Zielgruppe:

Schülerinnen und Schüler im Bildungsgang der Sekundarstufe I orientiert am Kernlehrplan der Gesamtschule im Inhaltsfeld Energie, Leistung, Wirkungsgrad (9). Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand auch Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen orientiert am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Bewegungen und ihre Ursachen (5) und Energienutzung (7).
Die Hinweise zur Binnendifferenzierung/zum zieldifferenten Lernen eröffnen weitere Zugangsmöglichkeiten für Schülerinnen und Schüler.

Kompetenzerwartung und Bezug zum Kernlehrplan:

Diese Unterrichtssequenz trägt zur Förderung der folgenden Kompetenzen bei, die laut Kernlehrplan für die Gesamtschule in NRW am Ende der Jahrgangsstufe 9 erreicht sein sollen:

Die Schülerinnen und Schüler können…

Umgang mit Fachwissen

• die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern (Rollen, Flaschenzüge, Hebel, Zahnräder (E-Kurs: schiefe Ebene)) erklären und dabei allgemeine Prinzipien aufzeigen. (UF1)

Erkenntnisgewinnung

• auf der Grundlage von Beobachtungen (u. a. an einfachen Maschinen) verallgemeinernde Hypothesen zu Kraftwirkungen und Energieumwandlungen entwickeln und diese experimentell überprüfen. (E2, E3, E4)

Bewertung

• in einfachen Zusammenhängen Überlegungen und Entscheidungen zur Arbeitsökonomie und zur Wahl von Werkzeugen und Maschinen physikalisch begründen. (B1)

Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand erfolgt für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen eine Orientierung am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Energienutzung (7). Diese Unterrichtssequenz trägt zur Förderung der folgenden Kompetenzen bei, die laut Kernlehrplan für die Hauptschule in NRW im jeweils angegebenen Inhaltsfeld erreicht sein sollen, wobei die prozessbezogenen Kompetenzen generell ab Beginn der Jahrgangsstufe 5 gefördert werden.

Die Schülerinnen und Schüler können …

Umgang mit Fachwissen

• die Funktionsweise einfacher Werkzeuge auf Hebelwirkungen zurückführen und Werkzeuge in handwerklichen Situationen sachgerecht auswählen und anwenden. (3-UF2)

Das Unterrichtsvorhaben, das dem 2. Lernstrukturgitter – „Warum geht es mit Werkzeugen einfacher?“ zugrunde liegt, thematisiert die Kraftersparnis an Hebelwerkzeugen.

Zunächst lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Werkzeuge mit einer Hebelwirkung bewusst kennen. Sie probieren diese aus und untersuchen dabei genau ihre Funktionsweise. Anschließend formulieren sie erste Hypothesen, wie das Werkzeug idealerweise zu gebrauchen ist, um gefühlt eine möglichst hohe Kraftersparnis zu erhalten. Das bewusste Erleben steht bei dieser Sequenz im Vordergrund. Für das Erleben der Phänomene spielt der individuelle Entwicklungsstand der Schülerinnen und Schüler keine Rolle. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, C1, C2)

Sensibilisiert für die Funktionsweise von Hebeln, erkunden die Schülerinnen und Schüler ihre Umwelt und nehmen weitere Hebel und Hebelwerkzeuge in ihrem Alltag wahr. Dabei beobachten sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den verschiedenen Hebeln und ordnen sie entsprechend ihrer Eigenschaften zu. Anschließend benutzen sie diese Eigenschaften, um Hebel als einseitig oder zweiseitig zu kategorisieren. Hierbei hilft es ihnen die Angriffspunkte der Kräfte und ihre Wirkrichtung zu bestimmen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B1, B2, B3, B4)

In einem nächsten Schritt planen die Schülerinnen und Schüler einen Versuch um den Zusammenhang zwischen der Hebelkraft und ihrer Wirkung quantitativ zu ermitteln. Dabei bietet es sich an zunächst den zweiseitigen Hebel zu fokussieren und hier Experimente zum Kräftegleichgewicht durchzuführen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: D2, C3)

Ihre Ergebnisse aus dem Experiment reflektieren die Schülerinnen und Schüler im Anschluss und entwickeln daraus eine Gesetzmäßigkeit – das Hebelgesetz. Ein Rückgriff auf die Hypothesen zum idealen Gebrauch der Werkzeuge kann an dieser Stelle sinnvoll sein. Teilweise haben Schülerinnen und Schüler hier schon das Hebelgesetz in Ansätzen verbalisiert. Mit Hilfe des Hebelgesetzes können sie nun fehlende Größen ermittelt, bzw. die Hebelwirkung verschiedener Werkzeuge rechnerisch ermitteln. Für sehr leistungsstarke Schülerinnen und Schüler besteht die Möglichkeit die Berechnungen experimentell zu prüfen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: C4, D4)

Für sehr leistungsstarke Schülerinnen und Schüler bietet es sich an, das Hebelgesetz direkt mit Versuchen nach dem Prinzip der Variablenkontrolle zu ermitteln. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: D3)

Haben sich die Schülerinnen und Schüler hinreichend mit dem Hebelgesetz am zweiseitigen Hebel vertraut gemacht, übertragen sie es auf den einseitigen Hebel. Hier besteht die Möglichkeit, das Hebelgesetzt am einseitigen Hebel nochmals experimentell zu überprüfen und ebenfalls fehlende Größen zu berechnen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: C5)

Abschließend testen die Schülerinnen und Schüler die Kombination zweier Hebelwerkzeuge und erfahren dabei, welche Kombinationen praktikabel und sinnvoll sind. In diesem Zusammenhang untersuchen sie ebenfalls die Hebelwirkung an Zahnrädern und beobachten ihre Eigenschaften. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: D1, E1, B5)

Dieses Unterrichtsvorhaben bietet einige Differenzierungsmöglichkeiten sowohl für sehr leistungsstarke Schülerinnen und Schüler als auch für Schülerinnen und Schüler in zieldifferenten Bildungsgängen.

Für sehr leistungsstarke Schülerinnen und Schüler bietet sich die Möglichkeit, Erkenntnisse über die Gesetzmäßigkeiten am Hebel zu verallgemeinern und so Thesen in Richtung der „Goldenen Regel der Mechanik“ zu formulieren. In dem Zusammenhang stellen sie Hypothesen über die Kraftersparnis an der schiefen Ebene auf und planen Experimente zu deren Verifizierung. Auf diese Weise haben sie die Möglichkeit das Prinzip der „goldenen Regel der Mechanik“ anhand der schiefen Ebene zu zeigen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: E4, D5, E5)

Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen werden gezielt in das Unterrichtsgeschehen eingebunden. Sie lernen am gleichen Gegenstand und erkunden gemeinsam mit ihren Mitschülerinnen und Schüler die Hebelwerkzeuge. Hier ist es zunächst sinnvoll die Kinder nur ein einziges Hebelwerkzeug erkunden zu lassen, zum Beispiel eine Schere. Dieses Werkzeug benutzen sie ganz bewusst und probieren daran verschiedene Gebrauchstechniken aus. Anschließend testen sie verschieden Ausführungen des gleichen Werkzeugs und leiten davon Erkenntnisse für den Gebrauch ab. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1,A2)

Anschließend erkunden die Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen auch die übrigen Werkzeuge und bemerken weitere Hebel in ihrer alltäglichen Umgebung. Dabei entwickeln sie eine kriterienorientierte Erklärung für den Begriff „Hebel“, indem sie Angriffspunkte und Wirkrichtungen der Kräfte bestimmen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, B3, A4)

Ihre Erkenntnisse über Hebel nutzen die Schülerinnen und Schüler nun um alltägliche Probleme durch die Wahl des richtigen Hebels zu lösen. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A5)

Sonderpädagogische Bildungs-, Beratungs- und Unterstützungsangebote können beim einzelnen Kind oder Jugendlichen eine spezifische Ausprägung in bestimmten Bereichen haben, wodurch sich Schwerpunkte der Förderung ergeben. Entsprechend können fachliche Anforderungen, die in Feldern des Lernstrukturgitters verortet sind, eine Herausforderung bieten, die überfordert. Dennoch kann die Möglichkeit bestehen, über die Eröffnung von Entwicklungschancen für Lernende spezifische Felder zu öffnen und damit ein gemeinsames Lernsetting zu ermöglichen.
Im zieldifferenten Lernen kann sowohl ein Zugang über das fachliche Lernen als auch über die Entwicklungschancen gelegt werden.

Für das Lernstrukturgitter Nr. 2: „Warum geht es mit Werkzeugen einfacher?“ können folgende Entwicklungschancen ermöglicht werden:

• Lernentwicklung/Kognition
  • Kategorien bilden (Kräfte und Phänomene/Auswirkungen) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A4, B2, B4, C1)
  • Urteilsbildung / Bewertung (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A5, C4, C3, D2, D4)
  • Hypothesen entwickeln und aufstellen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A5, B5, E4)
  • Transferfähigkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A5, B5, C5, D4, E5)
  • erfassendes, begriffliches, symbolisches, problemlösendes, vorstellendes Denken (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A3, A5, B1, B4, C4, D3, D4, E4)

• emotionale und soziale Entwicklung
  • Kontaktbereitschaft / Interaktionsfähigkeit à Kooperation/Zusammenarbeit in der Gruppe – Verhalten gegenüber Mitschülern als hilfreiche Strategie für erfolgreiches Lernen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: C3, D2, D3, D5)
  • Regeln beachten (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A2, B5, C3, D2)

• körperliche und motorische Entwicklung
  • ein Werkzeug (Hebel) spüren und deren Wirkung erleben (Taktil-kinästhetische Wahrnehmung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A2, A5, B5, C3, D1, E1)
  • Experimente durchführen (Feinmotorik der Hände // Bewegungskoordination // Bewegungsfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A2, A5, B5, C3, D1, E1, E4)
  • visuelle Wahrnehmung // visuelles Gedächtnis (Beobachten) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A2, A3, B1, B2, B5, C1, C3, D1, E1)
    

• Lern- und Arbeitsverhalten
  • Selbstständigkeit // Eigeninitiative (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A2, A3, A5, B1, B2, C4, C5, D2, D3, D4)
  • Handlungsorientierung, -ausführung, -planung, -kontrolle (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A5, B2, B5, C3, D2, D4, D5)
  • Organisieren // Strukturieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A5, B2, B3, B4, C1, C3, D2, D3, D5, E1)
  • Aufmerksamkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A2, A3, B1, B2, B5, C1, C3, D1, E1)

• Entwicklung des sprachlichen und kommunikativen Handelns
  • beim Beschreiben der Beobachtungen Begriffe kennen lernen bzw. diese angemessen verwenden (situationsangemessene Sprachfähigkeit // Ausdrucksfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, C1, C2, C4, D2, D3, E1, E3, E4, E5)
  • neue Begriffe verwenden (Wortschatzentwicklung // Wortschatzerweiterung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A4, C1, C2, C4, D2, D3, E1, E3, E4, E5)
  • Zuhören – einem Partner/Partnern zuhören und entsprechend reagieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, C1, C2, D2)
  • Sprechen – eine lern-/ aufgabenbezogene Kommunikation führen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, C1, C2, D2)

Zielgruppe:

Schülerinnen und Schüler im Bildungsgang der Sekundarstufe I orientiert am Kernlehrplan der Gesamtschule im Inhaltsfeld Energie, Leistung, Wirkungsgrad (9). Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand auch Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen orientiert am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Bewegungen und ihre Ursachen (5) und Energienutzung (7).

Die Hinweise zur Binnendifferenzierung/zum zieldifferenten Lernen eröffnen weitere Zugangsmöglichkeiten für Schülerinnen und Schüler.

Kompetenzerwartung und Bezug zum Kernlehrplan:

Diese Unterrichtssequenz trägt zur Förderung der folgenden Kompetenzen bei, die laut Kernlehrplan für die Gesamtschule in NRW am Ende der Jahrgangsstufe 9 erreicht sein sollen:

Die Schülerinnen und Schüler können…

Umgang mit Fachwissen

• die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern (Rollen, Flaschenzüge, Hebel, Zahnräder (E-Kurs: schiefe Ebene)) erklären und dabei allgemeine Prinzipien aufzeigen. (UF1)

Erkenntnisgewinnung

• auf der Grundlage von Beobachtungen (u. a. an einfachen Maschinen) verallgemeinernde Hypothesen zu Kraftwirkungen und Energieumwandlungen entwickeln und diese experimentell überprüfen. (E2, E3, E4)
• Vektordarstellungen als quantitative Verfahren zur Addition von Kräften verwenden. (E8)

Kommunikation

• (E-Kurs: an einfachen Beispielen kausale Zusammenhänge bei mechanischen und energetischen Vorgängen schriftlich darstellen. (K1))

Bewertung

• in einfachen Zusammenhängen Überlegungen und Entscheidungen zur Arbeitsökonomie und zur Wahl von Werkzeugen und Maschinen physikalisch begründen. (B1)

Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand erfolgt für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen eine Orientierung am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Energienutzung (7). Diese Unterrichtssequenz trägt zur Förderung der folgenden Kompetenzen bei, die laut Kernlehrplan für die Hauptschule in NRW im jeweils angegebenen Inhaltsfeld erreicht sein sollen, wobei die prozessbezogenen Kompetenzen generell ab Beginn der Jahrgangsstufe 5 gefördert werden.

Die Schülerinnen und Schüler können …

Umgang mit Fachwissen

• die Funktionsweise einfacher Werkzeuge auf Hebelwirkungen zurückführen und Werkzeuge in handwerklichen Situationen sachgerecht auswählen und anwenden. (3-UF2)
  

Ein Ziel des Unterrichtsvorhaben, dass dem Lernstrukturgitter 3 – „Wie lässt sich Kraft (ein)sparen?“ zugrunde liegt, ist die Betrachtung der Kraftersparnis an losen und festen Rollen und darüber hinaus an deren Kombination bis hin zu komplexen Flaschenzügen.

Zu diesem Zweck erfahren die Schülerinnen und Schüler die Kraftersparnis an festen und losen Rollen, indem sie diese bewusst ausprobieren und dabei Gemeinsamkeiten und Unterschiede beobachten. Anschließend ermitteln sie die Größe und Richtung der jeweiligen Zugkraft experimentell. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters:  B1, B2, D2)

Die Schülerinnen und Schüler erfahren dabei, dass die feste Rolle keine Auswirkung auf die Kraftersparnis hat. Sie besitzt lediglich eine umlenkende Funktion und bewirkt, durch die Nutzbarmachung der eigenen Gewichtskraft, eine subjektive Erleichterung. Die Schülerinnen und Schüler lernen diese Diskrepanz zwischen subjektiver Wahrnehmung und eigener Erfahrung zu bewerten und auf den bewussten Einsatz von Werkzeugen anzuwenden. Die lose Rolle erfahren die Schülerinnen und Schüler als „Kräftezerleger“, der bewirkt, dass die Zugkraft auf mehrere Punkte verteilt wird. Dadurch erhöht sich die Anzahl der belasteten Seilstücke und damit ebenfalls die Zugstrecke. (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: B4)

Über eine Bewusstmachung der Kräftezerlegung am Flaschenzug, nähern sich die Schülerinnen und Schüler dem zweiten Ziel dieser Unterrichtseinheit. Hier sollen sie die Kräfteaddition und -subtraktion erfahren und betrachten. In der Folge ermitteln sie anhand von Kräfteparallelogrammen resultierende Kräfte.

Dabei werden zunächst Kräfte betrachtet, die in gleicher Richtung wirken. Die Schülerinnen und Schüler erfahren die Zugkraft jedes einzelnen, die entsteht, wenn mehrere Personen eine Last mit gleicher Kraft anheben und bewerten die dabei erreichte Kraftersparnis. Sie lernen die einzelnen Kräfte als Kraftvektoren dazustellen und sowohl zeichnerisch, als auch rechnerisch über Vektoraddition die Gesamtkraft zu bestimmen. In einem nächsten Schritt erfahren und betrachten sie Kräfte, die in entgegengesetzter Richtung wirken und übertragen ihre Erkenntnisse aus der Vektoraddition auf die -subtraktion. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: C1, C2, C3)

Im Anschluss erfahren die Schülerinnen und Schüler zunächst die Zugkraft jedes einzelnen, die entsteht, wenn zwei Personen in unterschiedliche Richtungen ziehen. Dabei erhöhen sie sukzessive den Winkel zwischen den angreifenden Kräften von gleicher Zugrichtung bis hin zu entgegengesetzter Zugrichtung. Sie bestimmen die Größe der jeweils wirkenden Kräfte experimentell und stellen sie anschließend als Kraftvektoren in einem Kräfteparallelogramm dar. Mit dessen Hilfe bestimmen die Schülerinnen und Schüler die resultierende Gesamtkraft zeichnerisch. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: C4, E4)

Die Schülerinnen und Schüler probieren nun die Kombination mehrerer Rollen aus. Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler stellen zu diesem Zweck Hypothesen auf, die sie anschließend experimentell überprüfen. Aus ihren Ergebnissen leiten sie eine Gesetzmäßigkeit ab. Bei Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen steht dagegen das bewusste Erleben im Vordergrund. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, B3, E2, D3)

Das gelernte Wissen über die Kräfteaddition übertragen die Schülerinnen und Schüler nun auf den Flaschenzug. Sie skizzieren dort Kraftvektoren und wenden das Kräfteparallelogramm auf den Flaschenzug an. Des Weiteren nutzen sie ihr Wissen, um eine Gesetzmäßigkeit für den Flaschenzug zu formulieren. Diese setzen sie in Beziehung mit dem Hebelgesetz, dass sie in der vorherigen Einheit gefunden haben. Sie zeigen dabei die allgemeine Gültigkeit der „goldenen Regel der Mechanik“. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: E3, D4, D5)

Abschließend bieten sich verschiedene Möglichkeiten das gelernte Wissen zu transferieren und mit anderen Inhalten zu verknüpfen. So können die Schülerinnen und Schüler Transferaufgaben zum Flaschenzug lösen. Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler kombinieren verschiedene Kraftwandler und begründen deren kombinierte Wirkung. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B5, C5)

Dieses Unterrichtsvorhaben bietet einige Differenzierungsmöglichkeiten sowohl für sehr leistungsstarke Schülerinnen und Schüler als auch für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen.

Für sehr leistungsstarke Schülerinnen und Schüler bietet sich neben den bereits erwähnten Differenzierungen auch noch die Möglichkeit, resultierende Kräfte im Kräfteparallelogramm mithilfe der Winkelbeziehungen zu berechnen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: E5)

Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen werden gezielt in das Unterrichtsgeschehen eingebunden. Sie lernen am gleichen Gegenstand und erkunden gemeinsam mit ihren Mitschülerinnen und schülern die festen und losen Rollen. Hier ist es zunächst sinnvoll die Schülerinnen und Schüler die Gewichtskraft schwerer Gegenstände ganz bewusst spüren zu lassen und die Grenzen des eigenen Körpers zu erkunden. (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters:  A1)

Anschließend erkunden die Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen die verschiedenen Rollen und lernen Aspekte kennen, auf die man bei der Beobachtung fester und loser Rollen achten kann. Danach probieren sie ebenfalls die Kombination von Rollen aus und erkennen, dass Rollen und Flaschenzüge die Arbeit erleichtern. Auf dieser Grundlage bemerken sie den Einsatz von Flaschenzügen in ihrer alltäglichen Umgebung. (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A4, D1)

Abschließend besteht die Möglichkeit, eigene Erkenntnisse zu transferieren. Die Schülerinnen und Schüler erkennen in ihrem Lebensumfeld Anwendungsmöglichkeiten für Flaschenzüge und erkennen Möglichkeiten der Kombination verschiedener Kraftwandler. (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: A5)

Sonderpädagogische Bildungs-, Beratungs- und Unterstützungsangebote können beim einzelnen Kind oder Jugendlichen eine spezifische Ausprägung in bestimmten Bereichen haben, wodurch sich Schwerpunkte der Förderung ergeben. Entsprechend können fachliche Anforderungen, die in Feldern des Lernstrukturgitters verortet sind, eine Herausforderung bieten, die überfordert. Dennoch kann die Möglichkeit bestehen, über die Eröffnung von Entwicklungschancen für Lernende spezifische Felder zu öffnen und damit ein gemeinsames Lernsetting zu ermöglichen.
Im zieldifferenten Lernen kann sowohl ein Zugang über das fachliche Lernen als auch über die Entwicklungschancen gelegt werden.

• Für das Lernstrukturgitter Nr. 3: „Wärmetransport“ können folgende Entwicklungschancen ermöglicht werden:
  Lernentwicklung/Kognition
  • Kategorien bilden (Kräfte und Phänomene/Auswirkungen) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, A3, B2)
  • Urteilsbildung / Bewertung (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, A4, B3, B4, C5, D2, D3)
  • Hypothesen entwickeln und aufstellen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: D2, D3, E1, E2)
  • Transferfähigkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A5, B5)
  • erfassendes, begriffliches, symbolisches, problemlösendes, vorstellendes Denken (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, B4, B5, C4, C5, D3, E1, E4, E5)

• emotionale und soziale Entwicklung
  • Kontaktbereitschaft / Interaktionsfähigkeit à Kooperation/Zusammenarbeit in der Gruppe – Verhalten gegenüber Mitschülern als hilfreiche Strategie für erfolgreiches Lernen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A3, B1, B2, B3, B4, C1, C2, C3, C5, D2, D3, E1)
  • Regeln beachten (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3, C5, D2, D3)

• körperliche und motorische Entwicklung
  • eine Kraft spüren und deren Wirkung erleben (Taktil-kinästhetische Wahrnehmung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, B1)
  • Experimente durchführen (Feinmotorik der Hände // Bewegungskoordination // Bewegungsfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3, C5, D2, D3)
  • visuelle Wahrnehmung // visuelles Gedächtnis (Beobachten) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, A4, A5, B1, B2, B3, B5, C1, C2, C3, C5, D1, D2, D3)
    

• Lern- und Arbeitsverhalten
  • Selbstständigkeit // Eigeninitiative (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A3, A4, A5, B1, B2, B3, C1, C2, C3, D1, D2, D3, E1)
  • Handlungsorientierung, -ausführung, -planung, -kontrolle (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, B3, B5, C1, C2, C3, C5, D3)
  • Organisieren // Strukturieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, B2, B3, C1, C2, C3, C5, D2, D3)
  • Aufmerksamkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, A4, A5, B2, B3, C2, C4, D1, D2, D3)
    

• Entwicklung des sprachlichen und kommunikativen Handelns
  • beim Beschreiben der Beobachtungen Begriffe kennen lernen bzw. diese angemessen verwenden (situationsangemessene Sprachfähigkeit // Ausdrucksfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, B4, C5, D3, D4, E2)
  • neue Begriffe verwenden (Wortschatzentwicklung // Wortschatzerweiterung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A2, B4, C5, D3, D4, E2)
  • Zuhören – einem Partner/Partnern zuhören und entsprechend reagieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B4, C1, C5, D3, D4, E2)
  • Sprechen – eine lern-/ aufgabenbezogene Kommunikation führen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B4, C1, C5, D3, D4, E2)

Zielgruppe:

Schülerinnen und Schüler im Bildungsgang der Sekundarstufe I orientiert am Kernlehrplan der Gesamtschule im Inhaltsfeld Energie, Leistung, Wirkungsgrad (9). Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand auch Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen orientiert am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Bewegungen und ihre Ursachen (5) und Energienutzung (7). Die Hinweise zur Binnendifferenzierung/zum zieldifferenten Lernen eröffnen weitere Zugangsmöglichkeiten für Schülerinnen und Schüler.

Kompetenzerwartung und Bezug zum Kernlehrplan:

Diese Unterrichtseinheit  trägt zur Förderung der folgenden Kompetenzen bei, die laut Kernlehrplan für die Gesamtschule in NRW am Ende der Jahrgangsstufe 9 erreicht sein sollen:

Umgang mit Fachwissen:

• die Begriffe Kraft, Arbeit, Energie, Leistung und Wirkungsgrad in ihren Beziehungen erläutern, formal beschreiben und voneinander abgrenzen. (UF1, UF2)
• an Beispielen (u. a. eines Verbrennungsmotors) die Umwandlung und Bilanzierung von Energie (Erhaltung, Entwertung, Wirkungsgrad) erläutern. (UF1, UF4)

Erkenntnisgewinnung

• Lage-, kinetische und thermische Energie unterscheiden, und formale Beschreibungen fu?r einfache Berechnungen nutzen (E-Kurs: auch unter quantitativer Verwendung des Prinzips der Energieerhaltung). (E8)

Kommunikation

• (E-Kurs: an einfachen Beispielen kausale Zusammenhänge bei mechanischen und energetischen Vorgängen schriftlich darstellen. (K1))
• mit Hilfe eines Diagramms Energiefluss und Energieentwertung in Umwandlungsketten darstellen. (K4)

Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand erfolgt für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen eine Orientierung am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Energienutzung (7). Diese Unterrichtssequenz trägt zur Förderung der folgenden Kompetenzen bei, die laut Kernlehrplan für die Hauptschule in NRW im jeweils angegebenen Inhaltsfeld erreicht sein sollen, wobei die prozessbezogenen Kompetenzen generell ab Beginn der Jahrgangsstufe 5 gefördert werden.

Umgang mit Fachwissen:

• am Beispiel alltäglicher Phänomene Wirkungen von Kräften beschreiben und erläutern. (3-UF1)

Bewertung

• die Angemessenheit des eigenen Verhaltens im Straßenverkehr (u. a. Sicherheitsabstände, Einhalten von Geschwindigkeitsvorschriften und Anschnallpflicht, Energieeffizienz) reflektieren und beurteilen. (5-B2, B3)

Inhaltlich zielt das Unterrichtsvorhaben, dass im Lernstrukturgitter 4 „Wie lässt sich vorhandene Energie optimal nutzen?“ organisiert ist, auf die Einteilung und mathematische Beschreibung von mechanischen Energieformen. Weiterhin liegt ein Schwerpunkt auf der Energieeffizienz und dem Wirkungsgrad bei mechanischen Energieumwandlungen. Energieumwandlungen sind oftmals mit „Energieverlusten“, meint ungewollter Energieumwandlung in Wärme, verbunden. Diese Abwärme zu vermeiden bedeutet Energie effizienter einzusetzen. Für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen in dieser Jahrgangsstufe ist der Lernzuwachs auf die Bedeutung von Energieumwandlung und der effizienten Nutzung von Energie in alltäglichen Kontexten zugeschnitten. Bedeutsam wären auch die Systematisierung und Klassifizierung von Energieformen in einer Übersicht. Die mathematischen Beschreibungen und die Berechnung von Umwandlungsverlusten sind für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen kein ausgewiesenes Lernziel.

Schülerinnen und Schüler, die zieldifferent gefördert werden,  erhalten insbesondere Möglichkeiten, Beiträge zum Unterricht aus der Alltagssicht heraus leisten können. Dies sind Erfahrungen bei anwendungsspezifischen Energieverlusten, wie beispielsweise die Energieverluste beim Radfahren. Überlegungen dazu können weitergehende Schlussfolgerungen wie das Aufstellen von Tipps und Regeln zur weitestgehenden Vermeidung von Energieverlusten, wie das Schmieren von bewegten Teilen oder das vorausschauende Fahren, sein.

Sonderpädagogische Bildungs-, Beratungs- und Unterstützungsangebote können beim einzelnen Kind oder Jugendlichen eine spezifische Ausprägung in bestimmten Bereichen haben, wodurch sich Schwerpunkte der Förderung ergeben. Entsprechend können fachliche Anforderungen, die in Feldern des Lernstrukturgitters verortet sind, eine Herausforderung bieten, die überfordert. Dennoch kann die Möglichkeit bestehen, über die Eröffnung von Entwicklungschancen für Lernende spezifische Felder zu öffnen und damit ein gemeinsames Lernsetting zu ermöglichen.
Im zieldifferenten Lernen kann sowohl ein Zugang über das fachliche Lernen als auch über die Entwicklungschancen gelegt werden.

Für das Lernstrukturgitter Nr. 4: „Wie lässt sich vorhandene Energie optimal nutzen?“  können folgende Entwicklungschancen ermöglicht werden:

• Lernentwicklung/Kognition
  • Kategorien bilden (Kräfte und Phänomene/Auswirkungen) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B2, D4, E3)
  • Urteilsbildung / Bewertung (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B4, C3, D4, E4)
  • Hypothesen entwickeln und aufstellen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: D4, E2)
  • Transferfähigkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, A5, C1)
  • erfassendes, begriffliches, symbolisches, problemlösendes, vorstellendes Denken (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A3, B5, C2, D3, E5)

• emotionale und soziale Entwicklung
  • Kontaktbereitschaft / Interaktionsfähigkeit à Kooperation/Zusammenarbeit in der Gruppe – Verhalten gegenüber Mitschülern als hilfreiche Strategie für erfolgreiches Lernen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B1, B4, C1, C2, C3)
  • Regeln beachten (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B1, B4, C1, C2, C3)

• körperliche und motorische Entwicklung
  • eine Kraft spüren und deren Wirkung erleben (Taktil-kinästhetische Wahrnehmung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: B1, C1, D1)
  • Experimente durchführen (Feinmotorik der Hände // Bewegungskoordination // Bewegungsfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A5, A4, C3, D2)
  • visuelle Wahrnehmung // visuelles Gedächtnis (Beobachten) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, A4, B1, C1, C3,
    

• Lern- und Arbeitsverhalten
  • Selbstständigkeit // Eigeninitiative (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A1, A5, C5)
  • Handlungsorientierung, -ausführung, -planung, -kontrolle (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, B4, C2)
  • Organisieren // Strukturieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A3, B2, C2)
  • Aufmerksamkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, B1, B4, C1, D2, D5)

• Entwicklung des sprachlichen und kommunikativen Handelns
  • beim Beschreiben der Beobachtungen Begriffe kennen lernen bzw. diese angemessen verwenden (situationsangemessene Sprachfähigkeit // Ausdrucksfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, B2, C2, C4, D2, D3, D4, D5, E2, E4, E5)
  • neue Begriffe verwenden (Wortschatzentwicklung // Wortschatzerweiterung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, B2, C2, C4, D2, D3, D4, D5, E2, E4, E5)
  • Zuhören – einem Partner/Partnern zuhören und entsprechend reagieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, B2, C2, C4, D4, D5, E2)
  • Sprechen – eine lern-/ aufgabenbezogene Kommunikation führen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: A4, B2, C2, C4, D4, D5, E2)