Jens Tiburski
20.04.2009

Die strömende Elektrizität - ein Selbstlernkurs

Die Verwendung von 3D-Animationen erhöht die Anschaulichkeit und unterstützt die Visualisierung von Aufgabenstellungen. Dies unterstützt das Verständnis der Vorgänge in dem für uns unsichtbaren Universum der Elementarteilchen.
 

Dieser Selbstlernkurs soll den Schülerinnen und Schülern der Mittelstufe helfen, die komplexe Problematik der Elektrizität und des elektrischen Stromes schrittweise zu erkennen und den Umgang mit den physikalischen Grundgrößen Stromstärke, Spannung und Widerstand zur Problemlösung sicher zu beherrschen. Dazu werden die Vorgänge im submikroskopisch kleinen Universum der Elementarteilchen mithilfe von 3D-Animationen verdeutlicht und auf eine höhere Ebene der Anschaulichkeit gehoben. Die Arbeit mit dem Kurs ist in Abschlussklassen zur Wiederholung und selbstständigen Prüfungsvorbereitung hilfreich.

Kompetenzen

Fachkompetenzen beim Einsatz in Klasse 6
Die Schülerinnen und Schüler sollen im Lernbereich "Elektrische Stromkreise"

  • einfache Modellvorstellungen des elektrischen Stroms kennen lernen.
  • die Begriffe "Leiter" und "Isolatoren" kennen lernen.
  • Bestandteile und Symbole von Schaltplänen beherrschen.
  • Arten von Stromkreisen (einfache, verzweigte und unverzweigte) beherrschen.

Fachkompetenzen beim Einsatz in Klasse 7
Die Schülerinnen und Schüler sollen im Lernbereich "Elektrische Leitungsvorgänge"

  • die elektrische Stromstärke kennen, insbesondere die Ladungstrennung, das elektrische Leitungsmodell, die physikalische Größe der elektrischen Stromstärke, die Stromstärkemessung [Umgang mit Messgeräten], die Stromstärke in verschiedenen Stromkreisen, das Erste Kirchhoffsche Gesetz, die Knotenpunktregel.
  • die elektrische Spannung kennen, insbesondere die physikalische Größe der elektrischen Spannung, die Spannungsmessung, die Spannung in verschiedenen Stromkreisen, das Zweite Kirchhoffsche Gesetz, die Maschenregel.

Fachkompetenzen beim Einsatz in Klasse 8
Die Schülerinnen und Schüler sollen im Lernbereich "Leitungsvorgänge in Metallen"

  • zusätzlich zu den oben beschriebenen Kompetenzen den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung kennen lernen, insbesondere das Ohmsche Gesetz, das I(U)-Diagramm von Konstantandraht und Glühlampe sowie den Begriff "Kennlinie".
  • Leben und Werk von Georg Simon Ohm (1789-1854) kennen lernen.
  • die physikalische Größe des elektrischen Widerstands kennen, insbesondere die Deutung mit dem elektrischen Leitungsmodell, die Berechnung von Widerständen, Spannung und Stromstärke und die Abhängigkeit des Widerstandes eines Leiters von Länge, Querschnittsfläche und Material.
  • die Kenntnisse über den elektrischen Widerstand auf technische Sachverhalte anwenden, insbesondere auf Festwiderstände und verstellbare Widerstände (Potentiometer), Vorwiderstände (mit Berechnung) und die Wheatstonesche Brücke.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaDie strömende Elektrizität
AutorJens Tiburski
FachPhysik
ZielgruppeKlassen 6-8; Prüfungsvorbereitung (Abschlussklassen)
Zeitraum4-6 Stunden (variabel)
Technische VoraussetzungenComputerarbeitsplatz (im Idealfall ein Rechner pro Person); VRML-Plugin, zum Beispiel blaxxun Contact (siehe Internetadressen), Browser mit aktiviertem JavaScript, Flash-Player (kostenfreier Download)

Didaktisch-methodischer Kommentar

Technische Hinweise
Der Kurs ist in Form einer interaktiven Webseite angelegt und wird nach dem Download (siehe unten) mit der Datei "index.htm" gestartet. Um das Menü (am linken Rand) anzeigen zu können, muss Ihr Browser in der Lage sein, Flash-Dateien anzuzeigen. Die dreidimensionalen Darstellungen der Lernumgebung wurden durch die objektorientierte Programmiersprache VRML (Virtual Reality Modeling Language) umgesetzt. Das zur Nutzung der 3D-Darstellungen erforderliche Plugin blaxxun Contact kann kostenlos aus dem Internet heruntergeladen werden (siehe unten). Nach dem Installieren des Plugins können die World-Dateien (WRL), die die VRML-Inhalte enthalten, im Browser angezeigt werden. Mit einem Rechtsklick in die 3D-Darstellung öffnet sich ein Kontextmenü, über das man verschiedene Funktionen aufrufen kann.

Einsatz im Unterricht
Dieser Selbstlernkurs soll als klassenstufenübergreifender Kurs einerseits die Grundlagen für die Arbeit mit den physikalischen Größen Stromstärke, Spannung und Widerstand in der Orientierungsstufe legen und andererseits in den darauf folgenden Klassenstufen gemäß der Kurrikulumsspirale darauf aufbauen. Vom Verständnis des Begriffs "elektrischer Strom" bis hin zu Berechnungen und Analysen von Stromkreisen führt der Kurs die Schülerinnen und Schüler mithilfe interaktiver Übungen zum sicheren Beherrschen dieses interessanten physikalischen Phänomens. Alle Kapitel sind zum besseren Verständnis mit 3D-Animationen ausgestattet. Insbesondere wenn die Schülerinnen und Schüler den Umgang mit dem Plugin blaxxun Contact sowie mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt sind, ist der Einsatz eines Beamers bei der Einführung des Kurses zu empfehlen.

Themen und Materialien

Internetadressen

Unterrichtsmaterialien

Plugin

Download

elektrizitaetslehre_3d.zip
 

Informationen zum Autor

Jens Tiburski unterrichtet die Fächer Mathematik und Physik an der 16. Mittelschule in Leipzig. Sein Hobby ist die 3D-Programmierung. Mehr Informationen zu den Aktivitäten des Autors finden Sie auf seiner Homepage.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
    Hier können Sie Kontakt mit Herrn Tiburski aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
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