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Methodik des Experimentierens Der Königsweg zur naturwissenschaftlichen Erkenntnis (Kausal orientiert)
EGS Schülerexperimentiergerätesystem Zusammengestellt: U. Krauß
Das Experiment/Gliederung 1. Das Experiment im Unterricht 2. Warum Experimente? 3. Experiment und Alltagspsychologie 4. Experiment und Hypothesen 5. Erkenntnismethoden 6. Das Experiment und der Erkenntnisprozess/1 7. Das Experiment und der Erkenntnisprozess/2 8. Das Experiment und der Erkenntnisprozess/3 9. Das Experiment/Merkmale 10. Das Experiment/Auswahlkriterien 11. Das Experiment/Arten 12. Das Experiment/Ziele 13. Aufbau und Wirkungsweise des Relais 14. Das Experiment/Relais 1 15. Das Experiment/Relais 2 16. Das Experiment/Transistor/1 17. Das Experiment/Transistor/2 18. Das Experiment/Darlington 1 19. Das Experiment/Darlington 2 20. Das Experiment/Darlington 3
Das Experiment im Unterricht Experimente TC 5
Wahlpflicht 4 - Nachrichten übertragen
TC 6
LB 1 - Konstruieren techn. Objekte Wahlpflicht 4 - Signale nutzen
WTH 8
LB 1 - Produktion von Gütern
WTH 9
LB 2 - Wohnen und Wohnumfeld
WTH 10
LB 2 - Entw. u. Herst. elektr. Schaltungen
Projekte
Naturwissenschaft
NK
Natur und Technik
Fächerverb. u. fachübergr. Arbeiten Ausbau
Natur und Kultur/Technik WTH
Schnittstelle f. Info
Warum Experimente? Warum denn Experimente ? Gleich und gleich gesellt sich gern
Gegensätze ziehen sich an
?
Experiment und Alltagspsychologie Probleme der Alltagspsychologie: • • • •
Falsche Annahmen können durch den Zufall bestätigt und damit verfestigt werden Falsche Annahmen beeinflussen Handlungen, die ihrerseits das Ergebnis beeinflussen können Menschliche Wahrnehmungen sind oft verzerrt, dadurch gibt es keine genau definierten Konzepte Fakten, Ereignisse werden nachträglich erklärt, um in das eigene Weltbild eingeordnet werden zu können
Es fehlen klare Theorien und Definitionen, überprüfbare Hypothesen und geeignete Messmethoden!
Experiment und Hypothesen Wie werden im Alltag Hypothesen überprüft? (z. B. bei Sabine Christiansen?)
• Durch subjektive Überzeugung • Durch Verweise auf anerkannte (?) Autoritäten • Durch Einzelbeispiele aus der eigenen Erfahrungswelt
Keine dieser Methoden ist aus wissenschaftlicher Sicht brauchbar!
Erkenntnismethoden Beobachten Untersuchen Vergleichen Modellieren Analysieren Synthetisieren Befragen …………… Experimentieren
Induktiv
Deduktiv
M i t
Experimente •wecken Interesse •vermitteln Inhalte
d e n Z i e l e n
•verstärken Lerneffekte •veranschaulichen Sachverhalte •verdeutlichen Zusammenhänge •stärken Sozialformen •schulen Beobachten •dienen der Erkenntnisgewinnung
Das Experiment und der Erkenntnisprozess/1 Beispiel Brot backen:
• • • •
Warum geht der Brotteig auf?
Herausarbeiten der Fragestellung Demonstrationsversuch Einführung in den Erkenntnisprozess Zusammenfassung Rückschlüsse
Lehrerdemonstration 30 Minuten
Das Experiment und der Erkenntnisprozess/2
Versuchsplanung
Versuchsdurchführung
Erkenntnisgewinnung
Das Experiment und der Erkenntnisprozess/3 Frage
Bewertung Prozessorientiert
Vermutung (Hypothese) Versuch (Experiment)
Ergebnis Bewertung Ergebnisorientiert
Schlussfolgerung
Das Experiment/Merkmale •Validität (Gültigkeit) •Reliabilität (Genauigkeit, Zuverlässigkeit) •Objektivität •Wiederholbarkeit
Das Experiment/Auswahlkriterien •Ist das Experiment methodisch-didaktisch geeignet •Haben die Schüler das notwendige Vorwissen •Führt das Experiment zu reproduzierbaren Ergebnissen •Ist das Experiment unterrichtsökonomisch •Entspricht das Experiment den Lernzielebenen
Das Experiment/Arten •Einführungsexperiment •Entdeckendes Experimentieren •Bestätigendes Experimentieren •Lehrerer- u. Schülerexperiment •Langzeit- u. Kurzeitexperiment •Erarbeitungsexperiment •Festigungsexperiment •Kontrollexperiment
Das Experiment/Ziele •Kausale Zusammenhänge herstellen (Ursache-Wirkung) •Lösung technischer Probleme •Bestimmung von Leistungsparametern
Aufbau und Wirkungsweise des Relais Schaltzeichen
Klappanker
Kontaktsatz
Wechsler oder Öffner, Schließer
Spule
Anschluss Eisenkern (verdeckt)
Spule mit Eisenkern
Aufbau und Wirkungsweise des Relais Wirkungsweise eines Relais: Ein Relais ist ein elektromagnetisch betätigtes Bauteil. An der Spule wird eine Gleichspannung angelegt. Es baut sich ein magnetisches Feld um den Spulenkörper auf. Die Kraft des Magnetfeldes zieht den Klappanker an und Kontakte können dadurch geschlossen und geöffnet werden.
Schaltplan: (in Selbsthaltung)
Das Experiment/Relais 1 Beobachtung
Neugierde Welches Bauteil?
Maschine klickt beim Ein- u. Ausschalten
Überleitung zum Experiment Aufbau, Überprüfung, Durchführung Ergebnis Aussage/Schlussfolgerung
Problem Selbsthaltung
Hypothesen Schaltungen, die das Relais ständig unter Spannung halten, entwickeln
Das Experiment/Relais 2 A
20
B
21
C
22
D
23
Selbsthaltung Galvanische Trennung
Steuerstromkreis
Arbeitsstromkreis Das Relais wird durch die Selbsthaltung ständig unter Spannung gehalten!
Aufbau und Wirkungsweise des Transistor C E
B
C
B
E
Schaltplan mit Messgeräten
Steuerstromkreis Wirkungsweise: Der Transistor besitzt drei Anschlüsse. E steht für Emitter, B steht für Basis und C steht für Kollektor. Im Basis-Emitter-Stromkreis fließt ein kleiner Strom. Dieser Strom wird im Kollektor-Emitter-Stromkreis um ein Vielfaches verstärkt. Deshalb ist der Transistor ein Stromverstärker und kontaktloser Schalter.
A
I B
A
IC
Arbeitsstromkreis
Das Experiment/Transistor/1 Beobachtung
Neugierde Warum Unterschiedliche Größe?
Welches Bauteil?
Überleitung zum Experiment Aufbau, Überprüfung, Durchführung Ergebnis Aussage/Schlussfolgerung
Problem RadioRöhre! Was ist anders?
Hypothesen Schaltung entwickeln, die die gleiche Funktion erfüllt
Das Experiment/Transistor/2 E
B
B
C C
20
B
21
C
22
D
23
E
E
B
A
B
C C
E
A
I B
Steuerstromkreis
A
IC
Arbeitsstromkreis
Das Experiment/Darlington 1 C B
C E B E
BC 547
BD 135 oder BD 241 A
Schutz vor Induktionsströmen Der Emitter des ersten Transistors steuert die Basis des zweiten Transistors. Die zwei Kollektoren sind miteinander verbunden und steuern das Betriebsmittel an.
Das Experiment/Darlington 2 E
B
B
C C
E
E
B
C B E
B
C C
E
A
20
B
21
C
22
D
23
Das Experiment/Darlington 3 E
B
B
C C
Zum R=10K
E
E
B
C
B
C
B
B
C C
E
E
B
direkte Ansteuerung des Motors
E
E
Zum R=10K
M
G E T R I E B E
B
C C
E
M
G E T R I E B E
indirekte Ansteuerung des Motors
Das Experiment/Bildmaterial
Versuch-Transistor
Darlington-Transistor steuert Motor an
Darlington-Transistor steuert Relais anRelais schaltet den Motor
Das Experiment Quellennachweis: http://alserver01.human.uni-potsdam.de/laabs/FUE/Das%20technische%20Experiment.pdf. http://www.zdt.uni-hannover.de/pdf/skripte/didaktik/DT-4-Unterrichtsmethoden.pdf http://www.uni-saarland.de/fak5/excops/download/das_experiment.pdf
http://www.sn.schule.de/~nwz/pdf/Methodik%20des%20Experimentierens.pdf
