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Stundenentwurf mit Arbeitsaufgaben

Das stabile Dreieck - Fach­werks­bauten - Unter­richts­ent­wurf 4. Klasse

1.449 Wörter / ~11 Seiten sternsternsternsternstern Autorin Antonia H. im Sep. 2017
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Dokumenttyp

Stundenentwurf
Pädagogik

Universität, Schule

Universität Hildesheim

Note, Lehrer, Jahr

Frau Blank, 2017

Autor / Copyright
Antonia H. ©
Metadaten
Format: pdf
Größe: 1.29 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternsternstern
ID# 67595








Unterrichtsentwurf

 

Klasse:

4a

Unterrichtsfach:

Sachunterricht

Thema der Unterrichtseinheit:

Fachwerkhäuser

Thema der Unterrichtsstunde:

Das stabile Dreieck

 

 

Ziele

Hauptziel:
SuS sollen lernen, dass das Dreieck die stabilste geometrische Form ist. Sie sollen zwischen stabil und beweglich/instabil unterscheiden können. Insgesamt sollen sie Dreiecke als wichtige Konstruktionselemente beibehalten, die verschiedenen Baukonstruktionen Stabilität verleihen.

 

Teilziele:

-          SuS sollen erkennen, dass das stabile Dreieck ihnen oft im Alltag begegnet (z.B. Fahrrad)

-          Kinder sollen angeregt werden, ihre Umgebung bewusster wahrzunehmen und mit einem „statischen“ Blick zu betrachten

-          SuS sollen erkennen, dass Papier eine stabile Struktur bekommt und somit Gewicht tragen kann, wenn sie es ziehharmonikaartig falten (Versuch 1)

-          SuS sollen lernen, dass sich durch das gebildete Dreieck aus Holzstäben, das Gewicht gut auf die verschiedenen Teile (Gläser) der Brücke verteilt (Versuch 2)

-          SuS sollen durch die unterschiedlichen Versuche ihre Feinmotorik weiter ausbauen
(Versuch 2)

-          SuS sollen geometrische Formen auf Stabilität prüfen (Versuch 3)

-          SuS sollen erkennen, dass durch Diagonalverstrebung zwei Dreiecke entstehen und es somit stabil wird

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sachanalyse

Ein Dreieck ist immer stabil, man kann es nicht verformen, ohne die Seiten zu verbiegen. Wenn man ein Dreieck aus drei Streichhölzern legt, erhält man immer dieselbe Form. Legt man vier Streichhölzer zu einem Viereck zusammen, so gibt es unendlich viele verschiedene Möglichkeiten. Diesen Umstand nutzt die Technik. Beispielsweise an Fahrrädern, an Brücken oder in einem Dachgebälk finden sich oft Dreiecke, denn diese sind absolut stabil. Ein Fahrrad oder eine Brücke klappen nicht in sich zusammen, wenn sie auf Dreiecken aufgebaut sind. Ein Dachgebälk aus Dreiecken ist ebenso sehr tragfähig und kann sich nicht verbiegen. (vgl. )

In Bezug auf das Fachwerk war mittelalterlichen Baumeistern schnell klar, dass Fachwerk sich verschieben würden, wenn es keinen diagonalen Balken gibt.  Wenn man Fachwerkhäuser betrachtet, sieht man das sie immer Balken, durch die Dreiecke entstehen, besitzen. Regale werden gleichermaßen oft dadurch stabilisiert, dass eine Latte oder Stange in der Diagonalen angeschraubt wird. So werden Regale ohne Rückwand winkelstabil. (vgl. )

Um zu einer umfassenderen Erläuterung zu kommen, muss man das Prinzip der Stabilität durch Aussteifung genauer betrachten. Eine Möglichkeit, eine ebene Fläche auszusteifen, besteht durch die Bildung von Dreiecken im Sinne von dreiecksförmigen Aussteifungsverbänden. Jedes Dreieck besteht aus drei geraden Linien und drei Ecken. In der Mathematik ist das Dreieck die einfachste geradlinig begrenzte Fläche. Von Flächen spricht man, wenn eine ebene geometrische Figur allseitig geschlossen ist. Auch das einfachste Fachwerk bildet aus drei Stäben und drei Knoten ein Dreieck. In den Knoten, den Verbindungsstellen, sind die Stäbe gelenkig miteinander verbunden. Das einfachste Fachwerk basiert auf der statischen Grundannahme, dass sich ein Dreieck bei Belastung nicht verwindet oder verformt. Bei den Kräften die auf Gegenstände einwirken wird zwischen äußeren und inneren Kräften unterschieden. Äußere Kräfte wirken von außen, z.B. auf ein Gebäude ein. Zu ihnen gehören die vertikalen und horizontalen Aktions- und Reaktionskräfte sowie Drehmomente. Innere Kräfte und Biegemomente werden durch äußere Kräfte und Drehmomente hervorgerufen. Aus den inneren Kräften lassen sich Rückschlüsse auf die Spannung um Tragteil ziehen. Bei unserem Thema sind die angreifende Kraft (Aktionskraft) und der Verlauf der inneren Kräfte wichtig, was sich auf Druck- und Zugkräfte beschränkt. 

Wenn eine Kraft von oben auf die Spitze eines Dreiecks, den gelenkigen Knoten, wirkt, entsteht in den beiden schrägen Stäben, Druckkräfte und im unteren horizontalen Stab Zugkräfte. Bei einer horizontal von links auf die Spitze des Dreiecks wirkenden Kraft, entsteht im rechten Schrägen Stab eine Druckkraft und im linken schrägen Stab eine Zugkraft. Bei beiden Krafteinwirkungen kommt es zu keiner sichtbaren Verformung des Dreiecks. Die Struktur bleibt stabil.

Wirken auf ein Quadrat, das nicht durch eine Diagonale ausgesteift ist, zwei vertikale Kräfte von oben auf die gelenkigen Knoten, so entstehen in den beiden vertikalen Stäben Druckkräfte. Bei einer horizontal angreifenden Kraft auf die linke obere Ecke, den gelenkigen Knoten, verformt sich das Quadrat erheblich. Die Struktur wird offenbar instabil bzw. beweglich.

Bei einem mit einem Diagonalstab ausgesteiften Quadrat ist der Kräfteverlauf bei zwei angreifenden vertikalen Kräften von oben wie in dem Quadrat, das nicht ausgesteift ist. Die vertikalen Stäbe nehmen die Druckkräfte auf. Bei der horizontal angreifenden Kraft auf die linke obere Ecke, entstehen im oberen horizontalen Stab Druckkräfte und im Diagonalstab Zugkräfte. Da durch den Diagonalstab das Quadrat in zwei Dreiecke unterteilt wird, bleibt die Struktur ebenso wie bei der Krafteinwirkung auf ein einzelnes Dreieck stabil.

(vgl.

 

 

Didaktische Analyse

Bei der Unterrichtsstunde am 12.05 im Fach Sachunterricht ist das Thema, sowie der Bildungsinhalt, das stabile Dreieck. Um das den Kindern anschaulich und verständlich näher zu bringen, führen die SuS Versuche dazu aus. Der Bildungswert, der in dem Bildungsinhalt steckt, beschreibt das was die Kinder nach der Unterrichtsstunde behalten sollen. Unser Ziel ist es, dass die SuS Dreiecke als wichtige Konstruktionselemente beibehalten, die verschiedenen Baukonstruktionen Stabilität verleihen. Nun werden vier der fünf Grundfragen nach Klafki, anhand unseres Themas, beantwortet.
Die exemplarische Bedeutung des Inhaltes, also wofür das stabile Dreieck repräsentativ, typisch ist, sind nahlegende, bekannte Dinge in der Umgebung der Kinder, auf die sie oft im Alltag treffen
(
à Bezug zur Gegenwartsbedeutung), wie zum Beispiel das Fachwerkhaus, Fahrrad, Fachwerkbrücken, Strommäste und Regale.
Bei der Gegenwartsbedeutung gehen wir davon aus, dass ein Teil der Kinder den Begriff Fachwerkhäuser kennt und zuordnen kann, aber noch kein Vorwissen über das stabile Dreieck besitzt. (Möglicherweise besucht Herr Mauermann mit den SchülerInnen vorab die Keßlerstraße, wodurch die Kinder Vorwissen erlangen könnten.) Zugang zu dem Thema erlangen die Kinder durch die gezeigten Bilder am Anfang der Unterrichtsstunde (Fahrrad, Fachwerkhaus, -brücke und Strommast), da vor allem das Fahrrad ein alltäglicher Gegenstand für die Kinder ist und es in der Lebenswelt der Kinder liegt. Dadurch spielt es auch im außerschulischen Leben der Kinder eine Rolle. Auch in Bezug zur Keßlerstraße, die möglicherweise ein Teil der Kinder schon kennt, oder spätestens nach der Besichtigung mit Herr Mauermann. Die Kinder wissen danach das Fachwerkhäuser in ihrer nahen Umgebung liegen und in der Unterrichtstunde sollen sie etwas über die Stabilität erfahren. Nach der Stunde sollen die Kinder ihre Umgebung bewusster wahrnehmen und mit einem „statischen“ Blick betrachten.  Was jedoch das Fahrrad mit dem stabilen Dreieck zu tun hat, wird den Kindern noch fremd sein.  
In Hinblick auf die Zukunftsbedeutung des Inhaltes für die SuS kann man sagen, dass bei künftigen Baumaßnahmen Wissen über die stabile geometrische Form, das Dreieck, vorhanden ist und sie ihr Wissen umsetzen können, wie beispielsweise bei  dem Regalaufbau (wenn es instabil ist, kann man es stabilisieren durch das Einfügen einer Diagonalstrebe). Darüber hinaus stellen kleine Teile Elemente der Allgemeinbildung dar, jedoch tiefgründigeres Wissen nur im Sinne eines verfrühten Vorgriffes auf eine spezielle Ausbildung.
Nun kommen wir zu der thematischen Strukturierung.  
Der Inhalt steht mit Mathematik im Zusammenhang, sachlich müssen geometrische Formen vorausgegangen sein. Außerdem gibt es begriffliche Voraussetzungen, wie stabil, instabil, beweglich und geometrische Formen.

Methodische Vorüberlegungen

1.       Situation: Einstieg in das Stundenthema
Möglichkeiten:
- Lehrervortrag
- Schülervortrag
- stummer Impuls
Wir haben uns für den stummen Impuls entschieden, da sich dies gut eignet für den Einstieg in eine neue Unterrichtsstunde. Dadurch wollen wir das Interesse der SuS wecken und die Motivation erhöhen. Außerdem können die SuS ggf. Vorwissen zu dem Thema miteinbringen.
Der Lehrer kann durch Stichworte oder Leitfragen die Situation beeinflussen, falls die SuS nicht auf den stummen Impuls reagieren. Im Gegensatz zum Lehrervortrag werden die SuS dazu aufgefordert sich selbst Gedanken zu machen.
Wir haben uns nicht für einen Schülervortrag entschieden, da eine vorherige Absprache mit den SuS nicht möglich war.

 

 

 

2.       Situation: Erarbeitung des Stundenthemas durch die Sozialform Gruppenarbeit.
Möglichkeiten:
- Gruppenarbeit
- Einzelarbeit
- Partnerarbeit
- Frontalunterricht
In der Unterrichtsstunde wollen wir eine methodische Vielfalt erreichen, um die Aufmerksamkeit der SuS aufrecht zu erhalten. Wir beginnen und beenden den Unterricht im Plenum und die Erarbeitung des Unterrichtsthemas erfolgt in Gruppenarbeit. Alle SuS bekommen die Chance aktiv mitzuarbeiten. Durch die Gruppenarbeit können sich die SuS gegenseitig helfen und Impulse geben, weshalb wir uns nicht für Einzelarbeit oder Frontalunterricht entschieden haben. Partnerarbeit haben wir ebenfalls ausgeschlossen, da wir in Gruppenarbeit weniger Gruppen haben als in Partnerarbeit und so den einzelnen Gruppen mehr Hilfestellung leisten können. Insgesamt fördert Gruppenarbeit die soziale und kommunikative Kompetenz sowie die Motivation der SuS.  

 

Arbeitsmaterialien

1.      Tafelbild:

 

   


 

2.      Versuche:

Versuch 1:

 

Arbeitsauftrag:
Versucht mithilfe der Materialien (2 Schuhkartons,
1 Gewicht, 3 Blätter DinA4) eine stabile Brücke zwischen den beiden Schuhkartons zu bauen.
Ob eure Brücke wirklich stabil ist, könnt ihr prüfen, indem jemand das Gewicht oben drauf stellt.

 

 

Versuch 2:

 

 

 

 

 

 

Arbeitsauftrag:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Versuch 3:

Arbeitsauftrag:
Versucht mithilfe der Materialien (Pappstreifen, Musterklammern) stabile verschiedene geometrische Formen zu stecken.
Was passiert, wenn ihr die Modelle aufrecht auf den Tisch stellt und dann gegen die linke Seite (oben) eurer Form drückt?

 

Versuch 4:
Bierdeckelturm
Arbeitsauftrag: Versucht einen möglichst hohen Turm aus Bierdeckeln zu bauen.

3.      Ergebnissicherung

 

Instabiles Regal durch fehlende Rückwand             oder Diagonalleiste

 

 

 

 

 

Stabiles Regal durch viele stabile Dreiecke

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Literaturangaben

·         Unterrichtsentwurf zum Thema Fachwerkbau, Universität Münster
.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/technik_didaktik/
fachwerkbau.pdf

·         Materialien für den naturwissenschaftlichen und technischen Sachunterricht 1, Anette Lambert, Petra Reddeck, Brücken-Türme-Häuser, Zolg, Wodzinski, Wöhrmann (Hrsg.)

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