zu machen. Die Übergänge zum nächsten Modell (zum nächsten Museumspunkt) sollen den SuS bewusst gemacht werden: wo lagen die Grenzen des vorherigen Modells und was ist explizit am nächsten Modell neu und ggf. besser?

Die SuS erhalten zudem einen Laufzettel, auf dem sie die wichtigsten Fakten zu den jeweiligen Modellen, aber auch zusätzliche Informationen festhalten können. So werden Ergebnisse zwischengesichert und die SuS auch während der Vorträge aktiviert.

Insgesamt werden durch diese Methoden sowohl visuelle (durch: Texte, Poster & Laufzettel), als auch auditive (durch: Vorträge), aber auch kommunikative (durch: Gruppenarbeit, SuS erklären sich gegenseitig) und nicht zuletzt motorische (durch: theaterdidaktisches Nachempfinden.....

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  • Die SuS können weitere Beispiele für Modelle in der Physik nennen. (KB Fachwissen/ KB Erkenntnisgewinnung)

    7. Kommentierter Verlaufsplan

    Zeit

    Phase

    Arbeits-form

    Geplante Lehreraktivität

    Erwartete Schüleraktivität

    Material/ Medien

    Anmerkungen/ Alternativen

    10:00 – 10:03

    B


    • stellt Stundenablauf vor

    • lässt SuS für Stundennote auswürfeln**

    • hören zu

    • stellen ggf. Fragen zum Ablauf

    • würfeln

    Würfel, Tafel


    10:03– 10:10

    E

    LV

    • knüpft an vorige Stunde an : kurzer informierender Einstieg zur Thematik

    • stellt Organisation der Stunde vor

    • hören zu

    • stellen ggf. Fragen

    • teilen sich in Gruppen auf (4 x 6 SuS + 1 x 5 SuS)

    Power Point

    Tafel

    Ein SuS in dieser Stunde mehr (aus Kl. 11), insg. 29 SuS, in jedem Fall 5 Gruppen

    10:10- 10:40

    EA

    GA

    • gibt ggf. Hilfestellung

    • erklärt ggf. die theaterdidaktische Darstellung der einzelnen Modelle

    • lesen Text zum jeweiligen Atommodell und zu Modellen in der Physik allgemein

    • erarbeiten sich die theaterdidaktische Darstellung des Modells

    • erarbeiten eine Präsentation inkl. Poster

    Arbeitsblätter

    PSE, Poster

    Hilfekarten

    ** schnelle Gruppen bearbeiten das Aufgabenblatt „Aufgaben zu Atommodellen

    10:45– 11:15

    VA & ZS

    SV, Museumsgang

    • moderiert als „Museumsführer“ durch die einzelnen Stationen

    • Gruppen stellen ihre Ergebnisse vor (3-5‘ pro Gruppe)

    • füllen den Laufzettel aus, stellen Fragen, hören zu, betrachten und bewerten ggf. die Poster/Handouts

    Poster, Zeitstrahl mit Namen und Bilder der Wissenschaftler

    L hängt Zeitstrahl vorher im Raum auf (Galerie)


    11:15-11:20

    A


    • leistet ggf. Hilfestellung

    • SuS bearbeiten Aufgaben zum Thema „Modelle in der Physik“


    Alternativ: Reflexion vorziehen

    11:20– 11:25

    S

    P

    • lässt SuS Antworten vorlesen und kommentieren

    • lesen ihre Antworten vor

    • bewerten Antworten


    (ggf. nächste Stunde)

    11:25– 11:30

    Ab-schluss

    EA/P

    • stellt Reflexionsauftrag „Das habe ich heute gelernt/das will ich mir merken.,,“

    • Diese Frage(n) ist/sind für mich offen geblieben …“


    • lässt „Das will ich mir merken…“ vorlesen

    • sammelt ggf. Fragen ein

    • notieren ihre Merksätze/ Fragen auf Karten

    • Je nach Zeit lesen einige SuS ihre Ergebnisse vor

    • geben Fragen ggf. an L ab

    Grüne und gelbe Karten

    Alternativen:

    I: SuS geben Geschriebenes ab

    II (sehr wenig Zeit): Kurzreflexion über Blitzlicht

    ** Zu Beginn werden mit Hilfe eines 30 seitigen Würfels durch die SuS zwei Personen ausgewürfelt, die für diese Stunde eine mündliche Note erhalten. Dabei ist den SuS nicht bekannt, welche Nummer hinter welcher Person steht (ritualisiert).

    Anhang

    Sitzplan

    Arbeitsblätter*

    Erwarte Schülerergebnisse

    Literaturverzeichnis


    *Quelle der Bilder: (Leitner & Finckh, 2001), Quelle der Texte in Anlehnung an: (Bronner, 2005), (Sander, 2011) (Balchin, 2005) und (Kramer, 2011)

    Sitzplan


    Gruppenarbeit zum Thema „Atommodelle“

    Aufgabe:

    1. Lies den Text zum Atommodell.

    2. Notiere dir die wichtigsten Merkmale des Atommodells.

  • Lies den Text „Modelle in der Physik“.

  • Bewerte das von dir bearbeitete Atommodell: Welche Vor- und Nachteile bietet es?

  • Erstelle eine kurze Präsentation inkl. Poster, in der das Atommodell vorgestellt wird.


    Folgende Punkte sollten in der Präsentation enthalten sein:

    • Name des Modells

    • Jahr und Physiker

    • Wichtigste Merkmale der Atomvorstellung inkl. bildlicher Darstellung

    • Gruppenübung zur Darstellung des Atommodells

    • .....

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  • Welche Elementgruppe benötigt die höchste Ionisierungsenergie, welche Gruppe die niedrigste und warum?

  • Wie viele Elektronen müsste Natrium abgeben, um in eine stabile Edelgaskonfiguration überzugehen? Welchem Element entspricht diese Konfiguration dann?


    1. Der Kern-Hülle-Aufbau der Atome

    1. Nenne den Versuch, der zur Entdeckung des Kern-Hülle Aufbaus führte. Von wem wurde er wann durchgeführt?

    2. Beschreibe kurz die Durchführung des Experiments.

    3. Erkläre, welche Schlussfolgerung aus diesem Experiment gezogen werden konnten.


    1. Der Schalenaufbau der Atomhülle

    1. Welcher Wissenschaftler postulierte wann das Schalenmodell eines Atoms?

    2. Beschreibe den grundlegenden Aufbau eines Atoms laut Schalenmodell!

    3. Skizziere den Aufbau des Stickstoff-Atoms (Schalenmodell)!


    Checkliste „Aufgaben zu Atommodellen“

    • Kreuze an, auf welchem Niveau du die Aufgaben beantworten konntest.

    Aufgabe

    A*

    B**

    C***

    Das Größenverhältnis zwischen Atomkern und Atomhülle




    Die Ionisierung von Atomen




    Der Kern-Hülle Aufbau der Atome




    Der Schalenaufbau der Atomhülle




    Lösungskarten


    1. Das Größenverhältnis zwischen Atomkern und Atomhülle

    1. Benenne das Größenverhältnis von Atomkerndurchmesser zu Atomhüllendurchmesser (Zahl).


    • Der Atomhüllendurchmesser ist etwa 100.000mal größer als der Atomkerndurchmesser


    1. Die Ionisation von Atomen

    1. Was versteht man allgemein unter der Ionisation eines Atoms?


    • Als Ionisation bezeichnet man alle Vorgänge, bei denen aus neutralen Atomen Elektronen herausgelöst und dauerhaft aus der Atomhülle entfernt werden.


    1. Der Kern-Hülle-Aufbau d.....

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    Chancen von Modellen

    Modelle können…

    • komplizierte Dinge veranschaulichen. So kann das Konzept von „Azimut und Höhe“ (Azimut = Horizontalwinkel) in der Astronomie oft besser mit Hilfe eines gegenständlichen Modells verstanden werden (z.B. verkleinertes Modell der Erdkugel mit aufgesetztem Messgerät).

  • auf Basis der Modellannahmen Aussagen über die (vermutliche) Entwicklung der Realität treffen und haben somit eine Vorraussagekraft für zukünftige Ereignisse. Dieses macht sie für die moderne (Natur-)Wissenschaft geradezu unverzichtbar.

  • komplizierte Dinge vereinfachen. In der Physik ist beispielsweise das Modell des Massepunktes in vielen Situationen sehr einfach einsetzbar und bietet ein großes Erklärungspotential. Es versagt allerdings bei komplizierteren Bewegungen wie Rotationen.

    Gefahren von Modellen

    Modelle können aber auch…

    • dazu verführen, z.B. makroskopische Eigenschaften wie Farbe, Geschmack, … auf mikroskopische Teilchen wie Atome oder Moleküle zu übertragen. Dies führt zu falschen Schlüssen über die mikroskopische Welt. Allgemein gesprochen besteht also die Gefahr, Realität und Modell miteinander zu vermengen
      und so falsche Schlüsse über die Realität selbst zu ziehen.

    • unsachgemäß vereinfachen
      und so zu falschen Schlussfolgerungen führen.

    • dazu führen, dass Modell und Realität miteinander verwechselt werden. Atome sind beispielsweise keinesfalls „kleine runde Bälle“, Lichtstrahlen wird nie jemand sichtbar machen können. Genauso wenig werden wir jemals magnetische Felder „sehen“ können. Alle diese Dinge sind Modelle und beschreiben einen Ausschnitt der Realität. Nicht mehr, aber auch nicht weniger.

    Leukipp/Demokrit Dalton Thomson Rutherford Bohr

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    Darstellung des Modells durch die Klasse:

    Die Idee kleinster Teilchen: Die Klasse geht zunächst ganz eng zusammen. Nun wird die Gruppe halbiert. Danach wird die restliche Gruppe nochmals halbiert, dann nochmal usw. – bis nur noch einzelne Schüler/innen übrig bleiben: Atome. B

    Ein einzelner Schüler stellt das Atom dar. Es lässt sich nicht weiter teilen (unteilbar), da es sonst zerstört werden würde.

    Leukipp/Demokrit Dalton Thomson Rutherford Bohr

    John Dalton (1766 – 1844) war ein englischer Chemiker, der sich schon zu Beginn des 19. Jahrhunderts eine Atomvorstellung aufgrund von Experimenten entwickelte. Naturwissenschaftler haben schon seit jeher große Probleme sich die kleinsten Teilchen vorzustellen, da an diese bis heute noch mit keinem Mikroskop der Welt sichtbar machen kann.

    Im Jahre 1803 entdeckte John Dalton die Atome neu. Er hatte beim Experimentieren beobachtet, dass sich chemische Reaktionen immer nur in bestimmten Mengenverhältnissen abspielen. John Dalton stellte ein Atommodell auf, das sich in vier Kernaussagen zusammenfassen lässt:

    1. Jedes Element besteht aus kleinsten, nicht weiter teilbaren Teilchen, den Atomen (kugelrund).

    2. Alle Atome eines Elements haben die gleiche Größe und die gleiche Masse. Alle Reinstoffe, die nur aus einer Atomsorte bestehen, nennt man Elemente. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrer Masse. Damit gibt es genau so viele Atome wie es Elemente gibt.

    3. Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Vorgänge weder vernicht.....

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