Lesson plan with work tasks

Statikzirkel - Grundlagen der Statik - Unterrichtsplanung mit Stationen

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Lesson plan + tasks
Material Engineering

University, School

PFS Kirchheim unter Teck

Grade, Teacher, Year

Klasse 9

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Unterrichtsvorb­ere­itung anlässlich eines einfachen Unterrichtsbesu­che­s nach DB zu §7 APVO - Lehr vom 13.07.2010 Inklusive Arbeitsblätter der Stationen Thema der Unterrichtseinh­eit­: Wir lernen das ABC. Thema der Unterrichtsstun­de: Wir lernen das ABC an Stationen. Fach: Deutsch Klasse: 2 a (11 Mä/ 6 Ju) Inhaltsverzeich­nis 1) Stellung der Stunde im Rahmen der Einheit: 2 2) Anzubahnende Kompetenzen der Unterrichtseinh­eit­: 2 3) Lernvoraussetzu­nge­n. 5 4) Verlaufsplanung­. 8 5) Anhang- Arbeitsblätter…

PÄDAGOGISCHES FACHSEMINAR KIRCHHEIM U. TECK

UNTERRICHTSENTWURF


VERBUND/FACH: WAG / Technik

KOMPETENZBEREICH: Bautechnik / Grundlagen der Statik

THEMA: Stationszirkel Grundlagen der Statik


VORÜBERLEGUNGEN:


Die 15 SuS haben laut meinen Informationen in der Schule das Thema Statik noch nicht behandelt und werden keine bis geringe Vorkenntnisse mitbringen.

Die Vermittlung der allgemeinen Statikgrundlagen sind nun von Bedeutung da die SuS in den folgenden Stunden eine Konstruktionsaufgabe gestellt bekommen in der Sie eine Brücke von 40cm bauen sollen die möglichst viel Last im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht tragen kann.


Damit das ganze Thema greifbarer und verständlicher wird habe ich mich entschlossen mit den SuS einen Statikzirkel durchzuführen. Die SuS können an den einzelnen Stationen ihre eigenen Erfahrungen machen und neue/erstaunliche Erkenntnisse gewinnen.

Die SuS bekommen für jede Station Versuchsaufträge und Fragen zu denen sie ihre Ergebnisse auf einen Laufzettel notieren sollen.

Der Statikzirkel umfasst 8 Stationen den die SuS in 5 Dreiergruppen selbständig durchlaufen. Sollte diese Organisationsform nicht funktionieren werde ich den Zeitpunkt an dem gewechselt werden soll vorgeben.

Die SuS sollten in der Stunde alle 8 Stationen durchlaufen (veranschlagte Zeit ca. 40 Minuten / 5 Minuten pro Station). Im Anschluss werden wir die Ergebnisse im Plenum zusammentragen und gegebenenfalls korrigieren. Zum Thema stabiles Dreieck, Bogen, Lastenverteilung bei Mauerkonstruktionen und Steinbogenbrücke werde ich noch eine Tageslichtfolie mit Zeichnungen und Bildern auflegen.


Am Ende der Stunde dürfen die SuS in 3 Fünfergruppen an Hand einer Bauanleitung die „Leonardo da Vinci Brücke“ mit zugesägten Dachlatten (8 Stücke) bauen.

Die SuS werden hoffentlich fasziniert feststellen dass die mit System zusammengesteckten Leisten sogar einen Schüler tragen können jedoch sofort zusammenfällt wenn nur eine Leiste entfernt wird.


Sollten wir noch einen Zeitpuffer haben darf die ganze Klasse den Versuch starten eine so lang und hoch wie mögliche „Leonardo da Vinci Brücke„ zu bauen.


Kompetenzen  (BP)

Stundenziele


Die SuS kennen Eigenschaften von unterschiedlichen Materialien

und können sie aufgabenbezogen begründet auswählen.











Die SuS kennen stabilere Tragekonstruktionen als den einfachen Balken und können Beispiele im Alltag dazu nennen, z.B. das Fachwerk (Fachwerkhaus, Fachwerkbrücke), den Bogen als Bauelement(Bogenbrücke) und der Einsatz des stabilen Dreiecks (Fachwerk, Kräne, Fahrrad, Strommasten).


Die SuS können die Stabilität eines Materials ins Verhältnis zu dessen Eigengewicht setzen. Ebenfalls sind Sie fähig diesen Punkt in den nächsten Stunden bei der Materialwahl ihrer Brücke zu berücksichtigen.


Die SuS wissen das ein Mauerwerk stabiler ist wenn, sich der Druck der von einer Last ausgeht verteilt. Dies wird dadurch erreicht das sich die Steine überlappen.


Die SuS wissen das sich die Last bei einer Steinbrücke auf den ganzen Bogen verteilt und das die Wiederlager f[r die Stabilisation der Brücke wichtig sind und ebenso die Brücke schützen das sie nicht auseinanderrutscht.  



Sachanalyse:


Wozu benötigt man die Statik?

Jeder geht davon aus, wenn er ein Bauwerk betritt, dass es hält, d. h. dass es standsicher ist. Das war in der Bauhistorie nicht immer so. Früher musste man immer wieder probieren und Erfahrungen sammeln bis man erkannte, dass man durch Planung und Berechnung die Standsicherheit eines Gebäudes siche.....[read full text]

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WERKSTOFFE

Jeder Werkstoff besitzt eine bestimmte Festigkeit und damit begrenzte Belastbarkeit. Steine und Ziegel (gebrannter Ton) können bevorzugt auf Druck beansprucht werden. Holz und Stahl dagegen sind druck- und zugbelastbar - allerdings in unterschiedlichem Maße.

Der moderne Werkstoff Beton, der als steinartiges Gemenge aus Zement, Sand und  Kies nur druckbelastbar ist, wird durch die Einlage von auf Zug beanspruchbaren Stahlstäben und -gittern an den neuralgischen Stellen in der Belastbarkeit erhöht, da so die mangelnde Zugbelastbarkeit ausgeglichen wird.

BAUELEMENTE

Durch die Nutzung geeigneter Bauformen können die bei einem Bauwerk auftretenden Kräfte in vorbestimmte Bahnen gelenkt und abgeleitet werden. Jedes Bauelement - Stütze, Balken, Fachwerk, Bogen, Gewölbe, Schale, Netz usw. - zeigt unter Belastung ein eigenes Tragverhalten.

Die Eigenart der verwendeten Bauelemente bestimmt die Bauweise und das Aussehen eines Bauwerks in hohem Maße.



NAME: THEMA: Grundlagen der Statik  KLASSE: 9 a/b


ZEIT

(PHASEN)

UNTERRICHTSVERLAUF


METHODEN /

MEDIEN

Bemerkungen /

ORGANISATION


09:00-09:05


Übernahme der Klasse im Anschluss an Frau Leibold’s Unterricht zum Thema: Geschichte des Bauens und Versuche mit Papierbögen.


Einteilung der Dreiergruppen für den Statikzirkel mit Hilfe von Uno-karten.

Jede Gruppe holt sich bei mir einen Stationskarton mit den dazugehörigen Utensilien und 3 Laufzettel (1 pro SuS) ab.







-Unokarten (3 rote, 3 gelbe,

  3 blaue, 3 grüne, 3

  Farbwechselkarten )

-Stationskartons mit

  Material +15 Laufzettel









09:05-09:15

Station 1:

Test des einfachen Balken und der Fachwerkkonstruktion

Fazit: Fachwerk ist stabiler

Durch den gefalteten Karton wird die Last breiter verteilt und die Konstruktion wird stabiler.

Hingegen wird bei der einfachen Balkenbrücke nur eine bestimmte Stelle belastet die sehr schnell dem Druck nachgibt.

Es wären sehr viel Kartonstreifen notwendig um die gleiche Stabilität zu erreichen.


Station 2:

Test des Bogens als Bauelement

Fazit: Bogen als Bauelement ist stabiler

Der als Bogen eingeklemmte Karton zwischen den beiden Pfeilern gibt dem Gewicht weniger nach. Hier wird ebenfalls der Druck der von der Last ausgeht auf den ganzen Bogen bis zu den 2 Pfeilern verteilt


Station 3

Test Viereck und Dreieck als Bauelement

Fazit: das Dreieck ist stabiler, lässt sich nicht verformen

Das „stabile Dreieck“ wandelt Druck in Zugbelastung um.

Man findet das Dreieck als Bauelement in Fachwerkbrücken- und häusern, im Fahrradrahmen, in Strommasten,  als Dachtragekonstruktion….



Kartonstreifen

Becher

Gewicht





2 Pfeiler

Papierstreifen

Gewicht

Alle Stationskarten mit den dazugehörigen Arbeitsaufträgen und der Laufzettel sind im Anhang


Jede Gruppe durchläuft ca. 3 Stationen bis zur 5 Minutenpause


Stationswechsel organisieren SuS selbständig






09:15-09:20

Pause ( 5 Minuten )



09:15-09:40

Station 4

Vergleich einfache Brücke und Hängebrücke

Fazit: Hängebrücke hält mehr Belastung stand. Einfache brücke stürzt ab.

Die einfache Brücke wird wieder nur punktuell belastet und gibt sobald Gewicht zu groß wird nach.

Bei der Hängebrücke wird die Last verteilt / ebenfalls stabiles Dreieck. Die Schnur wird auf Zug belastet und gibt zusätzliche Stabilität.




Station 5

Selbsthemmung der Hölzer

Fazit: 4 Balkenbrücke ist die stabilere

Hölzer hemmen sich selber. Es taucht bei den Konstruktionen wieder das stabile Dreieck auf. Bei der 4-Balkenbrücke erkennen wir 2 Dreiecke.

Druck durch die Last wird auf mehrere Stäbe verteilt und ist somit stabiler.


Station 6

Untersuchung der Tragefähigkeit der verschiedenen Baumaterialien im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht.

Materialien werden gewogen und Ergebnis wird auf Laufzettel festgehalten, Gewicht kann durch unterschiedlich lange Materialien abweichen



Station 7

Test 2er Brückenkonstruktionen

Die Konstruktion B (bei der die Duplosteine sich überlappen) ist die stabilere. Konstruktion A bei der die Steine übereinander angeordnet sind und mit doppelseitigem Klebeband verbunden sind bricht an der Stelle wo sie belastet wird auseinander.

Beim Mauerwerk B wird die Last auf mehrere Steine gleichmäßig verteilt und ist deswegen stabiler und bricht nicht.


Station 8

Stabilitätstest einer einfachen Steinbrücke und einer Bogenbrücke

Brücke A bricht an der Belastungsstelle auseinander. Last i wirkt nur punktuell.

Brücke B bleibt stabil. Last verteilt sich auf alle Steine + inklusive die Wiederlager. Wiederlager sind wichtig da sie die Brücke davor schützen das Sie durch das abrutschen der Steine auseinanderbricht.


Die einzelnen Gruppen räumen die Materialien der Station wieder in den Karton und stellen diesen vorne auf das Pult.



Modell einfache Brücke/Hängebrücke

Gewichte, 2 Dreiecks-

Kartonpfeiler





3 Pfeiler mit Duplosteinen

4 Stäbchen

Gewichte





2 verschiedene Kartonstreifen

1 Styroporstreifen

1 Holzstreifen




2 Pfeiler

2 Mauerkonstruktionen

Gewichte




2 stabile Steine als Wieder-lager

1 einfache Styroporbrücke

1 Styroporbogenbrücke

Gewichte




































Gruppen räumen Station auf.

09:40-09:55

Ergebnissicherung


Besprechung im Plenum.

Bei Station 2, 3, 7 und 8 Einsatz Tageslichtfolie.


-Tageslichtprojektor

  Folie zum Thema:

  Stabiles Dreieck

  Bogen, Mauerwerk,

  Steinbrücken(Bogen)

-SuS bekommen Kopie der

  Folie zu Station 2 und 3

Besprechung im Plenum

Teils Einsatz Tageslichtfolien



09:55-10:05

SuS dürfen 3 Fünfergruppen bilden. Bekommen eine Bauanleitung für die „Leonardo da Vinci Brücke“ und dürfen diese bauen. Ziel ist diese fertig zu stellen und die Brücke sollte einen Schüler tragen können.


Verabschiedung der SuS

-pro Gruppe 8 Leisten und 1

 Bauanleitung







Puffer

Zeitpuffer

Die SuS dürfen als Klasse versuchen mit allen Leisten eine möglichst große und hohe „Leonardo da Vinci Brüc.....



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