Naturphänomene: Hören und Sehen
Naturphänomene-Einheit in Klasse 5
1.) Stundenübersicht
2.) Vorbemerkungen
3.) Stundenbeschreibung
3.1 Einführungsspaziergang
3.2 Einführung in die Akustik: Tonerzeugung (Doppelstunde)
3.3 „Das magische Auge“
3.4 Schallkanone
3.5 Schnurtelefon
3.6 Abschluss (nach den Herbstferien)
4.) Mögliche Alternativen und Ergänzungen
5.) Anhang
1.) Stundenübersicht
Zeitbedarf: Zwischen 8 und 10 Schulstunden.
1 Spaziergang zur Einführung in das Fach
2 Einführung in die Akustik: Schallerzeugung; Papiertrompete (Doppelstunde)
3 „Das magische Auge“ (Töne sichtbar machen; Blasröhrchen)
4 Schallkanone
5 Sprechverbindung
6 Hausexperimente: Musikinstrumente
7 Abschlussaufgaben zur Akustik
2.) Vorbemerkungen
Diese Einheit habe ich an den Anfang der Klasse 5 gestellt. Sie diente damit auch zugleich als Einstieg in das neue Schulfach Naturphänomene. Der Unterricht ist eher offen konzipiert, d. h. es finden keine größeren Experimente statt, die Schüler agieren sehr viel miteinander, tauschen Ideen und Vorstellungen aus, stellen ihre Versuche z. B. zur Tonentstehung gegenseitig vor. Entsprechend ihrem großen Mitteilungsbedürfnis nehmen Schülerbeiträge einen breiten Raum ein. In die einzelnen Stunden ist also „weniger Stoff gepackt“, die Schülerinnen und Schüler sollen genug Zeit für den Austausch erhalten.
3.) Stundenbeschreibung
3.1 Einführungsspaziergang:
Material: Buch: Fynn: Hallo, Mister Gott, hier spricht Anna.
1.) Thema: Sinneswahrnehmungen (SLG) z.B. Hören - Ohren, Sehen - Augen mit interessierenden Phänomenen in der Natur, z. B. das Gewitter mit Knall und Blitz
zugehörige Forschungsgebiete: Akustik, Optik, ...
(evtl. können die Ss dazu jetzt (oder als HA) einen kleinen Aufsatz schreiben oder ein Bild malen: Welche Phänomene beeindrucken mich?)
2.) Mit offenen Augen und Ohren weitergehen: Was nehmen wir wahr?
3.) Notwendig: Neugierde, diese Phänomene zu untersuchen; Fragen stellen.
Was könnte uns interessieren, welche Fragen können wir stellen? (z. B. Warum?)
4.) Vorlesen: Text: aus Anna, S. 6 -11 (Anna kommt zu Fynn) und S. 20 (Anna stellt Fragen)
Mitbringen: Stricknadel oder langes Lineal; wer hat, einen Luftballon; anderes zur Tonerzeugung
Immer mitbringen: Schere, Tesa, Buntstifte, Bleistift, Heft DIN A4 kariert ohne Rand
3.2 Einführung in die Akustik: Tonerzeugung (Doppelstunde)
Material: Grashalme, Styropor, Kreide, ... zur Tonerzeugung,
Klassensatz Din-A4 Papier (für den Bau der Papiertrompete)
Kopie: Kopie 1 (Papiertrompete), Kopie 2 (als Heimexperiment)
Text: Anna, S. 26 ff (Untersuchung von Tönen)
1.) Ruhig werden: Ruhe im Gegensatz zum Lärm / zu Tönen
2.) Lesen: Anna untersucht Töne (Freiwillige HA: mit dem Kassettenrecorder auf Tönefang)
3.) Schallerzeugung: Wer kann einen Ton erzeugen?
(vielfältige Formen mit der Hand, mit dem Mund, mit Hilfsmitteln ...); die Schüler können der Reihe nach ihre Methoden zur Tonerzeugung demonstrieren (das kann lange dauern, ist aber dank der Kreativität der Schüler auch lange interessant).
4.) Anlegen des Heftes: Tafelanschrieb:
„Naturphänomene in Klasse 5
I. Hören und Sehen
Mit offenen Augen und Ohren nehmen wir viele Phänomene war. Wir wollen diesen auf den Grund gehen, nachfragen, warum wir etwas hören und sehen.
1.) Hören (Akustik: Die Lehre von den Tönen)
Tonerzeugung: Ich kann einen Ton erzeugen, indem ... | Dabei beobachte ich, dass ...
5.) Die Ss sollen in ihr Heft selbständig mind. 4 Möglichkeiten zur Tonerzeugung eintragen:
z.B.: ich pfeife, also Luft durch die Lippen blase
ich durch einen Grashalm blase.
ich spreche oder singe.
ich einen Luftballon „zischen“ lasse.
ich schalge ein Lineal an der Tischkante an
Anschließend lesen einige Ss ihren Aufschrieb vor.
6.) Was beobachten wir jeweils? Gemeinsam werden die vorgelesenen Beispiele untersucht.
Dann tragen die Ss für ihre Bsp. die Beobachtungen ein. (Für Rückfragen geht der L umher.)
z. B.:... die Lippen vibrieren.
... der Grashalm hin- und herschwingt.
... der Kehlkopf er vibriert (wie man mit der Hand ertasten kann)
...die Öffnung des Luftballons vibriert.
... das Lineal Schwingungen ausführt.
7.) Bau der Papiertrompete: Ton erzeugen durch Ziehen, so dass das Papier vibriert
Anleitung: Kopie 1; DIN A4 Papier; Schere; Tesa
(Der L muss vorher üben; manche Ss haben Schwierigkeiten und benötigen Hilfe.)
8.) Nach der Bau und Übungsphase: Wer kann den lautesten / den schönsten / den längsten / den originellsten Ton erzeugen?
9.) Erkenntnis formulieren lassen:
„Töne entstehen durch ... (Ss:) Schwingungen (Vibrationen);
Bsp.: beim Pfeifen schwingt ... etc. “
und im Heft festhalten und einrahmen.
10.) Nun sind aber nicht alle Töne gleich. Sie unterscheiden sich durch ...
Tonhöhe und Lautstärke (hoch - tief; laut - leise).
Tonhöhe und Lautstärke variieren:
Die Ss sollen zuerst selbständig mit ihrer Stricknadel bzw. ihrem Lineal laute und leise bzw. hohe und tiefe Töne erzeugen. Anschließend werden die Ergebnisse vorgeführt.
11.) Nun können die wichtigen „Je - desto - Sätze“ formuliert und ins Heft eingetragen werden.
(„Wenn wir die Stricknadel verkürzen, wird die Schwingung schneller“)
„Je schneller die Schwingung wird, desto höher wird der Ton“
„Je heftiger die Schwingung, desto lauter wird der Ton“
Bsp.: Je stärker wir die Stricknadel auslenken, desto lauter ist der Ton.
Je schneller sie schwingt, desto höher ist der Ton.
HA: Freiwillige Hausaufgabe: mit dem Kassettenrecorder auf Tönefang
Kopie 2: als Heimexperiment
Mitbringen: Nur das Übliche und die „Papiertrompete“, Lineal, Stricknadel und Luftballon, weitere Tonerzeuger nach freier Auswahl
3.3 „Das magische Auge“
Material: Oszilloskop mit Mikrophon, Stimmgabel, Schwingungsrohr etc. zur Tonerzeugung
Klassensatz Plastikstrohhalme für Tröte (Vorschlag von Simone)
1.) Kurze Wiederholung anhand von Papiertrompete, Luftballon und Lineal / Stricknadel.
2.) Besprechung des Heimexperimentes und der „gefangenen Töne“
3.) Versuchbeschreibung zur Papiertrompete, Festhalten der Erkenntnisse im Heft
Papiertrompete:
(1) Bau: siehe Kopie
(2) Durchführung: Wir saugen vorsichtig die Luft an.
(3) Beobachtung: Wir hören wir einen tiefen Ton und sehen die Schwingungen des Papierdreiecks.
(4) Erklärung: Durch die Schwingungen des Papiers wird der Ton erzeugt.
4.) Vorschlag von Simone: Bau der Strohhalm-Tröte:
Strohalm ca. auf 5 cm kürzen; Zusammendrücken und auf einer Seite spitz zurechtschneiden (Tonerzeugung ist recht schwer und bedarf der Übung)
Wie wird hier der Ton erzeugt? Schwingungen der Luft!
5.) Sichtbarmachen von Tönen, wie bei Anna beschrieben, mit Hilfe des „magischen Auges“:
- Schöne, laute, leise, hohe, tiefe, originelle ... Töne erzeugen: möglichst vielfältig
- möglichst reine Sinusschwingungen (dabei jeweils y-Auslenkung und t-Ablenkung variieren, damit sich ein gutes Bild ergibt): am besten ist das Pfeifen
- Hohe - tiefe Töne pfeifen, laut -leise pfeifen: Wie ändert sich das Bild?
(evtl. : Erklärung der Schwingungsbilder anhand der Schreibstimmgabel und einer Rußplatte)
6.) Abzeichnen verschiedener Schwingungsbilder (z. B. unten angeführte):
Am Oszilloskop (Schwingungsseher) können wir Töne sichtbar machen:
Mitbringen: eine leere Klopapierrolle
3.4 Schallkanone
Material: für Schallkanone: Papier, Gummiringe, Karton, Plastikfolie
Kopie: Klassensatz Kopie 3 (Schallkanone)
1.) Bisher: Wie werden Töne erzeugt ...
Nun: Wie kommen die Töne bis in unser Ohr.
2.) Vorbereitung auf ordentliches Basteln:
- Material und Werkzeug zurechtlegen
- Anleitung genau lesen
- einzelne Schritte genau befolgen
- am Schluss aufräumen
3.) Bau der Schallkanone als Modell zur Schallausbreitung;
Ss probieren die Schallkanone aus
4.) Demonstration durch einzelne Ss
5.) Formulierung der Beobachtung / Versuch der Erklärung durch die Ss, dann Hefteintrag: (Immer als Vier - Schritt: Aufbau - Durchführung - Beobachtung - Erklärung)
Schallkanone
(1) Was haben wir gebaut? (siehe Kopie 3)
(2) Was haben wir getan? Wir schlagen auf die Membran.
(3) Was beobachten wir? Dabei wird das Papier auf dem Tisch ausgelenkt.
(4) Wie erklären wir das? Durch das Anschlagen der Membran gibt es einen Luftstoß, der durch die kleine Öffnung auf das Papier gelenkt wird und dieses mit „fortweht“!
Mitbringen: Variante 1: zwei leere Klopapierrollen (zu Kopie 4 a)
Variante 2: zwei leere Blechdosen (zu Kopie 4 b)
3.5 Schnurtelefon
Material: für Schnurtelefon: jeweils im Klassensatz:
Variante 1: Schnur, Gummiringe, Pauspapier, Büroklammern
Variante 2: Schnur, Hammer, Nägel, Gummiringe
Kopie: Klassensatz Kopie 4 a oder 4 b (Sprechverbindung);
je ca. 10 oder Klassensatz Kopien von 5a -5e
1.) Wiederholung Schallkanone; Warum bewegt sich das Papier?
2.) Wie können Töne an unser Ohr kommen? ... (Schwingungen - Luftschwingungen ..)
3.) Bau des Schnurtelefons: Je zwei Ss arbeiten zusammen!!
Anleitung: Kopie 4; Material: s. o.
4.) Selbständige Durchführung der Sprechverbindung
5.) Demonstration:
- So leise sprechen, dass ein „Kontrollschüler“ ohne Schnur am anderen Ende nichts versteht.
- Die Schnur unterbrechen (abschneiden oder nur festhalten)
- Wer hat die längste Leitung?
- Mehrere Telefone überkreuzen: Mithören
6.) Nachvollziehen der vier Schritte „Aufbau - Durchführung - Beobachtung - Erklärung“
Schnurtelefon
(1) Aufbau: (siehe Kopie 4)
(2) Durchführung: Ich spreche leise in die Dose.
(3) Beobachtung: Mein Partner kann am anderen Ende der Schnur verstehen, was ich gesagt habe.
(4) Erklärung: Der Ton wird durch die Schnur übertragen. Dabei schwingt die Schnur mit.
7.) Gibt es andere Beispiele für die Ausbreitung von Tönen? z. B. Wasserrohre ...
8.) Zusammenfassung:
Töne werden durch Schwingungen erzeugt. Dabei können sich diese Schwingungen ausbreiten, z. B. über die Schnur; ebenso können Wasserrohre übertragen Geräusche, so dass man in der Badewanne Geräusche aus anderen Stockwerken hört.
9.) Und dann kommt der Ton in unser Ohr. Was geschieht dann? ...
Das Trommelfell kann die Töne wahrnehmen, indem es durch diese zum Schwingen gebracht wird: Wir hören den Ton.
Heimexperiment: Musikinstrumente herstellen (Kopien 5 zur Auswahl)
3.6 Abschluss (nach den Herbstferien)
Kopie:Klassensatz Kopie 6 (Abschlussaufgaben), Kopie 7 (Lösung)
1.) An einer Skizze wird die Einheit zusammengefasst:
Schallerzeugung Schallausbreitung Hören
durch Schwingungen durch Schwingungen durch Schwingungen
(z. B. eines Lineals) (z. B. der Luft) des Trommelfells
2.)Vorstellung der Musikinstrumente
3.) Abschlussaufgaben (allein oder in Partnerarbeit)
4.) Besprechung
4.) Mögliche Alternativen und Ergänzungen
- alternativ zur Papiertrompete: Kopie von Klett „Brummflöte“ inkl. Zusatzversuch (Kopie 8)
- alternativ zum Heimexperiment „Schall sehen“: Kopie von Klett: „Töne sehen“ (Kopie 9)
- alternativ zum Heimexperiment „Schall sehen“: Kopie „Vibration einer Alufolie“ (Kopie 10)
- Ergänzung zum „Schall sehen“: Mit Stroboskop die Schwingungen einer Stimmgabel sehen
- Ergänzung zum „Magischen Auge“: Hörbereich - Ultraschall (mit Tongenerator)
- alternativ zur Schallkanone: Kopie von Klett: „Schall-Kanone“ (Kopie 11)
- alternativ zum „Schnurtelefon“: Kopie von Klett: "Dosen-Telefon“ (Kopie 12)
- Ergänzung zur Schallausbreitung "Stethoskop" (s. Kopie 10)
- Ausbreitung in Luft und durch den Tisch: Tickende Uhr auf den Tisch stellen
- Gute und schlechte „Leiter“: Dämmung mit weichen Materialien oder Eierkartons
- Eine Stunde zur Schallreflexion (Kopie 13)
5.) Anhang:
1.) Musterexemplare „Brummflöte“, „Strohhalm-Tröte“ und „Panflöte“
2.) Verwendete Kopien 1 - 7:
Kopie 1: Papiertrompete
Kopie 2: Schall sehen
Kopie 3: Schallkanone
Kopie 4: Sprechverbindung
Kopie 5 a - d: Musikinstrumente
Kopie 6: Abschlussquiz
Kopie 7: Lösung zum Abschlussquiz
3.) Kopien zu Alternativen und Ergänzungen 8 - 13:
Kopie 8: Die Flöte brummt
Kopie 9: Töne sehen
Kopie 10: Klang durch Vibrationen (Alufolie / Stethoskop)
Kopie 11: Schall -Kanone
Kopie 12: Dosen-Telefon
Kopie 13: Schall zurückwerfen
4.) Kopienverzeichnis:
a) Neil Ardley: „101 Exp. aus Wissenschaft und Technik“ , Loewe:
(!) S. 74 / 75: „Einführung“ und „Schall sehen“
S. 76 / 77: „Schallkanone“ und „Sprechverbindung“
S. 78 / 79: „Schallumleitung“
(!) S. 82 - 85: „Musikinstrumente“: Xylophon, Flöte, Horn, Banjo
b) M. Geschwandtner u. a. : Naturphänomemal, Band I, Klett:
(!) S. 30 / 31: „Brummflöte“
S. 32 / 33: „Töne sehen“
(!) S. 34 / 35: „Schallkanone“
(!) S. 36 / 37: „Dosentelefon“
(!) S. 38 / 39: „Quiz“ (als Arbeit?)
c) Erstaunliche Experimente, Bechtermünz Verlag:
S. 58 / 59: Vibrationen, Stethoskop, Klingende Gläser und Dezibel
(!) S: 60 / 61: „Musikinstrumente“: Zither
(!) S. 63: „Papiertrompete“
(!) S. 66: „ Dosentelefon“
Hinweis: R. Köthe: Das neue Experimentierbuch, Was ist Was, Tesloff: S. 40 ff