Brücken im Physikunterricht – eine praktische Umsetzung

  • Physik / Technik
  • Sekundarstufe I
  • 4 bis 5 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt, Experiment
  • 6 Arbeitsmaterialien

Diese Unterrichtsmaterialien zum Thema "Brücken" behandeln eines der zentralen Themen des Physikunterrichts in verschiedenen praktischen Umsetzungen. Der Begriff der Kraft wird durch Bauwerke und eigene Experimente zum Thema greifbar gemacht. Die Unterrichtseinheit wurde im Kontext des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Programms "Junior-Ingenieur-Akademie" entwickelt.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Mit dieser Unterrichtseinheit erarbeiten die Schülerinnen und Schüler den Begriff der "Kraft" im Zusammenhang mit Bauwerken. Brücken müssen große Lasten tragen. Steht eine Brücke und wird diese benutzt, sollte nicht der geringste Zweifel aufkommen, dass sie der Belastung nicht standhalten kann. Der im Physikunterricht geprägte Begriff der Kraft wird erfahrbar gemacht. Die Schülerinnen und Schüler bauen Brücken aus Lego und Strohhalmen nach und experimentieren damit, sich selbst zu tragen. Die Kraft und deren Anwendungen im Brückenbau unterstützen dabei die Erkenntnisgewinnung.

Der Einstieg in das Thema erfolgt über ein Arbeitsblatt zu verschiedenen Brückenarten und deren Einsatzmöglichkeiten. Zwei Experimente zur Balkenbrücke und der Frage, wie sich die Last darauf verteilt, schließen sich an. Die Lernenden erarbeiten die Zugkräfte, indem sie diese zeichnerisch auf einem Arbeitsblatt bestimmen. Anhand von zwei weiteren Übungen bauen die Schülerinnen und Schüler unter anderem eine eigene Hängebrücke, ehe die Einheit mit einem Concept Cartoon abgeschlossen wird.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Schülerinnen und Schüler benötigen Grundkenntnisse über den Begriff der Kraft. Im weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit hilft es, wenn Schülerinnen und Schüler in verschiedenen Situationen erkennen können, dass eine oder mehrere Kräfte wirken. Wenn die Lernenden typische Beispiele aus den Schulbüchern kennen, reicht das aus. Außerdem sollten sie wissen, wie Kräfte mit verschiedenen Maßstäben zeichnerisch dargestellt dargestellt werden können. Hierfür müssen sie gegebenenfalls vorher üben, wie eine beliebige Kraft auf eine Pfeillänge bezogen auf einen gegebenen Maßstab umgerechnet wird. Damit sich die Schülerinnen und Schüler vorstellen können, was eine Kraft ist und welche Folgen die Einwirkung einer Kraft hat, kann diese Unterrichtsreihe durch die Betrachtung von Bauwerken eine einprägsame Erfahrung liefern. Dass Bauwerke sehr große Kräfte aushalten müssen und enorme Belastungen erfahren, können die Schülerinnen und Schüler handlungsorientiert und kooperativ erkennen, indem sie Versuche durchführen und verschiedene Phänomene beobachten. Praktische Beispiele, wie zum Beispiel Versuche mit Experimentier- und Alltagsgegenständen sowie dem eigenen Körper, machen dieses Wissen erfahrbar.

Die Einheit ist als Unterrichtsreihe geplant. Die einzelnen Arbeitsblätter bauen logisch aufeinander auf, einzelne Experimente und Arbeitsblätter können aber auch im Rahmen anderer Unterrichtsthemen verwendet werden. Das gilt allerdings nicht für Arbeitsblatt 6, das zur Überprüfung des Kompetenzzuwachses der vorangegangen Aufgaben gedacht ist. Einige Aufgaben lassen sich als Einzelarbeit oder als Hausaufgabe bearbeiten. Generell ist die gesamte Einheit jedoch auf kooperatives Lernen in (Klein-)Gruppen ausgelegt. Hier bietet sich bei vielen Arbeitsblättern die Think-Pair-Share-Methode an. Vor allem die Experimente, bei denen die Lernenden eigene Werke herstellen müssen, sind in der Gruppe einfacher zu lösen.

Ergänzend zur Aufgabenstellung auf Arbeitsblatt 1 kann auch eine Internetrecherche zu verschiedenen Brückentypen erfolgen. Mit den Resultaten der Experimente von Arbeitsblatt 2 kann begründet werden, dass eine Brücke nicht beliebig lang sein kann. Interessant für die Lerngruppe ist es, dass sie durch Arbeitsblatt 3 erfährt, dass eine Person von einer anderen Person aus dem Stand gehalten werden kann. Hängt die zu haltende Person jedoch an einem Seil, muss das Seil von der gesamten Lerngruppe gehalten werden. Der Versuch auf Arbeitsblatt 4 kann bei Bedarf auch als Demonstrationsversuch durch die Lehrkraft erfolgen. Die Erstellung einer eigenen Hängebrücke sollte aus Gründen der Erkenntnisgewinnung jedoch durch die Lernenden selbst erfolgen.

Unterrichtsmaterial "Brücken im Physikunterricht" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • wenden das Wissen und Können über die physikalische Größe Kraft sachbezogen an.
  • erkennen insbesondere in der praktischen Anwendung den Nutzen von Kräfteparallelogrammen.
  • beurteilen mit ihren erworbenen Kenntnissen

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • erarbeiten zusammen Versuchsdurchführungen.
  • führen gemeinsam Versuche nach einer Anleitung durch.
  • erstellen kollaborativ Protokolle zu den Versuchen.
Autor
Avatar Hendrik Josch-Pieper

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Frei nutzbares Material
Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.

In Kooperation mit

Junior-Ingenieur-Akademie

Die Materialien sind im Programm "Junior-Ingenieur-Akademie" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden.

Auszeichnung

Comenius EduMedia Siegel 2021

Das Dossier "Junior-Ingenieur-Akademie: für Technik begeistern" ist mit dem Comenius EduMedia Siegel 2021 ausgezeichnet worden.

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