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Erarbeitung des Themas "Magnetismus" im Sachunterricht

Examensarbeit 2001 104 Seiten

Pädagogik - Schulpädagogik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Teil 1

1. Die Aufgabe der Grundschule

2. Das Grundschulkind auf dem Weg zur Physik
2.1. Die Physik ist eine Naturwissenschaft
2.2. Leben mit der Physik
2.3. Die Physik und der Sachunterricht
2.4. Die Aufgaben und Ziele des Sachunterrichtes
2.5. Faktoren, die den Zugang zur Physik begünstigen

3. Der Einsatz der Theorie in der Schulpraxis

Teil 2

4. Fachlicher Hintergrund
4.1. Der geschichtliche Hintergrund des Magneten
4.2. Was ist ein Magnet?
4.2.1. Magnete haben Pole
4.2.2. Feldlinien
4.2.3. Magnetisieren
4.2.4. Entmagnetisieren
4.3. Die Erde als Magnet
4.3.1. Geschichte des Erdmagnetismus
4.3.2. Erdmagnetismus
4.3.3. Deklination
4.3.4. Inklination
4.3.5. Der Magnet im Kompass
4.3.5.1. Die Geschichte des Kompasses
4.3.5.2. Der Aufbau des Kompasses
4.3.5.3. Die Wirkungsweise des Kompasses
4.4. Elektromagnetismus
4.4.1. Die Geschichte des Elektromagnetismus
4.4.2. Funktionsweise des Elektromagneten
4.5. Beispiele für magnetische Phänomene in der Alltagswelt
4.5.1. Im Haushalt
4.5.2. Im Verkehr
4.5.3. In der Medizin

Teil 3

5. Grundlagen für den Unterrichtsablauf
5.1. Die Grundschule Heeperholz
5.2. Beschreibung der Schulklasse
5.3. Allgemeine Lernziele der Unterrichtseinheit
5.4. Kriterien für die Auswahl meiner Versuche

6. Planung und Reflexion der Unterrichtsstunden
6.1. Die erste Unterrichtstunde
6.1.1. Planung
6.1.2. Lehr- und Arbeitsmittel
6.1.3. Reflexion
6.2. Die zweite Unterrichtsstunde
6.2.1. Planung
6.2.2. Lehr- und Arbeitsmittel
6.2.3. Reflexion
6.3. Die dritte & vierte Unterrichtsstunde
6.3.1. Planung
6.3.2. Lehr und Arbeitsmittel
6.3.3. Reflexion
6.4. Die fünfte & sechste Unterrichtsstunde
6.4.1. Planung
6.4.2. Lehr- und Arbeitsmittel
6.4.3. Reflexion
6.5. Die siebte Unterrichtsstunde
6.5.1. Planung
6.5.2. Lehr und Arbeitsmittel
6.5.3. Reflexion
6.6. Die achte Unterrichtsstunde
6.6.1. Planung
6.6.2. Lehr- und Arbeitsmittel
6.6.3. Reflexion

7. Schlusswort

8. Literaturverzeichnis

Einleitung

Das Thema Magnetismus zeugt durch seine vielfältigen Anwendungsgebiete von einer nicht unerheblichen Bedeutung für das Grundschulkind. Um magnetische Phänomene reiht sich neben zuweilen schon recht klaren Vorstellungen eine gewisse Naivität des kindlichen Zugangs und Erklärungsansatzes. Die kindliche Vorstellung ähnelt in einigen Punkten dem überlieferten Aberglauben breiter Bevölkerungsschichten zur Wirkungsweise des Magnetismus. Ein Beispiel aus dem Mittelalter sei hier erwähnt, welches zeigt, wie die Wirkungsweise des Magnetismus überschätzt wurde:

Der Arzt Paracelsus (1493- 1541) machte folgende Aussage:

„Der Magnet hat die Kraft, die Krankheiten in ihrem Zentrum zu fixieren, deswegen muß man ihn auch auf das Zentrum legen, von dem die Krankheiten ausgehen...

Der Magnet zieht den Bruch ein und heilt alle Rupturen bei alt und jung...

Magnetische Erscheinungen sind auch das Hinwenden der Sonnenblumen nach der Sonne und die Trübung des Weines zur Zeit der Weinblüte.“[1]

Auch Kinder beschreiben heutzutage in der Praxis Phänomene, die sie nicht erklären können, mit Hilfe des Magnetismus. Während meiner Unterrichtsreihe werde ich den Schülern einige Phänomene vorstellen und falsche Vorstellungen auszuräumen versuchen. Dabei hat es sich bewährt, dem Kind die Möglichkeit zu geben, Versuche mit Alltagsmaterialien selbständig durchzuführen. Diese Materialien motivieren die Kinder die Versuche auch einmal Zuhause auszuprobieren und das Thema Magnetismus nicht nur in der Schule zu lassen.

Insgesamt soll mit meiner Unterrichtsreihe ein Grundverständnis zum Thema Magnetismus erzielt werden. Ich werde darauf achten, das Verständnis der Kinder für das Wesentliche nicht durch einen zu hohen Detailierungsgrad des Unterrichtsstoffes zu verbauen.

Der erste Teil dieser schriftlichen Hausarbeit beschäftigt sich mit den Aufgaben der Grundschule sowie des Sachunterrichtes. Er wird die Frage aufgreifen, wie Grundschulkindern magnetische Phänomene grundsätzlich so vermittelt werden können, dass ein grundlegendes Verstehen ermöglicht wird.

Der zweite Teil bildet die Sachanalyse zum Thema des Magnetismus. Diese Analyse ist für Lehrpersonen gedacht, die sich über den fachlichen Hintergrund des Themas informieren möchten. Dabei ist bewußt nicht das gesamte Themengebiet des Magnetismus behandelt worden, sondern lediglich die wesentlichen Teilgebiete, die während der Unterrichtsreihe relevant sein könnten.

Im dritten Teil, der den Schwerpunkt meiner Arbeit darstellt, beschreibe ich die Schule, an der ich die Unterrichtseinheit durchgeführt habe und berichte anschließend von der Situation der Schulklasse. Die allgemeinen Lernziele meiner Unterrichtseinheit sollen erläutert werden. Ich schildere außerdem die Planung und Reflexion der einzelnen Unterrichtsstunden.

Teil 1

1. Die Aufgabe der Grundschule

Die Grundschule ist die gemeinsame Grundstufe des Bildungswesens aller Kinder in Deutschland. Auf ihr bauen die Bildungswege der Schulen der Sekundarstufe I auf.

In der Grundschule werden Schüler mit den unterschiedlichsten Erfahrungen, Vorkenntnissen und Leistungsmöglichkeiten zusammengeführt. Aus diesem Grund sollte die Grundschule durch individuelle Förderung allen Kindern eine Grundlage für weiterführendes Lernen und soziales Verhalten vermitteln.[2]

Insgesamt hat die Grundschule also folgenden Bildungs- und Erziehungsauftrag zu erfüllen: Sie hat die Aufgabe,

- „alle Schüler unter Berücksichtigung ihrer individuellen Voraussetzungen in ihrer Persönlichkeitsentwicklung, in den sozialen Verhaltensweisen sowie in ihren musischen und praktischen Fähigkeiten gleichermaßen umfassend zu fördern,
- grundlegende Fähigkeiten, Kenntnisse und Fertigkeiten in Inhalt und Form so zu vermitteln, dass sie den individuellen Lernmöglichkeiten und Erfahrungen der Kinder angepasst sind,
- durch fördernde und ermutigende Hilfe zu den systematischeren Formen des Lernens hinzuführen und damit die Grundlagen für die weitere Schullaufbahn zu schaffen,
- die Lernfreude der Schüler zu erhalten und weiter zu fördern.“[3]

Man erwartet, dass eine Verwirklichung dieser Aufgaben nur dann möglich ist, wenn die jeweiligen Lebensbedingungen der Kinder berücksichtigt werden. Die Verstehensmöglichkeiten des Grundschulkindes müssen hierfür beachtet werden. Für eine geeignete und zielgerichtete Wissensvermittlung ist es notwendig, die kognitiven Voraussetzungen der Lernenden zu berücksichtigen.

Da das Lernen nicht nur ein passiver, sondern insbesondere ein aktiver Prozess ist, der u. a. durch Erfahrungen -besonders durch die eigenen- ermöglicht wird, stellen eben diese Erfahrungen den entscheidenden Aspekt für den Lernprozess dar.

Den Kindern muss das Gefühl vermittelt werden, dass sie ernst genommen werden. Sie sollten ihre eigenen Erfahrungen vortragen und erklären dürfen. Die Phantasie und Kreativität der Kinder soll gefördert, die Fähigkeit zum Entdecken und zum Gestalten entwickelt werden.

Die Kinder sollen schrittweise zur Urteilsfähigkeit und zu selbständigem und verantwortungsbewußtem Handeln geführt werden. Sie sollen Einstellungen und Haltungen aufbauen, die es Ihnen ermöglichen, mündig am gesellschaftlichen Leben teilzuhaben. Sie sollen lernen mitzudenken, mitzuplanen und mitzugestalten und somit zunehmend selbständig zu werden.[4]

2. Das Grundschulkind auf dem Weg zur Physik

2.1. Die Physik ist eine Naturwissenschaft

Zunächst wurde die Physik als Lehre von der Natur betrachtet.

„Das Wort „Physik“ ist verwandt mit dem griechischen physis, das ursprünglich soviel wie Vorgänge in der belebten (organischen) Natur bezeichnete.“[5] Mit der Aufzählung von Naturerscheinungen, mit der sich die Physik befasst, ist allerdings keine Antwort auf die Frage gegeben, was eigentlich Physik ist.[6]

In Abgrenzung zur Biologie gilt die Physik heute als Wissenschaft von dem Verhalten der unbelebten Materie. Sie befasst sich mit der Erforschung aller messbaren sowie mathematisch beschreibbaren Erscheinungen und Vorgängen in der Natur und versucht dabei, die vielfältigen Phänomene auf wenige Grundgesetze und Naturbausteine zurückzuführen. Demnach bringt sie Ordnung in das vermeintliche „Chaos“.

Die klassische Physik (Physik vor 1900) umfasst die Teilgebiete Mechanik, Akustik, Wärmelehre, Optik, Elektrizität und Magnetismus. Die letzteren Beiden gehören in ihrem Wesen zusammen.

Die moderne Physik beinhaltet dagegen im Wesentlichen die Quantentheorie sowie die Atom- und Kernphysik.[7]

2.2. Leben mit der Physik

Griechenland gilt als Geburtsstätte der Naturwissenschaften. Bereits im 6. Jahrhundert v. Chr. kamen hier Naturforscher und Philosophen zu der Erkenntnis, „dass die Natur, die sie umgab, nicht mit Zauberei und Beschwörung, sondern nur mit Vernunft erschlossen werden kann.“[8]

Die Natur galt fortan als ein komplizierter Mechanismus, der nach eigenständigen Naturgesetzen ewig und unabänderlich abläuft. Der Mathematik kam eine alles erklärende Bedeutung zu; sie galt als Schlüssel zum Verständnis der Ordnung der Natur.

Erst im 16. Jahrhundert erkannte man die Bedeutung des Experiments, um Vorstellungen und Gedanken über die Natur immer wieder auf ihre Richtigkeit überprüfen zu können. Hier liegen die Wurzeln der heutigen Physik und auch der Mathematik.[9]

Um die gesamte Tragweite der Physik zu verstehen, sollte man sie nicht nur unter rein wissenschaftlichen, sondern auch unter ethischen und moralischen Aspekten betrachten.

Laut Wagenschein besteht bei einem großen Teil der Bevölkerung der Fehlglaube, dass es die Urabsicht der Naturwissenschaft sei, die Natur zu beherrschen und sie zu verändern. Er vertritt die Meinung, dass zwar ein wenig Wahrheit in dieser Aussage steckt, im Vordergrund der Naturforschung allerdings der Drang steht, „zu erkennen, was die Natur im Innersten zusammenhält“.[10]

Des weiteren warnt er davor, die Naturwissenschaft von vornherein als etwas „Böses und Schreckliches“ zu verteufeln. Sie sollte nicht als etwas dargestellt werden, was böse Absichten in sich trägt. Wagenschein verdeutlicht seine Thesen mit folgendem Gleichnis:

„Der Mann, der das Brotmesser schmiedete, hat von vornherein böse Absichten gehabt, denn gerade eben wurde jemand mit dem Brotmesser ermordet.“[11]

Ebensowenig wie der Schmied die Intention hatte, das Brotmesser zum Morden anzufertigen, werden Erkenntnisse in der Naturwissenschaft nur dafür weiterentwickelt, um beispielsweise Waffen zu bauen, mit denen Schrecken über die Menschheit gebracht werden soll.

Der einzig positive Aspekt, der aus solchem Gedankengut laut Wagenschein hervorgehe sei, dass auch der Letzte erkenne, dass Technik und damit auch Naturwissenschaft Verantwortung trägt.

Aus diesem Grunde sollte nach Wagenschein bereits in der Grundschule die Wurzel für den Gedanken gelegt werden, welche Verantwortung in den Händen der Forscher liegt. Demnach gehöre die Naturwissenschaft in die Schule, um eine Verbindung mit dem ganzen Menschen sichtbar zu machen. Dieses sollte ab dem Zeitpunkt geschehen, ab dem das Kind erkennt, wie aus den Erkenntnissen der Naturwissenschaft beispielsweise Werkzeuge (oder auch Waffen, welche thematisch eher für weiterführende Schulen geeignet sind) hervorgehen.

Des weiteren weist Wagenschein auf die Gefahr hin, in der Schule die Aufgabe der Naturwissenschaft nur als eine Art „Inventarisierung“ der Natur zu betrachten. Natürlich müsse verdeutlicht werden, welche physikalischen Phänomene vorhanden seien. Allerdings sollte darauf geachtet werden, dass „die Natur nicht wie eine Kiste dargestellt werden darf, die in Wissenschaft und Schule einfach auszupacken sei.“ Vielmehr sollte sie als eine Art Brille genutzt werden, die uns die Macht verleiht, Erscheinungen zu verstehen und somit nutzbar zu machen. Auf physikalische Weise kann entdeckt werden, welche Gesetze hinter den Naturerscheinungen stecken.

Wagenschein sagt zusammenfassend, dass die Physik nicht die Natur zeigt, wie sie objektiv ist, sondern sie unter einem gewissen Aspekt darstellt: „Sie baut ein Natur-Bild“.[12]

2.3. Die Physik und der Sachunterricht

Scheinbar unerklärbare Phänomene und Sachzusammenhänge können mit Hilfe der Physik auf einfache Gesetzmäßigkeiten zurückgeführt werden. Diese lassen sich dann in allgemeingültige Formeln fassen. Auf diese Weise ist es möglich, Vorhersagen über physikalisches Wirken zu treffen. Die Physik trägt demnach dazu bei, ein Vertrauen aufzubauen, welches aus dem Staunen über vorher unerklärbare Phänomene zu einer Einsicht in die Wirkungsweise „hinter“ den Dingen führt. Diese Ordnungsfunktion sollen Kinder bereits im physikalischen Bereich des Sachunterrichtes erfahren.

Die Behandlung physikalischer Themen im Sachunterricht der Grundschule ist daher besonders wichtig, da dem Kind damit die Möglichkeit gegeben wird, seine Umwelt zur erfahren und kognitiv zu ordnen.

Kinder dazu zu bringen, sich für Physik zu interessieren, und sie hierbei zu begleiten, heisst, sie mit den Methoden der Physik und ihren Beziehungen zur Technik vertraut zu machen.[13]

Das Umfeld des Kindes, welches den Ausgangspunkt seines Erlebens und seiner Erfahrungen bildet, ist die häusliche und alltägliche Umgebung. Die physikalischen Phänomene des Alltags sollten daher die Ausgangssituation für jeden weiteren Lernprozess sein. Die Natur gibt dem Kinde Rätsel auf. Die Aufgabe des Lehrenden ist somit, Anregungssituationen zu schaffen und dem Kind beim Entdecken von Gesetzmäßigkeiten mit Rat zur Seite zu stehen.

2.4. Die Aufgaben und Ziele des Sachunterrichtes

Die Aufgabe des heutigen Sachunterrichtes besteht darin, dem Interesse des Kindes an Natur und Technik Rechnung zu tragen. In ihrer Lebenswirklichkeit gewinnen die Kinder bereits erste Erfahrungen, indem sie Naturerscheinungen begegnen.

Der Sachunterricht soll den Schülern nun eine Hilfestellung geben, um diese Le­benswirklichkeit zu erschließen und die Zusammenhänge in ihrem Umfeld zu begrei­fen. Er soll den Kindern helfen, ihre Umwelt neugierig und interessiert wahrzuneh­men und sie befähigen, „sich mit natürlichen, technischen und sozialen Phänomenen der Lebenswirklichkeit und den Beziehungen zwischen ihnen auseinanderzu­setzen.“[14]

Der Sachunterricht soll dazu beitragen, dass die Kinder einen Prozess durchlaufen, der sie von dem Beobachten alltäglicher Phänomene zum Entwickeln von analogen, allgemeingültigen Aussagen kommen lässt. Die Kinder sollen hier die Möglichkeit bekommen, nach Ursachen und Wirkungen zu fragen, um so Zusammenhänge zu erkennen.

Im physikalischen Elementarunterricht des Sachunterrichtes soll das Grundschulkind die Ordnungsfunktion der Physik (Vgl. Kapitel 2.1) bereits kennenlernen. D.h., die Schüler sollen versuchen, ihre Erfahrungen aufgrund von Handlungen, Meinungen, Vorstellungen und Ideen zu ordnen und zu verstehen. Der Sachunterricht muss sie auf diesem Weg begleiten und unterstützen. Er sollte sie zu sachgemäßem Problemfinden und –lösen anregen und ihnen dabei helfen, eigene begründete Urteile zu entwickeln. Die Schüler sollen lernen, Entscheidungen zu treffen und Verantwortung zu übernehmen. Sie sollen erkennen, dass sie sich mit ihrer eigenen Handlungsfähigkeit ihrer Lebenswelt nicht nur anpassen müssen, sondern sie auch mitgestalten können.

Im Rahmen des Lernprozesses muss das Alter, der Reifegrad und die Vorerfahrungen des jeweiligen Schülers (soweit dies möglich ist) berücksichtigt werden. Die Lehrkraft sollte beachten, dass das kindliche Verständnis noch nicht in der Lage ist, seine Umgebung mit Erwachsenenmaßstäben zu begreifen.

Eine reine Verfachlichung des Unterrichtsfaches, die sich nur an der Wissenschaft orientiert, verfehlt dabei das eigentliche Ziel. Die Kinder verlieren so mit großer Wahrscheinlichkeit die Lust und Motivation am Unterricht. Derartiges sollte nur dann genutzt werden, wenn es der angestrebten Sacherhellung dient.

Um den Unterricht kindgerecht zu gestalten, „müssen die Lerninhalte des Sachunterrichts auf einfache, grundlegende, für Kinder durchschaubare, beispielhafte Vorgänge, Beziehungen und Begriffe zurückgeführt werden. Der Unterricht muss auch frei von Verniedlichungen und sachlichen Verfälschungen sein.“[15]

Die Schüler müssen an ihrem Wissensstandpunkt „abgeholt“ und „mitgenommen“ werden. Nur wenn auf die individuellen Lernvoraussetzungen eingegangen wird, ist ein Beitrag zur Erschließung der Lebenswelt der Kinder gegeben.

Der Sachunterricht sollte möglichst spannend gestaltet werden, um den Kindern einen Weg zu ebnen, der Physik im späteren Leben nicht nur abweisend gegenüber zu stehen, sie nicht nur als Schulfach, sondern auch als eine Selbstverständlichkeit zu betrachten.

2.5. Faktoren, die den Zugang zur Physik begünstigen

Der Unterrichtsstoff muss den Schüler „etwas angehen“ und ihn „berühren“. Die Lernsituationen müssen einen großen Spielraum zum individuellen und gemeinsamen Beobachten, Entdecken, Problemlösen, Untersuchen, Erkunden und Entscheiden bieten. Das eigene, kindliche Handeln trägt hierzu bei und prägt sich durch folgende Punkte aus[16]:

- Entdecken
- Wißbegierde und der Drang zum Forschen wird durch Spielen gefördert,
- Vorgänge und Veränderungen an Objekten werden durch Beobachten erfasst
(Ein Magnet zieht bestimmte Gegenstände an)[17]
(Wie verhält sich die Kompassnadel?)
- Experimente werden geplant und durchgeführt. So können Aufgaben gelöst und Aussagen überprüft werden.

(Mit dem Verhalten der Magnete untereinander experimentieren; Überprüfen der Polregel)

Eine intensive Auseinandersetzung mit der Problemstellung, ihrer Überprüfung und der Auswertung der Ergebnisse kann in dieser Weise stattfinden. Außerdem erlernen die Schüler beim Experimentieren den Umgang mit Werkzeugen und Geräten.

(Sorgfältiges Arbeiten bei dem Bau des Elektromagneten und dem Anschließen eines Drahtes an die Batteriepole)

Experimentieren kann das Verständnis für die wesentlichen Material- und Objekteigenschaften der Experimentiergegenstände wecken und erweitern. Darüber hinaus werden Kenntnisse über die grundlegenden technischen Hintergründe durch experimentelle Demonstrationen vertieft.

(Bau eines Elektromagneten)

- Dialog

- Entwickeln der Zuwendungsbereitschaft zur belebten Natur mit Hilfe von Kommunikation. Dabei sollte sich eine bereichsspezifische Fachsprache behutsam anbahnen.
(Fachtermini wie Pol, Spule, Eisenkern sind für die Verständigung über Magnetismus und Elektromagnetismus wichtig.)
- Gezieltes Betrachten unter einer Fragestellung, Antworten suchen
(Welche Gegenstände werden von Magneten angezogen? Wann lässt der Eisenkern in der Spule seine Last fallen?)

- Gestalten

- Fördern von handlungspraktischen Fertigkeiten mit Hilfe von Basteln, Werken, Konstruieren, Spielen und Darstellen

(Bau eines Kompasses und eines Elektromagnetes)

- Verstehen

- Dem Verlangen nach Sinngebung entsprechen durch:
- Erklären und Beschreiben

Technische Vorgänge oder physikalische Prozesse werden verbalisiert und damit beschrieben.

(Verbalisieren der Polregel: Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an)

- Deuten und Benennen

Aus selbstgewonnenen oder fremden Ergebnissen werden Schlußfolgerungen gezogen

(Der Magnetismus des Elektromagneten hält nur so lange vor, wie der Stromkreis geschlossen ist)

- Erfahrungen ordnen, Zwecke und Funktionen ausfindig machen

Zusammenstellen von Objekten unter einer bestimmten Fragestellung

(Bestimmte Gegenstände werden von Magneten angezogen)

Erkennen von definierbaren Merkmalen und eigenständiges Erarbeiten von Kategorien zur Klassifizierung

(Auf einem Arbeitsblatt werden Gegenstände eingetragen, die vom Magneten angezogen werden oder nicht. Daraus folgt die Einsicht, dass der Magnet Gegenstände aus Eisen, Nickel und Kobalt anzieht.)

- Übertragen, Analogien und Theorien bilden, Beziehungen und Wechselwirkungen erkennen

Es können Folgerungen aus bestimmten Bedingungen gezogen werden

(Aufgrund des Materials wissen, ob ein Gegenstand von einem Magneten angezogen wird oder nicht)

Methoden zur Prüfung von vermuteten oder festgestellten Beziehungen sollten entwickelt und formuliert werden

(Die Vermutung, dass die magnetische Anziehungskraft Stoffe durchdringt soll überprüft werden)

- Erkenntnisse festigen
- Erkenntnisse, die während des Unterrichts gewonnen werden, sollten festgehalten werden, damit sie nicht verloren gehen. Durch Notieren, Memorieren, Kennzeichnen und Wiederholen werden Kenntnisse und Fertigkeiten geübt und eingeprägt.

(Notieren der Polregel an der Tafel, Gemeinsames Wiederholen & Abschreiben, Ausfüllen von Arbeitsblättern mit Merksätzen)

- Gewohnheiten, Regeln, Strategien, etc. können entlastende Funktionen einnehmen.

(Wiederholtes Magnetisieren in verschiedenen Sachzusammenhängen)

Die oben angeführten Aspekte verdeutlichen die große Bedeutung des selbständigen Ausführens von Handlungen und den damit verbundenen Nutzen für das Grundschulkind. Wissen sollte nicht nur in der Form weitergegeben werden, indem Vorträge gehalten werden. Die Schüler sollten aktiv am Unterricht teilhaben.

Da das selbständige Handeln Grundlage für kindliches Lernen ist, sollte die Lehrkraft nur das vorgeben, was sich Kinder nicht durch eigenes Handeln selbst erarbeiten und lernen können. „Der Sachunterricht ist kein Buchunterricht; in seinem Mittelpunkt steht die Sache selbst. Im handelnden Umgang werden Begriffe gewonnen, das Verständnis für konkrete und allgemeine Zusammenhänge gefördert und die anfänglich eher spielerischen und intuitiven Aktivitäten zu bewußtem Handeln fortentwickelt.“[18]

3. Der Einsatz der Theorie in der Schulpraxis

An dieser Stelle ist ein Resümee der vorangegangenen Kapitel zu geben, die die Frage aufgreifen, in welcher Form der Unterrichtsstoff zum Thema Magnetismus in der Grundschule eingeführt und behandelt werden sollte.

Die entscheidende Rolle hier spielen das eigene Handeln und das physikalische Experimentieren.

Wie bereits in Kapitel 2.4. erwähnt, soll es in der Grundschule nicht darum gehen, so früh wie möglich eine wissenschaftliche und formelhafte Physik anzustreben. Vielmehr soll es dem Kind ermöglicht werden, durch seinen unbefangenen Umgang mit physikalischen Phänomenen der Natur „auf die Spur zu kommen“. Ein verfrühter, abstrakter Zugang zu physikalischen Phänomenen führt in der Grundschule noch nicht zu einem Verstehen, da die kognitiven Voraussetzungen im Grundschulkind noch nicht ausreichend angelegt und gefestigt sind.

Physik gilt als eine ordnende Wissenschaft (Vgl. Kap. 2.1.), in der das Experimentieren eine zentrale Rolle einnimmt. Durch das Experimentieren lässt sich die Umwelt erfahren und gliedern. Dieses sollte das Ziel des Unterrichts sein, wenn Kinder magnetischen Phänomenen begegnen.

Durch das eigene Handeln und Experimentieren wird den Schülern ermöglicht, Wirkungsweisen auf den Grund zu gehen, indem sie sie sehen und hinterfragen können, anstatt sie nur erklärt zu bekommen. Die Schüler erleben, wie sie durch Beobachten selbst Zusammenhänge erkennen können. Sie verstehen Phänomene, indem sie das Prinzip entdecken, die den Experimenten zugrunde liegen.

Der Lehrer sollte beim Experimentieren eher eine untergeordnete und unterstützende Rolle einnehmen. Voreilige Erklärungen, Anweisungen und Anregungen sollten vermieden werden. Statt dessen sollte er den Schülern Zeit geben, die Experimente zu beobachten und Zusammenhänge zu suchen. Alles Lern- und Verstehbare sollte selbständig ermöglicht werden.

Erst wenn Schüler gezielte Fragen stellen, sollte die Lehrkraft versuchen, diese in einer möglichst für den Schüler verständlichen Art und Weise zu beantworten und zu verdeutlichen.

Während der Unterrichtseinheit gibt es einige abstrakte Modellvorstellungen, wie z.B. die „molekulare Deutung“ oder den „Feldlinienverlauf“. Von den Grundschulkindern kann nicht verlangt werden, diese abstrakten Gebilde zu verstehen.

Derartige Modelle sollten im Detail nur angebracht werden, wenn Schüler ganz gezielt nach Einzelheiten fragen und sie einen Erklärungsveruch erleichtern können (Vgl.: Kapitel 6.3.1., Seite 65-66). Gedankliche Einheiten, denen die Schüler noch nicht folgen können, sollten allerdings vernachlässigt gelassen werden.

Hingegen können Bezeichnungen für die Dinge, mit denen die Kinder arbeiten und die die Kinder vor Augen haben werden, eingeführt werden. Ich denke hier an Begriffe wie: Pol, Kompass, Windrose, Spule oder Eisenkern.

Dies ist insoweit sinnvoll, da sie den Schülern helfen, genau das zu sagen, was sie meinen.

Teil 2

4. Fachlicher Hintergrund

Im Vordergrund dieser schriftlichen Hausarbeit steht der didaktische Aspekt der Unterrichtsreihe „Magnetismus“. Trotzdem soll in diesem Teil der wesentliche theoretische Hintergrund, der für die Unterrichtseinheit von Bedeutung sein wird, dargestellt werden. Dies kann insbesondere dann hilfreich sein, wenn Fragen von Seiten der Schüler gestellt werden sollten, die über das gewählte Niveau hinaus gehen.

In diesem Zusammenhang soll zunächst der historische Hintergrund angesprochen werden. Anschließend gehe ich auf die Bestandteile und die Eigenschaften eines Magneten ein. Es soll verdeutlicht werden, dass Magnete künstlich hergestellt aber auch wieder entmagnetisiert werden können. Der Erdmagnetismus mit seinen Auswirkungen soll außerdem bearbeitet werden. Desweiteren möchte ich die magnetischen Auswirkungen des elektrischen Stromes thematisieren.

Abschließend wird Bezug auf die Anwendungsmöglichkeiten im Alltag genommen. Dies wird anhand von Beispielen verdeutlicht.

4.1. Der geschichtliche Hintergrund des Magneten

„Was will die Nadel nach Norden gekehrt?

Sich selbst zu finden, es ist ihr verwehrt.

Die endliche Ruhe wird nur verspürt,

Sobald der Pol den Pol berührt.

Drum danket Gott ihr Söhne der Zeit,

Daß er die Pole für ewig entzweit.

Magnets Geheimnis, erkläre mir das!

Kein größer Geheimnis, als Lieb‘ und Haß.

Willst Du deines gleichen kennen lernen,

So wirst Du dich gleich wieder entfernen.

Warum tanzen Bübchen mit Mädchen so gern?

Ungleich dem Gleichen bleibt nicht fern.

Dagegen die Bauern in der Schenke

Prügeln sich gleich mit den Beinen der Bänke.

Der Amtmann schnell das Übel stillt,

Weil er nicht für ihres Gleichen gilt.

Soll Dein Kompaß dich richtig leiten,

Hüte dich vor Magnetstein‘, die dich begleiten.“

(W. v. Goethe)[19]

Das Thema Magnetismus hat nicht nur die Gelehrten seit jeher gefesselt. In zahlreichen Texten wurde darüber geschrieben. Woher der Name „Magnet“ allerdings stammt, ist auch bis heute nicht vollständig gesichert. Es existieren verschiedene Erklärungsansätze für seine Entstehung:

- In der Antike gab es eine Stadt in Ionien und in Lydien.
- Des weiteren trägt eine Halbinsel in Thessalien diesen Namen.
- Schließlich gab es noch den Männernamen „Magnes“. Eine Legende besagt, dass eben dieser Magnes, ein Hirte, auf einem großen Stein Platz genommen haben soll. Durch diesen Stein wurde die Eisenspitze seines Stabes so stark angezogen, dass er sie kaum wieder losreißen konnte. Außerdem wirkte im 5. Jahrhundert v. Chr. in Athen ein Dichter, der diesen Namen trug.
- Am wahrscheinlichsten ist aber, dass der Magnetstein nach der antiken Stadt „Magnesia“ in Kleinasien benannt worden ist, in deren Umgebung viel magnetisches Eisenerz gefunden wurde.

Thales von Milet (624 v. Chr. – etwa 546 v. Chr.) hielt 585 v. Chr. als Erster die Anziehungskräfte des Magnetsteins schriftlich fest. Er schrieb, dass gewisse Erze die Eigenschaft besitzen, kleine Eisenstücke anzuziehen.

Die Kraft der magnetischen Kettenwirkung wurde 387 v. Chr. als Erstes von Plato (427- 348 v. Chr.) festgehalten. Er wußte, dass der Magnetstein nicht nur einen eisernen Ring anziehen, sondern seine Kraft durch diesen Ring auch auf andere Ringe wirken lassen kann. Insgesamt ist der Magnet so in der Lage, eine ganze Kette von Ringen oder kleinen Eisenstücken aneinanderhängend anzuziehen.

Der französische Kreuzritter Pièrre de Maricourt schilderte 1269 in einem Brief an seinen Freund, Syger de Foucaucourt, das Verhalten zweier Magnete untereinander. Er unterschied die beiden Magnetpole und wies darauf hin, dass jeder Magnet zwei unterschiedliche Pole hat. Dabei beschrieb er außerdem, das sich ungleichnamige Pole anziehen und gleichnamige abstoßen. Die magnetische Dipolarität wurde als unzerstörbar entdeckt.[20]

4.2. Was ist ein Magnet?

Man unterscheidet natürliche und künstliche Magnete. Der natürliche Magnetit oder Magneteisenstein ist ein „schwarzes, metallisch glänzendes, undurchsichtiges, (...) Mineral der chemischen Zusammensetzung Fe3O4 bzw. FeO * Fe2O3 .“ Es „ist ein wichtiges, weit verbreitetes und mit einem theoretischen Eisengehalt von 72,4 % das eisenreichste Eisenerz.“[21]

Magnetische Kräfte sind vorwiegend in sogenannten ferromagnetischen Stoffen (Eisen (lat. ferrum), Kobalt, Nickel) vorhanden. Deshalb werden die meisten künstli­chen Magnete aus diesen Materialien hergestellt. Sie können verschiedene Formen haben.[22] Diese Formen werden in Kapitel 6.1.1. und auf der Folie 2 in Kapitel 6.1.2. näher erläutert.

Wieso bestimmte Stoffe von Magneten angezogen werden, andere dagegen nicht, läßt sich folgendermaßen erklären:

„Legierungen (Verschmelzungen) aus den ferromagnetischen Stoffen weisen dieselben Eigenschaften auf, wie diese Stoffe selbst. Sie werden ebenfalls von Magneten angezogen, d.h. sie wirken ebenfalls ferromagnetisch. Bemerkenswert ist aber, dass Legierungen dieser Metalle mit nicht-ferromagnetischen Stoffen, wie Kupfer, Mangan, Aluminium, Chrom und Silizium besonders stark ferromagnetisch sind, und dass man aus ihnen starke und dauerhafte Magnete herstellen kann.“[23]

Dies ist ein Hinweis darauf, dass die entscheidende ferromagnetische Eigenschaft wahrscheinlich von einer bestimmten Struktur im Aufbau der Materie abhängig ist. Demnach würden Eisen, Nickel und Kobalt diese Struktur schon von sich aus besitzen, während sie bei den Legierungen, dessen einer Grundstoff keine magnetischen Anziehungskräfte besaß, erst durch den Verschmelzungsvorgang entstehen.

Insgesamt kann an dieser Stelle festgehalten werden, dass ein Körper, der die Eigenschaft besitzt, Gegenstände aus Nickel, Kobalt und Eisen anzuziehen als „Magnet“ bezeichnet wird.

4.2.1. Magnete haben Pole

Jeder Magnet hat zwei Pole. Die Pole werden mit Nord- und Südpol bezeichnet. „Aber (und darauf sei besonders hingewiesen): man kann keine magnetischen Einzelpole herstellen, stets treten magnetische Dipole (Zweipole) auf.“[24] Das bedeutet, dass wenn ein Magnet geteilt wird, er keineswegs in Einzelpole zerfällt, sondern dass man vollständige Magneten mit Nord- und Südpol erhält (Vergleich: Kapitel 6.3.2., Folie 3, unterster Abschnitt). Wie hier gut zu erkennen ist, stellt ein großer Magnet die Einheit aus vielen kleinen Teilmagneten, den sogenannten „Elementarmagneten“ dar. Diese bilden an den Bruchflächen neue Pole, sobald ein Magnet zerbricht. Sind die Teilchen auch noch so klein, so sind sie trotzdem noch selbständige Magnete. Somit kann es keinen isolierten Pol geben.

Aus diesem Grund wird in mancher Literatur dazu aufgefordert, „auf den Begriff der Polregel völlig zu verzichten.“[25] Die Bezeichnung würde zu Verwirrungen und Mißverständnissen führen, da es keine magnetischen Einzelpole geben kann.

Grundsätzlich lässt sich die Behauptung der nicht-isolierbaren Pole mit einem Stricknadelversuch (Vgl. Kapitel 6.3.1. und 6.3.2., Folie 2) belegen, den ich in meiner Unterrichtsreihe durchführen werde.

Erwähnenswert ist außerdem, dass ein Magnet an seinen Polen die größte magnetische Anziehungskraft aufweist. In seiner Mitte „zeigt er nur geringe magnetische Wirkung, dort ist er magnetisch indifferent (wirkungslos).“[26]

Abschließend soll an dieser Stelle festgehalten werden, dass für jeden Magneten folgendes gilt: Gleichnamige Pole, d. h. zwei Nord- bzw. Südpole, stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen einander an. „Gleichsinnig liegende Magnete lassen sich nur gegen die abstoßende Kraft ihrer gleichnamigen Pole zusammenpressen.“[27] Sie werden so aber zu einem Doppelmagneten und tragen doppelt so viele Eisenteilchen, wie ein Einzelmagnet. Das Verhalten von gegensinnig liegenden Magneten demonstriere ich in Kapitel 6.3.1. .

4.2.2. Feldlinien

Jeder Magnet ist von einem Gebiet umgeben, in dem sich die Wirkung seiner magnetischen Kraft nachweisen lässt. Dieses Gebiet wird magnetisches Feld genannt. Die magnetischen Kräfte weisen innerhalb des Magnetfeldes bestimmte Strukturen auf.

Als Feldlinien bezeichnet man die Linien, entlang derer die magnetischen Kräfte wirken. Sie sind experimentell durch Versuche mit Eisenspänen nachweisbar. Hierbei entstehen folgende typische Feldlinienbilder [28] :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

a) Stabmagnet
b) Hufeisenmagnet
c) Anziehung ungleichnamiger Magnetpole
d) Abstoßung gleichnamiger Magnetpole

Allgemein wurde festgelegt, dass die Magnetkräfte und somit die Feldlinien im Nordpol eines Magneten entspringen und im Südpol münden. Demnach bezeichnet man den Nordpol als Quellpunkt und den Südpol als Sinkpunkt der Feldlinien des Magneten.

4.2.3. Magnetisieren

Da die meisten künstlichen Magnete aus Eisen oder Stahl bestehen, Eisen aber nicht zwangsläufig magnetisch ist, stellt sich die Frage, wie es magnetische Eigenschaften entwickeln kann. Beobachtet man einen Magnetpol, der in einen Haufen von Büroklammern getaucht wird, so stellt man fest, dass nicht alle Klammern direkt am Pol hängenbleiben, sondern lange, aneinanderhängende Ketten bilden. Durch die Berührung müssen die einzelnen Klammern selbst zum Magneten geworden sein. Sonst könnten sie die darauffolgenden nicht tragen.

Eine Stahlnadel kann besonders intensiv dadurch magnetisiert werden, dass man sie mit dem gleichen Ende eines Stabmagnetes immer in derselben Richtung bestreicht. Je öfter man dies macht, desto größer ist die magnetische Kraft, die von ihr anschließend ausgehen wird.

Wie geht dieses Magnetisieren nun vonstatten? Die Theorie besagt, dass der Magnetismus in der Nadel schon vorhanden sei und nur „geweckt“ werden muß.[29] Vorstellen kann man sich diese Theorie mit folgendem Gedankenversuch:

Man halbiere ein unmagnetisiertes Stück Eisen immerfort und untersuche die Teilstücke auf magnetische Kräfte.

Zunächst tritt dabei keine Reaktion auf. Die größeren Stücke sind weiterhin unmagnetisch. Erst wenn die Teilung so weit fortgeschritten ist, dass die Stückchen nur noch eine Länge von einem Hundertstel Millimeter erreichen, sind sie magnetisch. Sie besitzen dann, wie jeder andere Magnet auch, einen Nord- und einen Südpol. Dies sind die sogenannten Elementarmagnete, die scheinbar in jedem größeren Teilstück unmagnetischen Eisens vorhanden sein müssen.[30]

Diese Elementarmagnete müssen beim Vorgang des Magnetisierens gleichgerichtet werden. Die Funktionsweise des Magnetisierens und in welcher Form diese magnetische Kraft vorhanden ist, verdeutlicht nochmals das Schaubild der Folie 3 in Kapitel 6.3.2. .

Insgesamt sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass der Vorgang des Magnetisierens somit durch die Ausrichtung der Elementarmagnete erfolgt, nicht aber durch Über­tragung der magnetischen Kräfte, d.h. durch Entmagnetisieren des Ursprungs­magneten.

4.2.4. Entmagnetisieren

Durch dauerhafte Erschütterungen, etwa durch Schläge auf einen harten Gegenstand oder Fallenlassen auf hartem Untergrund und durch Erhitzen kann ein künstlicher Magnet wieder entmagnetisiert werden.

Jeder Magnet verliert seinen Magnetismus bei einer ganz bestimmten Temperatur. Diese Temperatur wird (nach seinem Entdecker, dem französischen Physiker Pierre Curie) Curie-Punkt genannt. Jedes magnetische Material hat einen individuellen Curie-Punkt. Für Eisen liegt er bei etwa 800° C, für Nickel bei etwa 350° C.[31] Bei Weicheisen genügt schon die Zimmertemperatur, um es seiner magnetischen Wirkung zu berauben.[32] (Vgl. Kapitel 4.4.2.)

Bei manchen Magneten reicht zur Entmagnetisierung auch aus, wenn man sie über einen längeren Zeitraum außerhalb des Einflußbereiches eines Magneten liegenläßt.

Zusammengefasst ist die physikalische Ursache der Entmagnetisierung also, dass die Ordnung der gleichgerichteten Elementarmagnete wieder zerstört wird.[33]

4.3. Die Erde als Magnet

4.3.1. Geschichte des Erdmagnetismus

Ende des 13. Jahrhunderts benutzte Peter von Mericourt als Erster den Begriff „Erdmagnetismus“. Für seine Versuche nutzte er einen kugelförmigen Magneten, der ein kleines Modell der Erde darstellen sollte. Erst Anfang des 17. Jahrhunderts wurden seine Versuche von William Gilbert wieder aufgenommen. Gilbert nahm an, dass nicht nur die Erde, sondern auch die Sonne, der Mond und alle anderen Planeten ein magnetisches Feld besaßen. Hier sah er wie auch der deutsche Astronom Johannes Kepler eine Erklärungsmöglichkeit für die Planetenbewegung.

Zwar erwiesen sich diese Annahmen später als falsch, waren jedoch Wegbereiter weiterer Forschungen über den Erdmagnetismus.[34]

4.3.2. Erdmagnetismus

Die Herkunft des erdmagnetischen Feldes ist bis heute noch nicht restlos geklärt.[35] Allgemein wird angenommen, dass der Ursprung des Erdmagnetismus im Wesentlichen im Erdkern liegt, der größtenteils aus Nickel-Eisen bestehen soll. Aufgrund der hohen Temperaturen kann jedoch der Erdkern selbst keinen Dauermagneten bilden. Die magnetische Ordnung würde bereits bei einer Tiefe von 50 km zerfallen.

Dennoch gibt es einen wesentlichen Erklärungsansatz, der den Erdkern als Ursache für den Erdmagnetismus einbezieht. Im Rahmen der sogenannten Rotationstheorie wird angenommen, dass langsame Bewegungen des inneren und des äußeren Erdkerns ein Magnetfeld aufbauen.[36]

[...]


[1] Kuhn: Physik, E 1

[2] Vgl.: Richtlinien, Sachunterricht, S. 10- 11

[3] Richtlinien, Sachunterricht, S. 9 (§ 1 der Verordnung über den Bildungsgang in der Grundschule)

[4] Richtlinien, Sachunterricht, S.12

[5] Kuhn: Physik, W3

[6] Vgl. Kuhn: Physik, W3

[7] Vgl.: Müller, Hans F.: Das moderne Lexikon in zwanzig Bänden, Band 14, S.343- 344

[8] Kuhn: Physik, W 6

[9] Kuhn: Physik, W 6

[10] Vgl. hierzu auch: Goethe: Faust; Der Tragödie erster Teil, Nacht: Die Szene beginnt mit einem Monolog des Naturwissenschaftlers Dr. Fausts, der durchaus alles, was es in dieser Zeit zu studieren gab (die vier Fakultäten: Philosophie, Jura, Medizin und Theologie, in denen der gesamte Wissensstand der Gelehrten untergebracht war) „mit heißem Bemühn“ (Vers 354 – 357)studiert hat. Trotzdem verzweifelt er an seiner Erkenntnissehnsucht, die an ihre Grenzen stieß. Nun erhofft er sich Hilfe durch die sogenannte natürliche, „weiße“ Magie, um zu erkennen, „was die Welt im Innersten zusammenhält“. (Goethe: Faust, S.13, Vers 382-383) Dabei ist er nicht daran interessiert, irgendwen oder irgend etwas zu beherrschen.

[11] Wagenschein, Martin: Ursprüngliches Verstehen und exaktes Denken, S.119

[12] Vgl: Wagenschein, Martin: Ursprüngliches Verstehen und exaktes Denken, S.119- 122

[13] Vgl.: Kuhn: Physik, W7- W10

[14] Richtlinien, Sachunterricht, S. 21

[15] Richtlinien, Sachunterricht, S. 23

[16] Vgl.: Richtlinien, Sachunterricht, S. 23- 24

[17] Um zu verdeutlichen, inwieweit das Thema Magnetismus mit diesen Punkten zusammenhängt, habe ich Beispiele angeführt, die in der Art im Unterricht auftauchen können. Die Beispiele stehen in Klammern unter den jeweiligen Punkten.

[18] Richtlinien, Sachunterricht, S. 23

[19] Reichel: Praktikum der Magnettechnik, S.5

[20] Vgl.: Schröder u. a., S. 9

[21] Brockhaus, Band 14, S.35

[22] Vgl. Zenker/ Zenker: Arbeitshefte für die Grundschule, S. 102

[23] Kuhn: Physik, E2

[24] Reichel: Praktikum der Magnettechnik, S. 26

[25] Knaurs Lexikon der Physik, Band 2, S. 351

[26] Kuhn: Physik, E3

[27] Kuhn: Physik, E3

[28] Vgl. Kuhn: Physik, E8, Abb. 8,3

[29] Vgl.: Volkmer, Martin: Magnetismus · Elektrizität, S. 7

[30] Vgl. Schröder u. a., S. 33

[31] Keen, Martin L.: WAS IST WAS, Magnetismus, S. 19

[32] Volkmer, Martin: Magnetismus · Elektrizität, S. 7

[33] Vgl. Schröder u. a., S. 34

[34] Vgl. Backe, Hans: Abenteuer Physik, S. 74- 75 & Kuhn, Wilfried: Physik, E10

[35] Vgl. Kuhn, Wilfried: Physik E6

[36] Vgl.: Kuhn, Wilfried: Physik E6; Keen, Martin L.: WAS IST WAS: Magnetismus, S. 20 &

Zenker/Zenker: Unterrichtsbeispiele für die Grundschule, S. 76

Details

Seiten
104
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2001
ISBN (eBook)
9783832458980
ISBN (Buch)
9783838658988
Dateigröße
3.2 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v221353
Institution / Hochschule
Universität Bielefeld – unbekannt
Note
1,7
Schlagworte
grundschule erdmagnetismus elektromagnetismus transrapid unterrichtsreihe

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Titel: Erarbeitung des Themas "Magnetismus" im Sachunterricht