Zwei Metalle übereinander: Bimetalle, Klasse 6
1. Die Unterrichtseinheit
1.1 Die Einordnung der Unterrichtssequenz in die Unterrichtseinheit
Die heutige Stunde stellt die fünfte Stunde in der Unterrichtseinheit „Wärme verändert“ dar. In den vorangegangenen Stunden haben sich die Schüler intensiv mit dem Thema „Wärme“ beschäftigt. Der Inhalt dieser Stunde ermöglicht den Schülern, ihre bereits erworbenen Kompetenzen zu aktivieren und zu vertiefen. Darüber hinaus lernen sie das Bimetall, seine Eigenschaften, Funktionen und seinen Nutzen im Alltag kennen.
Die Unterrichtseinheit im Überblick:
1. Stunde: Was ist Wärme?
2. Stunde: Wärme lässt Tanks überlaufen
3. Stunde: Wärme bewegt Maschinen
4. Stunde: Wärme dehnt Brücken
5. Stunde: Zwei Metalle übereinander - das Bimetall
6. und 7. Stunde: Wärmeleiter und Isolatoren
8. und 9. Stunde: Sonnenstrahlung – Gefahr für die Haut , Aufbau der Haut und Versuche
10. Stunde: Warm-kalt: unterschiedliche Lebensräume der Tiere (Eisbär-Kamel)
1.2 Der Bildungsplanbezug
Die Einheit und der Kompetenzbereich „Wärme verändert“ ist fest im Bildungsplan der Klasse 6 verankert.
Folgende Kompetenzen des Bildungsplans werden in dieser Einheit angebahnt bzw. gefördert:
Die Schülerinnen und Schüler
• lernen unterschiedliche Arten der Anpassung verschiedener Lebewesen an die
jeweiligen Temperaturen ihres Lebensraumes kennen.
Die Schülerinnen und Schüler können
• zwischen Temperatur und thermischer Energie unterscheiden.
• Formen der Ausbreitung thermischer Energie untersuchen.
• Werkstoffe und Materialien nach ihrer Fähigkeit, thermische Energie zu speichern und zu transportieren, beurteilen.
• den Einfluss der Temperatur auf die Eigenschaften von Stoffen und Werkstoffen untersuchen.
• Werkstoffe unter Zufuhr von thermischer Energie verändern.
Die Unterrichtseinheit „Wärme verändert“ ist eine sehr umfangreiche Einheit. Neben den bereits aufgelisteten Kompetenzen des Bildungsplans gibt es Sach- bzw. Fachkompetenzen, soziale und personale Kompetenzen und Methodenkompetenzen, die bei den Schülern in dieser Stunde gefördert werden sollen. Diese Kompetenzen sind im Kapitel 4 unter „Kompetenzen“ au.....[Volltext lesen]
2. Die Sachdarstellung 2.1 Die Lehrersachanalyse
Ein Bimetall besteht aus zwei unterschiedlichen Metallschichten, die in Form eines Streifens fest miteinander verbunden sind. Ein Bimetallstreifen verbiegt sich, wenn man ihn erwärmt. Das liegt daran, dass sich dann die miteinander verbundenen Metalle unterschiedlich stark ausdehnen. Nimmt man zum Beispiel einen Bimetallstreifen aus Kupfer und Eisen, der meist bei Schulversuchen benutzt wird, stellt man fest, dass sich das Kupfer stärker ausdehnt als das Eisen.
Da die beiden Metalle als Bimetall fest miteinander verbunden sind, wird sich das Kupfer beim Erwärmen in Richtung des Eisens, das sich weniger stark ausdehnt, biegen. Die Längenausdehnung kann bei fest verbundenen Metallen nur durch eine Verbiegung stattfinden.
Bimetalle werden häufig zur Steuerung von Schaltvorgängen und als Messinstrument in Form eines Bimetall-Thermometers verwendet. Sie werden oft in Wärmegeräten wie z.B. bei der Temperaturregelung von Bügeleisen, Kaffeemaschinen, Toastern, Wasserkochern und elektrischen Sicherungen verwendet. Hierbei öffnet oder schließt das Bimetall, durch Ausdehnung oder Zusammenziehen, einen Kontakt und löst damit einen Schaltvorgang aus.
Sie werden als Thermostat oder Temperaturregler verwendet.
2.2 Der Schülerbezug
Wie bereits erwähnt ist die Stunde zu den Bimetallen eine Vertiefungsstunde der letzten MNT- Stunden und soll exemplarisch für die Ausdehnung von Feststoffen bei Erwärmung stehen. Der Begriff „Bimetalle“, vermute ich, ist den Schülern nicht bekannt, dennoch ermöglicht diese Stunde den Schülern ihr Vorwissen einzubringen und zu vertiefen.
Da Bimetalle in üblichen Handelsgeräten wie Wasserkocher, Bügeleisen, Toastern oder auch in Zeigerthermometer als Temperaturregler eingebaut sind, profitieren die Schüler beim Umgang mit den genannten Geräten täglich unbewusst von den Vorteilen der Bimetalle.
Sie durchschauen die Funktionsweise von Geräten mit Bimetall-Vorrichtungen.
3. Die Intentionen
3.1 Die Hauptintention
Durch meinen Unterricht lernen die Schüler die Eigenschaften und den Nutzen der Bimetalle kennen. Darüber hinaus sollen die Schüler ihre Kenntnisse über die Wärmeausdehnung fester Stoffe vertiefen.
3.2 Die Kompetenzen
3.2.1 Fachliche/sachliche Kompetenzen
• Die Schüler sollen Vermutungen äußern und diese überprüfen können.
• Die Lernenden sollen aus ihren Beobachtungen und bereits bekannten
Sachverhalten richtige Schlussfolgerungen ziehen und diese formulieren können.
• Die Schüler sollen bereits Erlerntes anwenden können, um einen Transfer leisten zu
können.
3.2.2 Soziale und personale Kompetenzen
• Die Fähigkeit in Gruppen zu arbeiten und sich einzubringen wird gefördert.
• Die Schüler sollen lernen, kooperativ miteinander umzugehen und sich gegenseitig
zu unterstützen.
• Die Lernenden interessieren sich für den Fächerverbund MNT und haben Freude
am Experimentieren.
• Schüler sollen durch die Problemstellung zum Denken angeregt werden.
3.2.3 Methodenkompetenzen
• Die Schüler üben sich im selbständigen Arbeiten.
• Die Lernenden üben sich im Durchführen von Versuchen.
• Die Schüler sollen sorgsam und verantwortungsvoll mit den bereitgestellten
Materialen umgehen.
• Die Schüler sollen in Gruppen arbeiten können.
4. Die Lernstruktur
Zu Beginn der Stunde begrüße ich die Schüler und stelle den heutigen Besuch vor. Die Schüler begrüßen die Gäste.
Das Thema der Stunde stelle ich mit einem bei allen Schülern bekannten Alltagsgegenstand vor, dem Bügeleisen. Ich fordere die Schüler auf, in den nächsten 1-2 Minuten das Bügeleisen genau zu beobachten. Ich erkläre den Schülern, dass sie auch vollkommen ruhig sein sollen, weil es sein könnte, dass man auch was hört. Die Schüler sollen im Anschluss erkennen, dass wenn das Lämpchen ausgeht, ein Geräusch zu hören ist.
Diese visuellen und auditiven Signale sind das Zeichen dafür, dass das Gerät betriebsbereit ist bzw. die gewünschte Temperatur erreicht hat.