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.

Eine wesentliche Zielsetzung der zweiten Progressionsstufe sowie den ihnen zugeordneten konkretisierten Kompetenzerwartungen besteht darin, dass die Schülerinnen und Schüler bereits früher erworbene Kompetenzen sowie neue Kompetenzen kumulativ im weiteren Unterricht vertiefen und auch in anderen Zusammenhängen nutzen.

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. 1: „Wie erkennt man Kräfte?“  können folgende Entwicklungschancen ermöglicht werden:

• Lernentwicklung/Kognition
  • Kategorien bilden (Kräfte und Phänomene/Auswirkungen) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b2, c1, c2, d1, d2)
  • Urteilsbildung / Bewertung (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a4, b4, c2, c3, d2, d4)
  • Hypothesen entwickeln und aufstellen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a5, b5)
  • Transferfähigkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a5, b4, c5, d3, d4, e3, e4, e5)
  • erfassendes, begriffliches, symbolisches, problemlösendes, vorstellendes Denken (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a4, c1, c3, d3, d4, e3, 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: b3, b4, c2, d2, d4, e1, e2, e5)
  • Regeln beachten (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a3, b3, b4, c2, c3, c5)

• körperliche und motorische Entwicklung
  • eine Kraft spüren und deren Wirkung erleben (Taktil-kinästhetische Wahrnehmung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a1)
  • Experimente durchführen (Feinmotorik der Hände // Bewegungskoordination // Bewegungsfähigkeit) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a3, a4, b3, b4, c2, c3, c4, c5)
  • visuelle Wahrnehmung // visuelles Gedächtnis (Beobachten) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a2, a4, b3, b4, c1, c2, c3, c4, c5, d2, d3, d4)
    

• Lern- und Arbeitsverhalten
  • Selbstständigkeit // Eigeninitiative (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a1, a2, a4, a5, b1, c2, c4, c5, d2, d3, d4)
  • Handlungsorientierung, -ausführung, -planung, -kontrolle (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a3, b3, b4, c3)
  • Organisieren // Strukturieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a3, a4, b2, b3, b4, c2, c3, c4, c5, d2, d3, d4)
  • Aufmerksamkeit (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: a2, b1, b4, c1, c2, c3, c4, 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: B1, b2, b4, c1, c2, d1, d2, d4, e1, e2, e3, e5)
  • neue Begriffe verwenden (Wortschatzentwicklung // Wortschatzerweiterung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b1, b2, b4, c1, c2, d1, d2, d4, e1, e2, e3, e5)
  • Zuhören – einem Partner/Partnern zuhören und entsprechend reagieren (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b1, b2, b4, c1, c2, d1, d2, d4, e1, e2, e3, e5)
  • Sprechen – eine lern-/ aufgabenbezogene Kommunikation führen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b1, b2, b4, c1, c2, d1, d2, d4, e1, e2, e3, E5)

In der Einstiegsphase begegnen die Schülerinnen und Schüler zunächst Kräften, spüren diese und erleben deren Wirkung (vgl. Konzept der Originalen Begegnung bei Roth). Dieses Erleben der Phänomene kann allen Schülerinnen und Schülern ermöglicht werden. (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: a1)

Alle Schülerinnen und Schüler haben nicht nur die Möglichkeit Phänomene zu erleben bzw. zu entdecken, sie können sich auch mit Alltagsbeispielen für den Einsatz von Federn vertraut machen (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b1 / a2).

Mögliche Materialien:

Verschiedene Federn:

Formfedern, Bandfedern, Flachfedern, Blattfedern, von Federclips oder Federklammern, von Spiralfedern, Tellerfedern, Wellenfedern, Kegelfedern, Tonnenfedern oder Ringfedern, ... 

Alltagsgegenstände mit Federn

• ergänzt z. B. durch eine Bildergalerie von Federn im Alltag

Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen werden durch die Aufgaben gezielt in das Unterrichtsgeschehen eingebunden. Sie untersuchen Kräfte und Phänomene / Auswirkungen aus dem Alltag, mit denen sie bereits Erfahrungen sammeln konnten. Die Ergebnisse ihrer Arbeit sind ein Teil des Gesamtergebnisses der Erkundungsphase. Alle Ergebnisse werden gemeinsam in die Auswertung einbezogen. Die Unterscheidung von Kräften und deren Wirkung ist für die Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen optional. Die Erkenntnisse zu Kraftwirkungen können mit den gemachten Erfahrungen aus unterschiedlichen Kontexten im Alltag verknüpft werden bzw. für zukünftige Situationen genutzt werden.

In der zweiten Phase sollen sich die Schülerinnen und Schüler ihrer Beobachtungen und Erkenntnisse bewusst werden und diese schriftlich notieren, indem sie zielgerichtet und unter Einhaltung der Variablenkontrolle Wirkungsweisen von Kräften ausprobieren und miteinander vergleichen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: c2). Anschließend werden Kräfte und deren Wirkung in Beziehung gesetzt und kategorisiert (z.B. Bewegung, Verformung) (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: d1 / d2).  (Prä-)Konzepte der Schülerinnen und Schüler über Kraftwirkungen werden in dieser Aufgabe aufgegriffen und in einem neuen Kontext wiederholt und genutzt (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b1 / d1).

Die hier durchgeführten Untersuchungen dienen der Vorbereitung der quantitativen Untersuchung zum Zusammenhang zwischen Kraft und Ausdehnung einer Feder. Das Ausprobieren liefert wichtige Impulse zum Aufstellen von Hypothesen.

Hier haben Schülerinnen und Schüler, die mehr Unterstützung benötigen, aufgrund der kontextbezogenen Situation die Möglichkeit, Phänomene zu visualisieren und zu demonstrieren. 

Schülerinnen und Schüler, die ein höheres Maß an fachlicher Herausforderung benötigen und die Lehrkraft wirken in der kooperativen Lernform als Unterstützung, indem sie zum Beispiel Redeanteile übernehmen oder die Aussagen der Mitschülerinnen und -schüler so formulieren, dass durch diese Sprachmuster ein breiterer Austausch in der Lerngruppe gelingt.

Die Schülerinnen und Schüler werden in Kleingruppen eingeteilt, um geplante Experimente zur Messung von Kräften durchzuführen. Dabei sollen sie kriteriengeleitet Materialien finden, mit denen gute Ergebnisse erzielt werden können (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: b3). Über das zielgerichtete Verändern von Variablen und der anschließenden Untersuchung der Auswirkungen in einem passenden Versuch, wird das naturwissenschaftliche Arbeiten weiter geübt bzw. gefestigt.

Im nächsten Schritt sollen die Schülerinnen und Schüler den quantitativen Zusammenhang zwischen Kraft und Ausdehnung der Feder ermitteln (angebunden an die Felder des Lernstrukturgitters: c3). Die eigene Handlung unterstützt hier die kognitive Durchdringung der  Zusammenhänge, sowie das Verständnis für die Funktion eines Versuchs, um Gesetzmäßigkeiten zu entdecken und zu überprüfen. Mit vorgegebenen Materialien können die Schülerinnen und Schüler beispielsweise in diesem Prozess unterstützt werden.

Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen werden durch das Mitarbeiten in Kleingruppen in die Handlungen und den gemeinsamen Gedankenaustausch einbezogen. Alle Beiträge tragen zum Gesamtergebnis der Gruppe bei. Die gezielte Vergabe von Verantwortlichkeiten an einzelne Schülerinnen und Schüler, z.B. für die Messungen, kann eine breitere Beteiligung ermöglichen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: a3).

Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler können ihre gewonnen Ergebnisse erweitern, indem sie sie an unterschiedlichen Federn überprüfen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: d3). Oder mathematisch den Zusammenhang zwischen Kraft und Ausdehnung der Feder darstellen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: e3).

Durch erste Begegnungen mit Federn bei Alltagsgegenständen haben die Schülerinnen und Schüler Kenntnisse über verschiedene Wirkungsweisen von Kräften erlangt bzw. erweitert und den quantitativen Zusammenhang zwischen Kraft und Ausdehnung der Feder untersucht. Gleichzeitig sind damit Grundlagen gelegt, dass die Schülerinnen und Schüler die Kraft bzw. die Einheit Newton kennen lernen sowie den Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft herstellen können.

In dieser Unterrichtsphase sollen die Schülerinnen und Schüler durch zielgerichtetes Experimentieren und durch sachgerechte Nutzung von Kraftmessern, Kräfte quantitativ bestimmen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: a4). Dabei sollen sie selbst durch entdeckendes Lernen die Einheit Newton kennen lernen und versuchen die Größe einzuschätzen. Dadurch wird ihnen ermöglicht, eigenständig Kräfte zu entdecken (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: b4). Sie erweitern ihre Erkenntnisse indem sie z.B. Kräfte in und an unterschiedlichen Beispielen messen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: c4). Die Schülerinnen und Schüler werden dazu angehalten, ihre Ergebnisse zu verschriftlichen und sich zunächst in ihren Kleingruppen Gedanken zur Auswertung, Interpretation und Übertragung der Ergebnisse machen. Die Überlegungen sollen in einem zweiten Schritt mit denen ihrer Mitschülerinnen und -schüler verglichen und diskutiert werden. Damit wird die Übung der typischen Arbeitsweise der Naturwissenschaften ermöglicht und der zielgerichtete Prozess der gemeinsamen Auswertung und Diskussion der Schülerinnen und Schüler untereinander weiter gefördert. Die Bewertung kleiner Unterschiede wird dabei in die Verantwortung der Schülerinnen und Schüler gelegt.

In weiteren Versuchen sollen die Schülerinnen und Schüler Gewichtskräfte mit dem Kraftmesser bestimmen und unter Einhaltung der Variablenkontrolle eigenständig einen Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft finden und herstellen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: d4). Mit dem Hinweis auf die Variablenkontrolle wird ein Erfolg beim Entdecken dieses Zusammenhangs ermöglicht und die gezielte Aufnahme von Versuchsdaten wird in ihrer Bedeutsamkeit für den Erfolg des Versuches deutlich. Die Aufgabenstellung, eigenständig einen Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft herzustellen, ermöglicht auch eine kognitive Auseinandersetzung mit der Thematik. Gleichzeitig wird es der Lehrkraft möglich, Vorkenntnisse und Fehlvorstellungen der Schülerinnen und Schüler schneller und treffender einzuschätzen.

Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen werden durch unterstützende Hinweise, einer genaueren Erläuterung der einzelnen Variablen sowie mathematischer Tipps gezielt in das Unterrichtsgeschehen eingebunden. Ebenfalls ist zur Unterstützung ein Wortspeicher vorgesehen, den die Schülerinnen und Schüler als Orientierung nutzen können, um ihre Ergebnisse zu formulieren.  

Während der Experimentierphase in Kleingruppen bietet sich durch die Handlungsorientierung die Möglichkeit, dass Schülerinnen und Schüler eine individuell passende Rolle übernehmen und so zum Gesamtergebnis beitragen können. Während die einen etwa qualitativ beobachten, können die anderen quantitative Messdaten aufzeichnen. Oder sogar Federkonstanten für verschiedene Federn bestimmen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: e4).

Alle Ergebnisse werden gemeinsam in die Auswertung einbezogen. Das eigenständige Entdecken des Zusammenhangs zwischen Masse und Gewichtskraft ist für Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgang optional. Die Erkenntnisse zu Nutzung von Kraftmessern kann anschließend im Alltag wieder genutzt werden.

In einer ersten Begegnung mit Kräften und deren Wirkungen bei Alltagsgegenständen haben die Schülerinnen und Schüler Kräfte anhand unterschiedlicher Beispiele gemessen. Dabei wurde ihnen ermöglicht, den Zusammenhang zwischen Kraft und Ausdehnung der Feder sowie den Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft kennen zu lernen.

Nun geht es darum, weitere Kräfte in unterschiedlichen Kontexten zu messen und zu berechnen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: c5). Gleichzeitig werden damit dieVor-)Kenntnisse und die entdeckten Zusammenhänge auf andere Kontexte übertragen, was wiederum kognitive Prozesse in Gang setzt und den Transfer von Erkenntnissen als typische Arbeitsweise eines Naturwissenschaftlers weiter übt. Auf diese Weise wird das Wissen wiederholt, genutzt und gefestigt

Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen werden durch die Aufgabe gezielt in das Unterrichtsgeschehen eingebunden. Es besteht die Möglichkeit Vorkenntnisse und bereits gesammelten Erfahrungen aus dem Alltag einzubringen.

Falls Schülerinnen und Schüler Schwierigkeiten haben, die Vorkenntnisse auf andere Alltagsbeispiele / Kontexte zu übertragen,  besteht zum einen die Möglichkeit, dass sie nicht nur Gedankenexperimente vollziehen, sondern einzelne Gegenstände aktiv handelnd ausprobieren und dadurch Kraftmesser im Alltag und deren Einsatzbereiche kennen lernen (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: a5).

Um darüber hinaus leistungsstärkere Schülerinnen und Schülern angemessen zu fordern, können diese optional eine Erklärung für die Federstärke aus den Eigenschaften der Feder formulieren (angebunden an das Feld des Lernstrukturgitters: e5). Die aufgestellte(n) Hypothese kann/können z.B. durch gezieltes Ausprobieren oder argumentativ durch Gedankenexperimente überprüft werden.