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Zu Item 2.3: Einführung in die Kinematik durch Quiz

Kurze Einordnung der Einheit und der Stunde im Bildungsplan

In der Kinematik-Einheit haben die Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I die Aufgabe, Bewegungen verbal zu beschrieben und in Bewegungsdiagrammen darzustellen (Ministerium für Kultus Jugend und Sport, 2016) Aus experimentellen Messdaten wird die Geschwindigkeit berechnet. Diese Messdaten sollen im Sinne einer Prävention und Gesundheitsförderung zudem interpretiert und ein sicheres Verhalten im Straßenverkehr daraus abgeleitet werden (Ministerium für Kultus Jugend und Sport, 2016).

Nicht nur im Fach Physik spielt die Kinematik in der Sekundarstufe eine wichtige Rolle. Auch im Fach Informatik, Mathematik und Physik (IMP) – einem Profilfach der Gemeinschaftsschule – ist die Kinematik beim Inhalt 3.3.3.2 Computergestützte Physik zentral (Ministerium für Kultus Jugend und Sport, 2016). Hier sollen zeitliche physikalische Abläufe wie z.B. Bewegungen beschrieben und anschließend modelliert werden. Neben der Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit werden hier auch in der Klassenstufe 10 Bewegungen mit konstanter Beschleunigung mit Hilfe des Computers untersucht.

In einigen Physikbüchern wird folgende Stoffverteilung einer Kinematik-Einheit für die Sekundarstufe empfohlen vgl.: (Barmeier, Ciprina, & u.a., 2024) (Wacker, 2024) (Freundner-Hunneke, Möllers, & Schulz, 2024):

  1. Diagnose: Geschwindigkeiten (ein) schätzen und vergleichen (hier dargestellt).
  2. Unterschiedliche Bewegungen und Bezugssystem
  3. Die Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit genauer untersuchen (z.B. praktischer Test)
  4. Weg-Zeit-Diagramm und Geschwindigkeits-Zeit Diagramm erstellen und interpretieren
  5. Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit. Geschwindigkeiten berechnen.
  6. Sicheres Verhalten im Straßenverkehr (Reaktionszeit)

Einführungsstunde: Diagnose mit einem Online-Quiz

Lernmanagementsysteme wie moodle erlauben es, Antwortmöglichkeiten entweder im Volltext oder in multiple-choice einzugeben. Aber auch Anwendungen wie google-Forms, Mentimeter oder Plickers ermöglichen eine schnelle Erstellung eines Quiz. Die Antworten lassen sich personalisieren und erlauben der Lehrkraft wichtige Einblicke über den Lernstand der Schülerinnen und Schüler. Die hier vorgestellte Fragenliste hat eine feste Reihenfolge, lässt sich jedoch durch selbst gewählte Geschwindigkeitsrekorde ergänzen.

Einstieg

Initiierung des Quiz entweder durch Austeilen von Tablets oder durch Plickers-Karten. Um die Motivation noch weiter zu steigern, kann man für die Siegerin bzw. den Sieger einen Preis versprechen.

Hauptteil

Frage 1: Wie schnell läuft das schnellste Landtier der Erde? (offiziell gemessen)“

Antwortauswahl:

▢ 120 kmh

▢ 98 km/h

▢ 80 kmh

▢ 120 km/h

Einige Schülerinnen und Schüler erinnern sich noch gut an den BNT-Unterricht und nennen die Maßzahl 120. Ein Großteil der Lerngruppe jedoch wird erfahrungsgemäß nicht die korrekte Maßeinheit km/h sondern „km*h“ (Umgangssprache „kaemha“) nennen. Durch diese - nicht korrekte - Schülerantwort kann das erste gewinnbringende Unterrichtsgespräch wertschätzend initiiert werden. Den Schülerinnen und Schülern kann an dieser Stelle schon vermittelt werden, dass die Einheit km/h hilft, um Durchschnittsgeschwindigkeiten ohne Auswendiglernen einer Formel bestimmen zu können („Strecke durch Zeit ergibt Geschwindigkeit“).

Die bisher einzige seriöse Messung in Höhe von 98 km/h wurde mit der Gepardin Sarah im Zoo von Cincinnati durchgeführt. Sie lief die 100 Meter in 5,95 Sekunden (unbekannt, 2024). Die korrekte Lösung der Aufgabe leitet automatisch zur nächsten Frage über und stellt die Messmethode in den Mittelpunkt.

Frage 2: Kann der schnellste Mensch der Welt einem Bären entkommen?

Antwortauswahl:

▢ Bär 50km/h Mensch 40 km/h

▢ Bär 40km/h Mensch 50 km/h

▢ Bär 50 km/h Mensch 50 km/h

▢ Bär 50 kmh Mensch 40 kmh

Auch aus dieser motivierenden Frage ergeben sich viele interessante Gesprächsanlässe über Spitzen- und Durchschnittsgeschwindigkeit in der Großgruppe.

Zunächst stellt sich die Frage, wer der schnellste Mensch der Welt ist (Usain Bolt) und wie seine Geschwindigkeit bestimmt wird (100-Meter-Lauf in ungefähr 10 s). In einem zweiten Schritt kann man der Lerngruppe vorgeben, dass ein Braunbär in der Spitze ca. 50 km/h läuft und gemeinsam mit den Jugendlichen die Geschwindigkeit in km/h durch Überlegen und Demonstrieren veranschaulichen. Usain Bolt läuft 100 m in 10 s – also 10 m in einer Sekunde. Diese – auch für Schülerinnen und Schüler – beeindruckende Strecke von 10 Metern wird im Flur abgelaufen. Um den Vergleich zum Bären zu ermöglichen, fragt man zunächst, wie weit Usain Bolt in 60 Sekunden (600 m) und in einer Stunde (36000 m) kommt. Dem Großteil der Lerngruppe ist dann intuitiv klar, dass man den Wert durch 1000 teilen muss und er im Schnitt 36 km/h schnell ist. Da es sich bei den 10 s um einen Näherungswert zur Vereinfachung der Rechnung handelt, kann man der Lerngruppe im Anschluss den korrekten Wert der benötigten Zeit 9,58 s nennen. Eine Verständnisfrage in der Form „War er dann noch schneller?“ gibt der Lehrkraft eine Rückmeldung, ob der Sachverhalt verstanden wurde. Das Rätsel kann man abschließend durch die Nennung der Spitzengeschwindigkeit Usain Bolts von ca. 44 km/h auflösen. Die Lerngruppe hat somit zum ersten Mal zwei Geschwindigkeiten mit unterschiedlichen Einheiten miteinander verglichen.

Frage 3: Wie schnell ist der aktuell schnellste Aufsitzrasenmäher der Welt?

Antworteingabe:

▢ 187 km/h

▢ 214km/h

▢ 100 mph

▢ 150 kmh

Die Diagnosestunde endet mit einem rasenden und motivierenden Abschluss, der zur nächsten Stunde überleitet. Der Honda Mean-Mower erreichte beim Guinness World Record sagenhafte 187 km/h. In einem beeindruckenden Video wird genau gezeigt, wie dieser Weltrekord (116,57 mph) gemessen wurde. Die Messmethodik mit Entfernungsmessrad und digitaler Zeitmessung leitet nahtlos zur Folgestunde zur Geschwindigkeitsmessung über.

roter Aufsitzrasenmäher

(c) Lawn Tractor Isolated chas53 via Stock Adobe

Schluss

Die Schülerinnen und Schüler sollen für die nächste Stunde spannende Geschwindigkeitsrekorde vorbereiten, die sie dann in der Klasse vorstellen. Besonderen Gesprächsstoff liefert hier der Geschwindigkeitsrekord des schnellsten Serienfahrzeugs der Welt.

Fachliche Ausprägungen der Indikatoren zu Item 2.3

Freundlicher und respektvoller Umgang mit den Schülerinnen und Schülern

Das Einstiegsquiz sorgt von Anfang an für eine freundliche und angenehme Lernatmosphäre und der Wetteinsatz für eine noch größere Motivation. Über die eingesetzte Software bekommt die Lehrkraft automatisch einen Überblick über das Vorwissen aller Schülerinnen und Schüler (z. B. Diagramme zu den Ergebnissen des Quiz). Zu einem respektvollen Umgang gehört es, dass man die Lerngruppe vorher befragt, ob die Ergebnisse personifiziert vor der Klasse gezeigt werden sollen. Ungenaue physikalische Ausdruckweisen wie km*h können in einer angstfreien Lernumgebung thematisiert und korrigiert werden. In dieser Phase des Lerngangs ist es wichtig, möglichst bei vielen Schülerinnen und Schülern Rückfragen bezüglich ihrer Antworten zu stellen. Nur so werden möglichst viele in das Thema eingebunden. Um aus der Umgangssprache eine Fachsprache wachsen zu lassen ist es wichtig, dass die Lehrkraft alle Lernenden aussprechen lässt.

Alle Schülerinnen und Schüler gleich freundlich behandeln

Besonders beim Einstieg in ein neues Thema ist es wichtig, dass man das Vorwissen aller Schülerinnen und Schüler abfragt. Anders als beim Frontalunterricht bietet ein Onlinequizz mit digitalen Medien den Vorteil, dass aufgrund der eigenständigen Beantwortung alle Schülerinnen und Schüler gleichzeitig teilnehmen können und so auch das Vorwissen bei allen aktiviert wird (vgl. Item 1.2 kognitive Aktivierung). Auch wenn keinerlei Vorwissen vorhanden ist, sind alle Jugendlichen durch den alltagsnahen Kontext eingebunden. Da jede(r) in der Lerngruppe dieselben Fragen beantworten muss, werden alle gleich behandelt. Auch weniger an Physik interessierte Schülerinnen und Schüler werden mit diesem Kinematik-Quiz aktiviert.

Interesse zeigen für die Perspektiven und Meinungen der Lerngruppe

Im Verlaufe des Quiz kann es teilweise zu hitzigen Diskussionen kommen. Besonders Jungen diskutieren in der Großgruppe kontrovers über das schnellste Serienfahrzeug der Welt, das einigen aber bekannt ist. Über solche Diskussionen kann man sich im Physikunterricht nur freuen und sollte darauf achten, dass eine positive Debattenkultur entsteht. Im Sinne eines sprachsensiblen Unterrichts ist dabei zu beachten, dass alle auftretenden Fachbegriffe korrekt verwendet werden. Für das Thema wichtige Begriffe wie Spitzengeschwindigkeit oder Durchschnittsgeschwindigkeit können an der Tafel festgehalten werden. Durch Mimik und Gestik kann der Lerngruppe echtes Interesse seitens der Lehrkraft signalisiert werden. Rückfragen durch Ich -Botschaften unterstützen diesen Prozess.

Gefühle und außerschulische/nicht fachliche Probleme ernst nehmen

Das Fach Physik ist bei vielen Schülerinnen und Schülern mit negativen Emotionen behaftet (Hoffmann, Häußler, & Lehrke, 1998). Besonders eine zu frühe Mathematisierung bereitet vielen Schülerinnen und Schülern Probleme. Das lange Verweilen auf der enaktiven und symbolischen Ebene stellt daher eine konstruktive Unterstützung für die Lerngruppe dar. Die Berücksichtigung von Präkonzepten ist eine Möglichkeit, um negative Gefühle gegenüber dem Physikunterricht zu reduzieren. Beim Einstieg in die Kinematik in der Sekundarstufe I betrifft das besonders die Fehlvorstellung, dass der Bewegungsablauf als Ganzes und nicht die Momentan-Bewegung betrachtet wird (Wodzinski, 1996). Beim Aufsitzrasenmäher werden bewusst Emotionen und Gefühle angesprochen, weil sie das Lernen positiv unterstützen können. Behutsam aber konsequent sollte man in der Stunde auf die Trennung von Alltagssprache (km*h) und Fachsprache (km/h) Wert legen. Nur so wird ein gutes Fundament für die zukünftige Mathematisierung gelegt, die möglichst wenige Schülerinnen und Schüler verschreckt. Mit Schülerinnen und Schülern, die mit außerschulischen Problemen in den Unterricht kommen, sollte - wenn möglich - zunächst ein einfühlsames Gespräch geführt werden, bevor man in den Unterrichtsalltag zurückkehrt.

4.5 Lehrer geht auf persönliche Berichte oder Probleme ein

Besonders bei Fragen zu Geschwindigkeitsrekorden und Wettläufen haben Jugendliche viel Persönliches zu erzählen. Hier kann die Frage nach dem schnellsten Schüler oder der schnellsten Schülerin gewinnbringende Diskussionen auslösen, die aber in einem angemessenen Rahmen bleiben sollten. Häufig wird an dieser Stelle auch die Zeitmessung und die Distanz bei den Bundesjugendspielen thematisiert. Hier können beispielsweise Probleme beim Einsatz der Starterklappe als visuelle und akustische Hilfe beim Start diskutiert werden. Durch bereits vorgefertigtes Material kann der genaue Ablauf der Geschwindigkeitsmessung visualisiert werden. In der Folgestunde kann dann der Unterricht ins Freie verlegt werden, um die schnellste Schülerin oder den schnellsten Schüler motivierend im Physikunterricht zu bestimmen.

Literaturverzeichnis

  • Barmeier, M., Ciprina, H. J., & u.a. (03. 07 2024). Klett Homepage: assets.klett.de
  • Freundner-Hunneke, I., Möllers, R., & Schulz, S. (03. 07 2024). Schroedel Erlebnis Physik: westermann.de
  • Hoffmann, L., Häußler, P., & Lehrke, M. (1998). IPN Interessenstudie Physik. Kiel: Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften.
  • Klopsch, B. (2019). Quereinstieg. Unterrichtsprozesse planen und Durchführen. Hamburg: Persen.
  • Ministerium für Kultus Jugend und Sport. (2016). Gemeinsamer Bildungsplan für die Sekundarstufe I. Stuttgart: Baden-Württemberg.
  • Minnameier, G., Hermkes, R., & Mach, H. (2015). Kognitive Aktivierung und Konstruktive Unterstützung als Prozessqualitäten des Lehrens und Lernens. Zeitschrift für Pädagogoik 61(6), S. 837-856.
  • Sliwka, A., Klopsch, B., & Dumont, H. (2022). Konstruktive Unterstützung im Unterricht. Wirksamer Unterricht Band 3. Baden Württemberg: Institut für Bildungsanalysen Baden Württemberg (IBBW).
  • unbekannt. (2024). Mensch und Tier im sportlichen Vergleich. Magazin der Schwäbischen Zeitung, 3-4.
  • Wacker, M. (03. 07 2024). Cornelsen Physik: cornelsen.de
  • Wodzinski, R. (1996). Untersuchung von Lernprozessen beim Lernen Newtonscher Mechanik im Anfangsunterricht. Münster: LIT-Verlag.

Internetlinks

  • Schnellster Aufsitzrasenmäher der Welt: youtube.com (letzter Zugriff November 2024)
  • Leifiphysik: leifiphysik.de (letzter Zugriff November 2024)