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Wir nutzen Leiter und Isolatoren zur Lösung technischer Probleme

Intention

Die (fehlende) elektrische Leitfähigkeit von verschieden Gegenständen und Stoffen wird für den Bau eines Schalters bewusst genutzt. Ein Verbraucher (hier Glühlampen) muss so an- und ausgeschaltet werden, dass es sicher für den Menschen ist und wir diesen Vorgang möglichst einfach wiederholen können.

Lernausgangslage

  • Die Schülerinnen und Schüler kennen den einfachen geschlossenen Stromkreis.
  • Sie wissen um die Bedingungen, wann die Glühlampe leuchtet.
  • Der Weg der Elektrizität (der Elektronen) innerhalb des Stromkreises ist innerhalb des Modells geklärt und ist nun Grundlage für weitergehende Überlegungen.
  • Eine genauere Vorstellung von Kurzschlüssen ist ebenfalls angebahnt. Dazu kommt die Idee, die Elektrizität so zu beeinflussen, dass der Mensch sie optimal nutzen kann.
  • Die SuS wissen um grundsätzlich um die Funktion und Beschaffenheit (Material) von Leitern und Isolatoren.

Mögliche Vorgehensweisen

Einstieg

  • Im Kinokreis wird das Material (1 Fassung, 1 Glühlampe, 1 Batterie, 3 Stromkabel) für die Aufgabe gezeigt.
  • Es wird der Schalter für die Deckenbeleuchtung betätigt.
  • Die Schülerinnen und Schüler schauen sich einen Schalter aus dem Baumarkt an und überlegen in einer Murmelphase, was der Schalter können muss.
  • (Er muss den Stromkreis zuverlässig öffnen und wieder schließen).
  • Außerdem wird gefragt, welche verschiedenen Materialien gebraucht werden und wie die Sicherheit für Menschen gewährleistet sein kann. (Zwei Kabel aneinander zu halten ist kein funktionierender Schalter und es braucht leitende und isolierende Materialien).
  • Evtl. können auch Schalter aus Strombaukästen für die Schule gezeigt und erprobt werden. 
  • Schülerinnen und Schüler äußern Vermutungen über eine mögliche Konstruktion
  • in Partnerarbeit eine Lösung für das Problem (Konstruiere einen Schalter aus Leitern und Isolatoren, der die Bedingungen für einen Schalter erfüllt) finden.
  • Dabei hilft die Sichtung der aufgebauten Materialtheke, die geeignete Materialien für den Bau bereit hält.

Erarbeitung

  • In Partnerarbeit konstruieren die Schülerinnen und Schüler einen Schalter.
  • Je besser die Kinder geplant und je mehr sie vor Augen haben, was ein Schalter können muss, desto bewusster gehen sie bei der Konstruktion und Umsetzung vor.
  • Der Schalter wird vergrößert in „an“ und „aus“ gezeichnet und ggf. wieder mit Sprechblasen kommentiert.

Zwischenreflexion oder Beratungsansätze:

Welche Rolle spielen die Isolatoren und wie kannst du sie einbauen? Wie kannst du die Materialien sinnvoll nutzen, ohne sie zu verschwenden?  

Optional:

Aus Zeitersparnis kann auch ein offener Hebelschalter nachgebaut werden, um dann schneller zu Lösungen zu kommen. Dies ist auch eine mögliche Differenzierung, um Kindern eine Hilfe zu geben. 

Abschluss

  • Die Lösungen und Schalter werden verglichen.
  • Vor- und Nachteile und vor allem die verschiedenen Wege des Stroms besprochen.
  • „Kurzschlussschalter“ (s.o.) werden identifiziert und erklärt. 

Angestrebtes Unterrichtsergebnis

  • Schülerinnen und Schüler sollen einfache technische Problemstellungen lösen und verstehen.
  • SuS bauen, erkennen und erklären sinnvolle Schalterkonstruktionen.
  • Kurzschlüsse werden vermieden und in Konstruktionen erkannt.