Arbeitsauftrag 1

Hilfsmittel:

Objekte mit unterschiedlichem Gewicht, Arbeitsblatt, Internet

Arbeitsvorgang:

Die Lehrerin/ Der Lehrer initiiert eine Diskussion darüber, was die Objekte auf den Boden fallen lässt. Ziel der Diskussion ist es herauszufinden, was die Schülerinnen und Schüler bereits über die Gravitation und ihre Auswirkungen auf Objekte wissen. Die Lehrerin/ Der Lehrer kann die gleiche Situation nutzen, um diese Diskussion zu beginnen, wie er sie im Thema Magnetismus verwendete – Arbeitsauftrag 1 mit einer Büroklammer auf dem Tisch. Die Lehrerin/ Der Lehrer bringt die Schülerinnen und Schüler dazu, an diejenigen vorgeschlagenen Prozesse zu denken, bei denen sie zur Bewegung der Klammer die Gravitation der Erde nutzten. Dann überlegen sie, ob es möglich ist, auch andere Objekte auf die gleiche Weise zu bewegen. Zum Beispiel, wenn ein Buch auf dem Tisch auf ein Papier gelegt wird. Ziel ist es, den Schülern zu vermitteln, dass schwierige Objekte nicht so leicht zu bewegen sind, was zur Identifizierung der ersten Forschungsfrage führt, um zu untersuchen, ob die Fallgeschwindigkeit von Objekten von ihrem Gewicht abhängt.

Zuerst fragt die Lehrerin/ der Lehrer, ob sie glauben, dass die Geschwindigkeit fallender Objekte vom Gewicht der Objekte abhängt. Die übliche Sicht der Schülerinnen und Schüler dieses Alters ist die Annahme der Fallgeschwindigkeit von Aristoteles – je schwerer das Objekt, desto schneller fällt es. Die Lehrerin/Der Lehrer schlägt vor, dass sie dieses Phänomen erforschen. Folglich führt die Lehrerin/der Lehrer die Schülerinnen und Schüler zu Arbeitsauftrag 1, wo sie mit der Entwicklung eines Verfahrens beauftragt wurden, um herauszufinden, ob die Fallgeschwindigkeit von dem Gewicht fallender Objekte abhängt. Diese Frage wird hervorgehoben, am besten ist es, sie sichtbar an die Tafel zu schreiben und dazu die Annahmen, die die Schülerinnen und Schüler im Klassenzimmer aufgestellt haben.

Im Sinne der Theorie der Entwicklung großer (komplexer) wissenschaftlicher Ideen ist es wichtig, den prozessualen Aspekt der Untersuchung in den Vordergrund zu stellen. Die Forschungsaufgabe ist offen. Solche Aufgaben betonen die Fähigkeit des Forschers, seine eigene Art der Überprüfung der Annahmen zu entwerfen. Dies bedeutet, dass der wichtigste Teil der aktiven Aktivität der Schülerinnen und Schüler der Vorschlag eines durchdachten Verfahrens und seiner Diskussion ist. Es eignet sich, wenn die Schülerinnen und Schüler in Gruppen arbeiten, in denen die Lehrerin/ der Lehrer die Gruppe beobachtet und nur dann berät, wenn die Schülerinnen und Schüler nicht mehr weiterkommen. Insbesondere ermutigt sie/er sie mittels Fragen, eigene Vorschläge zu machen.

Bei der Gestaltung der Prozeduren lehrt die Lehrerin/ der Lehrer die Schülerinnen und Schüler, mit den verschiedenen Attributen der Probanden (den so genannten Variablen der untersuchten Situation) zu arbeiten, auf denen sie die Fallgeschwindigkeit erfahren. Wenn das Ziel darin besteht zu bestimmen, ob die Fallgeschwindigkeit von Objekten von ihrem Gewicht abhängt, wäre es am besten, zwei Objekte zu haben, die sich nur im Gewicht unterscheiden und die anderen Eigenschaften (Variablen, insbesondere Form und Volumen) gleich sind.

In Anbetracht dieser Tatsache muss auch eine Teilforschungsfrage behandelt werden, die darauf abzielt, festzustellen, ob die beiden Objekte gleich groß sind. Zum Beispiel beschließen die Schülerinnen und Schüler, die Fallgeschwindigkeit von zwei Knetbällen zu vergleichen. Der größere Knetball ist schwerer, hat aber auch ein größeres Volumen und nimmt mehr Platz ein, daher wäre es gut, einen Plastikball mit einem gleichgroßen Glasball, Polystyrolball oder anderem Ball zu vergleichen. Hier besteht jedoch die Notwendigkeit zu sehen, ob sie wirklich gleich groß sind. Obwohl Größenvergleiche nur durch Schätzung von den Schülerinnen und Schülern gemacht werden können, ist es angemessener, sie auf die für wissenschaftliches Verfahren typische Präzision zu bringen und ihnen zu helfen, zu messen, ob die Bälle so groß sind (sie haben das gleiche Volumen), indem sie sie beispielsweise in Bechergläser eintauchen (Messzylinder).

Das Nachdenken über diesen Zustand ist der Schlüssel zum Erfolg bei der Entwicklung von Ideen. Auch das Nachdenken darüber, wie die Schülerinnen und Schüler die Fallgeschwindigkeit von Objekten messen (oder vergleichen) werden. Wenn die Höhe, von der die Objekte beginnen zu fallen, relativ klein ist (max. 2 Meter, wenn die Prüfung im Klassenraum durchgeführt wird), sind die Unterschiede möglicherweise nicht ausreichend. Irgendwelche Unterschiede in dieser Situation können nicht einmal festgestellt werden, wenn die Schülerinnen und Schüler vorschlagen, die Fallgeschwindigkeit mit Stoppuhr zu messen. Unterschiede sollten von den Schülern bei dieser Aufgabe nicht beobachtet werden (wenn sie eine ausreichend genaue Untersuchung durchführen), da in solch einem Fall das Problem der Unzuverlässigkeit der erhaltenen Ergebnisse auftreten kann, wobei dies die Schülerinnen und Schüler insbesondere der kleinen Höhe zuschreiben, aus der die Gegenstände gestartet wurden. Um den Schülerinnen und Schülern mehr Ergebnisvertrauen zu geben, empfehlen wir, zum Beispiel die Untersuchung von dem ersten Stock des Gebäudes durchzuführen und zu vergleichen, d. h. den gleichen Beginn des Falles der beiden Objekte aus einer Höhe zu gewährleisten und dann ihren Einfall zu vergleichen.

Vorgeschlagene Verfahren werden von jeder Gruppe präsentiert. Die Aufgabe der anderen Gruppen besteht darin, für die Gruppen, die die Verfahren vorstellen, nach Fehlern und nicht vertrauenswürdigen Teilen der vorgeschlagenen Verfahren zu suchen. Der Zweck der vorgeschlagenen Verfahren besteht darin, sie so zu modifizieren, dass sie wirklich verwendbar und wahrhaft vertrauenswürdig sind. Basierend auf der Diskussion entscheiden sie, wie sie ihre Annahme überprüfen und den Prozess implementieren. Mehrfache Beobachtungen sind wichtig, um sicherzustellen, dass die Schülerinnen und Schüler sicher sind, was sie beobachtet haben, insbesondere wenn es um Untersuchungen geht, die ihre Annahmen wahrscheinlich widerlegen. Die Ergebnisse der Beobachtung und die Schlussfolgerung in Form der Antwort auf die Forschungsaufgabe werden von den Schülern in der Schlussfolgerung in Arbeitsauftrag 1 in eigenen Worten formuliert.