Methodik des Experimentierens Der Königsweg zur naturwissenschaftlichen Erkenntnis (Kausal orientiert) EGS Schülerexperimentiergerätesystem Zusammengestellt: U. Krauß Das Experiment/Gliederung 1. Das Experiment im Unterricht 2. Warum Experimente? 3. Experiment und Alltagspsychologie 4. Experiment und Hypothesen 5. Erkenntnismethoden 6. Das Experiment und der Erkenntnisprozess/1 7. Das Experiment und der Erkenntnisprozess/2 8. Das Experiment und der Erkenntnisprozess/3 9. Das Experiment/Merkmale 10. Das Experiment/Auswahlkriterien 11. Das Experiment/Arten 12. Das Experiment/Ziele 13. Aufbau und Wirkungsweise des Relais 14. Das Experiment/Relais 1 15. Das Experiment/Relais 2 16. Das Experiment/Transistor/1 17. Das Experiment/Transistor/2 18. Das Experiment/Darlington 1 19. Das Experiment/Darlington 2 20. Das Experiment/Darlington 3 Das Experiment im Unterricht Experimente TC 5 Wahlpflicht 4 - Nachrichten übertragen TC 6 LB 1 - Konstruieren techn. Objekte Wahlpflicht 4 - Signale nutzen WTH 8 LB 1 - Produktion von Gütern WTH 9 LB 2 - Wohnen und Wohnumfeld WTH 10 LB 2 - Entw. u. Herst. elektr. Schaltungen Projekte Naturwissenschaft NK Natur und Technik Fächerverb. u. fachübergr. Arbeiten Ausbau Natur und Kultur/Technik WTH Schnittstelle f. Info Warum Experimente? Warum denn Experimente ? Gleich und gleich gesellt sich gern Gegensätze ziehen sich an ? Experiment und Alltagspsychologie Probleme der Alltagspsychologie: • • • • Falsche Annahmen können durch den Zufall bestätigt und damit verfestigt werden Falsche Annahmen beeinflussen Handlungen, die ihrerseits das Ergebnis beeinflussen können Menschliche Wahrnehmungen sind oft verzerrt, dadurch gibt es keine genau definierten Konzepte Fakten, Ereignisse werden nachträglich erklärt, um in das eigene Weltbild eingeordnet werden zu können Es fehlen klare Theorien und Definitionen, überprüfbare Hypothesen und geeignete Messmethoden! Experiment und Hypothesen Wie werden im Alltag Hypothesen überprüft? (z. B. bei Sabine Christiansen?) • Durch subjektive Überzeugung • Durch Verweise auf anerkannte (?) Autoritäten • Durch Einzelbeispiele aus der eigenen Erfahrungswelt Keine dieser Methoden ist aus wissenschaftlicher Sicht brauchbar! Erkenntnismethoden Beobachten Untersuchen Vergleichen Modellieren Analysieren Synthetisieren Befragen …………… Experimentieren Induktiv Deduktiv M i t Experimente •wecken Interesse •vermitteln Inhalte d e n Z i e l e n •verstärken Lerneffekte •veranschaulichen Sachverhalte •verdeutlichen Zusammenhänge •stärken Sozialformen •schulen Beobachten •dienen der Erkenntnisgewinnung Das Experiment und der Erkenntnisprozess/1 Beispiel Brot backen: • • • • Warum geht der Brotteig auf? Herausarbeiten der Fragestellung Demonstrationsversuch Einführung in den Erkenntnisprozess Zusammenfassung Rückschlüsse Lehrerdemonstration 30 Minuten Das Experiment und der Erkenntnisprozess/2 Versuchsplanung Versuchsdurchführung Erkenntnisgewinnung Das Experiment und der Erkenntnisprozess/3 Frage Bewertung Prozessorientiert Vermutung (Hypothese) Versuch (Experiment) Ergebnis Bewertung Ergebnisorientiert Schlussfolgerung Das Experiment/Merkmale •Validität (Gültigkeit) •Reliabilität (Genauigkeit, Zuverlässigkeit) •Objektivität •Wiederholbarkeit Das Experiment/Auswahlkriterien •Ist das Experiment methodisch-didaktisch geeignet •Haben die Schüler das notwendige Vorwissen •Führt das Experiment zu reproduzierbaren Ergebnissen •Ist das Experiment unterrichtsökonomisch •Entspricht das Experiment den Lernzielebenen Das Experiment/Arten •Einführungsexperiment •Entdeckendes Experimentieren •Bestätigendes Experimentieren •Lehrerer- u. Schülerexperiment •Langzeit- u. Kurzeitexperiment •Erarbeitungsexperiment •Festigungsexperiment •Kontrollexperiment Das Experiment/Ziele •Kausale Zusammenhänge herstellen (Ursache-Wirkung) •Lösung technischer Probleme •Bestimmung von Leistungsparametern Aufbau und Wirkungsweise des Relais Schaltzeichen Klappanker Kontaktsatz Wechsler oder Öffner, Schließer Spule Anschluss Eisenkern (verdeckt) Spule mit Eisenkern Aufbau und Wirkungsweise des Relais Wirkungsweise eines Relais: Ein Relais ist ein elektromagnetisch betätigtes Bauteil. An der Spule wird eine Gleichspannung angelegt. Es baut sich ein magnetisches Feld um den Spulenkörper auf. Die Kraft des Magnetfeldes zieht den Klappanker an und Kontakte können dadurch geschlossen und geöffnet werden. Schaltplan: (in Selbsthaltung) Das Experiment/Relais 1 Beobachtung Neugierde Welches Bauteil? Maschine klickt beim Ein- u. Ausschalten Überleitung zum Experiment Aufbau, Überprüfung, Durchführung Ergebnis Aussage/Schlussfolgerung Problem Selbsthaltung Hypothesen Schaltungen, die das Relais ständig unter Spannung halten, entwickeln Das Experiment/Relais 2 A 20 B 21 C 22 D 23 Selbsthaltung Galvanische Trennung Steuerstromkreis Arbeitsstromkreis Das Relais wird durch die Selbsthaltung ständig unter Spannung gehalten! Aufbau und Wirkungsweise des Transistor C E B C B E Schaltplan mit Messgeräten Steuerstromkreis Wirkungsweise: Der Transistor besitzt drei Anschlüsse. E steht für Emitter, B steht für Basis und C steht für Kollektor. Im Basis-Emitter-Stromkreis fließt ein kleiner Strom. Dieser Strom wird im Kollektor-Emitter-Stromkreis um ein Vielfaches verstärkt. Deshalb ist der Transistor ein Stromverstärker und kontaktloser Schalter. A I B A IC Arbeitsstromkreis Das Experiment/Transistor/1 Beobachtung Neugierde Warum Unterschiedliche Größe? Welches Bauteil? Überleitung zum Experiment Aufbau, Überprüfung, Durchführung Ergebnis Aussage/Schlussfolgerung Problem RadioRöhre! Was ist anders? Hypothesen Schaltung entwickeln, die die gleiche Funktion erfüllt Das Experiment/Transistor/2 E B B C C 20 B 21 C 22 D 23 E E B A B C C E A I B Steuerstromkreis A IC Arbeitsstromkreis Das Experiment/Darlington 1 C B C E B E BC 547 BD 135 oder BD 241 A Schutz vor Induktionsströmen Der Emitter des ersten Transistors steuert die Basis des zweiten Transistors. Die zwei Kollektoren sind miteinander verbunden und steuern das Betriebsmittel an. Das Experiment/Darlington 2 E B B C C E E B C B E B C C E A 20 B 21 C 22 D 23 Das Experiment/Darlington 3 E B B C C Zum R=10K E E B C B C B B C C E E B direkte Ansteuerung des Motors E E Zum R=10K M G E T R I E B E B C C E M G E T R I E B E indirekte Ansteuerung des Motors Das Experiment/Bildmaterial Versuch-Transistor Darlington-Transistor steuert Motor an Darlington-Transistor steuert Relais anRelais schaltet den Motor Das Experiment Quellennachweis: http://alserver01.human.uni-potsdam.de/laabs/FUE/Das%20technische%20Experiment.pdf. http://www.zdt.uni-hannover.de/pdf/skripte/didaktik/DT-4-Unterrichtsmethoden.pdf http://www.uni-saarland.de/fak5/excops/download/das_experiment.pdf http://www.sn.schule.de/~nwz/pdf/Methodik%20des%20Experimentierens.pdf
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