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Inhaltsangabe

Diese Arbeit ist auch unter http://www.examensarbeit.willhalm.de/ zu finden.

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1
Einleitung

Das „Lernen mit Kopf, Herz und Hand“ [Pest] kommt leider immer noch zu kurz in unseren Schulen. Dies ist sicher einer der Gründe dafür, dass nach einer bundesweiten Erhebung nur etwa 26% aller Schüler¹ einen Grundkurs und 12% einen Leistungskurs Physik wählen und die verbleibenden 62% Physik abwählen [DP2000]. Hier besteht gerade im Hinblick auf die Berufswahl und die abnehmenden Studierendenzahlen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich und bei den Ingenieurberufen Handlungsbedarf.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Einheit zu Magnetismus und Elektromagnetismus in der achten Klasse geschildert. Die Grundidee ist der Versuch eines anwendungsbezogeneren Physikunterrichts am Gymnasium. Der Unterricht, den ich an Schule und Hochschule erlebt habe, war grundlagenorientiert und kaum anwendungsbezogen. Der Bezug zu meiner Lebenswelt fehlte. Diese Arbeit ist mir daher ein besonderes Anliegen.

In der Überzeugung, die Schüler ausreichend beteiligt zu haben, möchte ich auch andere Lehrer zu dem Projekt Lautsprecherbau in der Jahrgangsstufe 8 ermutigen, da dies meiner Meinung nach ein Weg ist, echtes Interesse und Begeisterung bei den Schülern hervorzurufen.

Kapitel 2
Vorbereitung

In diesem Kapitel werden die Vorüberlegungen dargestellt, die zur erfolgreichen Realisierung der Einheit führten. Die Idee des Projekts Lautsprecherbau entstand, als ich hörte, dass ein ebensolches Projekt im Epochenunterricht Audiotechnik in Waldorfschulen durchgeführt wird. Also informierte ich mich in [Ma1991], doch die dort angesprochene Werkepoche in der Waldorfschule soll sechs Wochen mit jeweils vier Wochenstunden andauern und ist für die neunte und zehnte Klasse gedacht. Da außerdem die dort verwendeten Magnete nicht mehr erhältlich sind, war [Ma1991] nicht sonderlich hilfreich, denn das Projekt musste für die achte Klasse eines allgemeinbildenden Gymnasiums komplett neu entworfen werden, wie es im Folgenden dargestellt wird.

Zunächst werden die Grundlagen des theoretischen und technischen Fachwissens, welches man für ein Lautsprecherprojekt benötigt, und deren Reduktion im Anfangsunterricht zusammengefasst (Abschnitt 2.1). Anschließend werden didaktische und methodische Konzepte in Kapitel 2.2 vorgestellt und Überlegungen für den speziellen Unterrichtsgang angestellt. Die konkrete Planung der Einheit ist allerdings erst in Kapitel 3 detailliert beschrieben. Im Rahmen des Themas dieser Arbeit ist eine Darstellung der baden-württembergischen Situation bezüglich der Lernmittelfreiheit (siehe Kapitel 2.3) ebenfalls vonnöten.

2.1 Magnetismus, Elektromagnetismus und Lautsprecher

2.1.1 Theoretische Grundlagen

Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über die für diese Einheit relevanten theoretischen Grundlagen gegeben, bei dem hauptsächlich auf [Fl1997] Bezug genommen wird. Dementsprechend wird das Gauß-System verwendet, wie es in der wissenschaftlichen Fachliteratur über Elektrodynamik üblich ist. Als Ergänzung seien [Vo1995] und [Ti1998] empfohlen. Zur Einarbeitung in die technischen Grundlagen von Lautsprechern ist [Ha1990] sehr nützlich.

In der Elektrodynamik sind Felder die grundlegenden Größen. Die elektromagnetischen Felder E(r,t) und B(r,t)werden durch die Kraft K definiert, die sie auf eine Ladung q ausüben:

wobei r der Ort, v die Geschwindigkeit der Ladung und c der Betrag der Lichtgeschwindigkeit ist. Die Feldgleichungen des elektromagnetischen Feldes im Vakuum sind die Maxwellgleichungen:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

wobei ϱ(r,t) die Ladungsdichte und j(r,t) die Stromdichte und somit die Quellen des Feldes sind.

Das magnetische Feld wird durch Kräfte zwischen bewegten Ladungen definiert. Dies impliziert im Allgemeinen, dass das Problem zeitabhängig ist, doch für unseren Fall genügt es, zunächst von stationären Strömen in Leitern auszugehen, für die das Magnetfeld zeitunabhängig ist. Die Feldgleichungen der Magnetostatik lauten dann:

und

Dies sind die auf das B-Feld bezogenen Maxwellgleichungen (siehe Gleichung 2.3 und 2.4) im stationären Fall, also zeitunabhängig, wodurch der Term mit dem Verschiebungsstrom gleich Null ist.

Über das Kraftgesetz für einen stromdurchflossenen Leiter kann man das magnetische Feld B definieren. Aus einer gegebenen stationären Stromverteilung kann das Magnetfeld durch

berechnet werden.

Berechnet man das Magnetfeld eines unendlich langen stromdurchflossenen Drahtes in Zylinderkoordinaten ρ, ϕ und z, so erhält man das Biot-Savart-Gesetz:

Dieser Zusammenhang wird nach J. Biot und F. Savart benannt, die 1820 angeregt durch die Entdeckung H. C. Oersteds, dass eine Kompassnadel in der Nähe eines stromdurchflossenen Drahtes ausgerichtet wird, zahlreiche Experimente durchführten und die Resultate ihrer Messungen zur Kraft auf einen Magneten in der Nähe eines langen, stromdurchflossenen Drahtes veröffentlichten. Das Magnetfeld ist proportional zu und zeigt an jeder Stelle in Richtung von e_ϕ. Die Feldlinien sind daher Kreise, wie in Abbildung 2.1 zu sehen ist.

Betrachtet man eine unendlich lange Spule mit N_S Windungen pro Länge l_S auf einem Kreiszylinder, so ist das Magnetfeld im Inneren homogen

während es im Äußeren verschwindet. Dieses Feld gilt näherungsweise auch für eine endliche Spule, solange man nicht zu nahe an einem der Enden ist. Für die endliche Spule müssen alle Feldlinien, die das Spuleninnere verlassen, im Außenbereich geschlossen werden (siehe Abbildung 2.2), da es gemäß 2.4 div B = 0 keine magnetischen Ladungen gibt, die Ursprung von Feldlinien sind.

Relevant im Rahmen dieser Einheit ist auch der Begriff der Magnetisierung, die durch

definiert ist, wobei H die magnetische Feldstärke und χ_m die magnetische Suszeptibilität ist. Für Paramagnetismus gilt χ_m > 0 und für Diamagnetismus gilt χ_m < 0, bei beiden gilt Iχ_mI≪ 1. Paramagnetismus entsteht durch die Ausrichtung vorhandener magnetischer Momente (Spin und/oder Bahndrehimpuls von Elektronen) und tritt nur auf, wenn die Atome ungepaarte Elektronen haben. Diamagnetismus entsteht durch atomare Ströme, die durch das angelegte Magnetfeld induziert werden, und diesem nach der Lenz´schen Regel entgegenwirken (daher ist die Suszeptibilität negativ), und tritt in allen Atomen auf.

An dieser Stelle möchte ich kurz auf den Unterschied zwischen B-Feld und H-Feld eingehen. Dazu wird zwischen freien und gebundenen Strömen unterschieden. Freie Ströme fließen in Drähten, man kann sie mit Ampèremetern messen. Die Kreisströme in magnetisierter Materie sind gebundene Ströme. Alle Ströme sind Quellen von B, nur die freien Ströme sind Quellen von H. Es gilt B = H + 4πM = μH mit der Permeabilität μ = 1 + 4πχ_m.

Der in der Mittelstufe interessierende Ferromagnetismus tritt in speziellen Materialien auf, zum Beispiel in Eisen, Kobalt, Nickel und einer Reihe von Legierungen. In einem Ferromagneten erfolgt unter einer kritischen Temperatur T_c (Curie-Temperatur) eine Ausrichtung der Spins der ungepaarten Elektronen. Dadurch ergibt sich ohne äußeres Magnetfeld, also „spontan“, eine Magnetisierung M_s. Grund dafür ist die Wechselwirkung zwischen den Spins benachbarter Elektronen. Diese sogenannte Austauschwechselwirkung wird durch die Quantentheorie vorhergesagt, kann aber nicht durch die klassische Physik erklärt werden. Weit oberhalb der Temperatur T_c (T ≫ T_c) ist das Material paramagnetisch. Für T < T_c ist die globale Magnetisierung zunächst null, weil sich zwar einzelne sogenannte Weiss‘sche Bezirke einheitlicher Magnetisierung ausbilden, in denen die spontane Magnetisierung M_s jedoch in andere Richtungen zeigt, so dass sie sich gegenseitig zu Null kompensieren. Diese Magnetisierungen können durch ein angelegtes Magnetfeld ausgerichtet werden. Die Bereichsgrenzen (Bloch-Wände) verschieben sich hierdurch. Für ein nicht zu großes angelegtes Feld ergibt sich als globale Magnetisierung

mit χ_ferro ≫ 1. Die Proportionalität zwischen M und H gilt aber nur sehr eingeschränkt. Für starke Felder ergibt sich durch Ausrichtung aller Bezirke eine Sättigungsmagnetisierung. Die Ausrichtung der einzelnen Bezirke ist außerdem von der Vorgeschichte der Probe abhängig (Hysterese).

Die magnetischen Verhaltensweisen der Materie sind damit zwar noch nicht erschöpft, doch auf Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus sei an dieser Stelle nur hingewiesen.

2.1.2 Technische Grundlagen

Die in [Ha1990] erläuterten Lautsprecher-Antriebsprinzipien sind elektrodynamische Wandler, elektrostatische Wandler, piezoelektrische Wandler und Ionen-Lautsprecher. Hier werde ich nur auf elektrodynamische Wandler eingehen, und zwar auf Tauchspulenlautsprecher, die Bändchenlautsprecher und isodynamische Wandler werden nicht behandelt. Der überwiegende Teil aller Lautsprecher (Konuslautsprecher, Flachmembranlautsprecher, Kalottenlautsprecher) ist als Tauchspulenlautsprecher konstruiert. Hierbei wird der Leiter zu einer Spule aufgewickelt und in das Magnetfeld eines ringförmigen Magneten eingetaucht.

In Abbildung 2.3 sind der Aufbau und die Bauteile des am häufigsten verwendeten Typs von Tauchspulenlautsprechern, dem Konuslautsprecher, zu sehen. Diese werden im Folgenden erläutert:

Der Lautsprecherkorb dient zur Befestigung und Zentrierung des Schwingeinsatzes und des Magnetsystems sowie zum Einbau in das Gehäuse. Den Magneten braucht man zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Luftspalt, der möglichst knapp bemessen sein sollte, um einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten. Über den die Richtung wechselnden Strom in der Schwingspule (auf dem Spulenträger im Luftspalt) wird das elektrische Tonsignal in Bewegung umgewandelt. Als Spulenmaterialien dienen Kupfer oder Aluminium. Der aus Papier, Kunststoff oder Aluminium hergestellte Spulenträger verbindet die Spule mit der Membran, hält die Spule zentrisch im Luftspalt und leitet die Verlustwärme ab. Die Induktivität der Spule verursacht einen Anstieg des Scheinwiderstandes mit steigender Frequenz. Der Impedanzkontrollring soll diesen Effekt verhindern, indem er als Sekundärwicklung mit nur einer Windung wirkt und bei hohen Frequenzen einen Teil des Wechselstroms auf den Ring transformiert. Die Zentriermembran hält den Spulenträger zentrisch im Luftspalt und ist mitverantwortlich für die Grundresonanzfrequenz und die maximale Auslenkung der Membran, für die getränktes Gewebe verwendet wird. Die Membran versetzt die angrenzende Luft in Schwingungen und sollte leicht und steif sein. Die Sicke hält die Membran mit möglichst konstanter Federwirkung in ihrer vorgeschriebenen Bewegungsrichtung und bestimmt mit ihrer Steife Grundresonanzfrequenz und Hub. Die Staubschutzkalotte schützt den Luftspalt vor Verunreinigungen und drückt die Luft aus den dafür vorgesehenen Öffnungen. Die Zuleitungen verbinden die Anschlüsse am Korb mit der Schwingspule.

Die hier aufgeführten Bauteile sind für einen Tauchspulenlautsprecher jedoch nicht alle zwingend erforderlich. So unterschiedet sich der Kalottenlautsprecher vom Konuslautsprecher hauptsächlich dadurch, dass die Konusmembran und die Sicke weggelassen werden und der Schall nur von der Staubschutzkalotte abgestrahlt wird. Große Hübe kann die Kalotte daher nicht ausführen, da sie nur durch eine Randeinspannung geführt wird und deshalb zu Taumelbewegungen neigt. Daher wird sie nur zum Bau von Mittel- und Hochtonlautsprechern benutzt.

2.1.3 Reduktion im Anfangsunterricht

Im Anfangsunterricht in der Sekundarstufe I muss man sich zunächst einmal auf die bloße Behandlung der zu beobachtenden Phänomene beschränken. Magnetismus kann nicht als Teilgebiet der Elektrizitätslehre behandelt werden, was auch der historischen Entwicklung entspricht.

Wenn man die magnetischen Eigenschaften der Körper und das magnetische Feld vor einer Einführung in die Elektrizitätslehre behandelt, so Töpfer und Bruhn in [Tö1976], besteht die Gefahr, dass der Schüler nicht sofort und unmittelbar den Zusammenhang Magnetismus und Elektrizität begreift. Damit diese nicht zwei fast unabhängige Phänomene für den Schüler bleiben, sei es notwendig, die Beziehung zwischen diesen beiden Bereichen sorgfältig zu erarbeiten.

Durch die Behandlung der Elektrizitätslehre ohne den Magnetismus und die dann folgende Einheit Lautsprecherbau wird bei den Schülern eine sicher größere Verknüpfung zwischen Magnetismus und Elektrizitätslehre hergestellt, als dies bei dem herkömmlichen Unterrichtsgang (zuerst Magnetismus, dann Elektrizitätslehre) der Fall ist.

Laut aktuellem Lehrplan kann zur Beschreibung der Phänomene ein einfaches Elementarmagnetemodell herangezogen werden [BP1994]. Diese pädagogisch gutgemeinte und beliebte Modellvorstellung ist nach [We1979] jedoch problematisch und erfordere einen genauen Blick auf ihre wissenschaftshistorische Entwicklung und die Kenntnis der heutigen Theorie des Ferromagnetismus. Man müsse beachten, dass bei diesem Modell die Diskrepanz zur heutigen wissenschaftlichen Erkenntnis sehr hoch ist. Dennoch meine ich, ist es wichtig für die Schüler, überhaupt erst einmal in die Modellbildung in der Physik bzw. in den Naturwissenschaften Einblick zu bekommen. Auch Kuhn spricht sich in [We1979] nicht dafür aus, das Elementarmagnetemodell aus dem Unterricht zu entfernen. Bei richtiger Handhabung könne es ein Beispiel für die Verfeinerung von Modellvorstellungen aufgrund von neuen experimentellen Daten und theoretischen Konzepten sein.

In [GB1984] wird zum Magnetisieren einer Stricknadel zunächst ein Modell gebildet, welches dann nach Überlegungen durch ein anderes ersetzt wird. Dieses wiederum wird anhand eines Experiments überprüft und widerlegt. Anschließend wird ein neues Modell entwickelt, das Elementarmagnetemodell, mit dem die beobachteten Phänomene erklärt werden können. Hier wird den Schülern bewusst, dass durch dieses Elementarmagnetemodell möglicherweise neue Beobachtungen nicht erklärt werden können und man sich dann wieder ein anderes Modell bilden muss. Dieses Vorgehen entspricht der allgemein üblichen naturwissenschaftlichen Vorgehensweise. Dies hat mich dazu bewogen, an das Arbeitsblatt zu dem Elementarmagnetemodell die Kopien aus [GB1984] anzuhängen (siehe die Abbildungen A.3, A.5 und A.6).

In der Unterrichtseinheit „Magnetismus“ soll der Schüler erkennen, dass ein Magnet den Raum beeinflusst und ihm bestimmte physikalische Eigenschaften verleiht. Von den drei wichtigsten Feldern im Physikunterricht (Gravitationsfeld, elektrisches Feld, magnetisches Feld) ist das magnetische Feld für Schüler am einfachsten zu erarbeiten. Da B ~ H gilt und nur qualitative Beschreibungen gemacht werden können, wird auf eine Unterscheidung nicht eingegangen und der Verlauf der Feldlinien im Inneren eines Permanentmagneten im Unterricht nicht skizziert. Der Schüler soll einsehen, dass auch die magnetische Feldlinie eine Modellvorstellung ist, die eine bestimmte Struktur des Feldes veranschaulicht. Eisenfeilspäne gestatten eine anschauliche Einführung dieser Modellvorstellung [Tö1976]. Hier geht es selbstverständlich nur um eine qualitative Beschreibung.

Dies ist auch bei dem Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters bzw. einer stromdurchflossenen Spule der Fall. Die „Linke-Hand-Regel“ wird benutzt, bei der der Daumen in die Bewegungsrichtung der Elektronen zeigt, und die gekrümmten Finger die Richtung der Kraft auf einen magnetischen Nordpol.

Bei der Funktionsweise des Tieftauchspulenlautsprechers wird nur auf das Phänomen „Spule im Magnetfeld“ eingegangen. Das Magnetfeld der Spule soll mit der Linke-Hand-Regel erklärt werden, in diesem Zusammenhang auch, was das Wechseln der Stromrichtung bedeutet, und in welche Richtung sich durch die beiden Magnetfelder die Spule dann bewegt. Der Ohmsche Widerstand wird hier nicht thematisiert, sondern die Drahtlänge der Spule wird einfach vorgegeben. Der zu bauende Lautsprecher wird auf die wichtigsten Teile reduziert, nämlich den Ringmagneten, eine auf einem Träger befestigte Spule, die fest mit einer konischen Membran verbunden ist. Ein Stoffring übernimmt die Funktionen von Sicke und Zentriermembran und ist ebenso wie der Magnet und die Zuleitungen zur Spule am Gehäuse selbst befestigt.

2.2 Didaktische und methodische Überlegungen

Empirische Untersuchungen fördern eine Gleichförmigkeit, eine methodische Monostruktur im Unterricht an deutschen Schulen zutage – und zwar unabhängig von der Schulart und vom Schulfach. Allenthalben wird das bestehende Methoden-Repertoire nur sehr selektiv genutzt[Bo1998].

Auch in der in [M21990] dargestellten empirischen Erhebung einer Gruppe von Erziehungswissenschaftlern an der Fernuniversität Hagen zum „Methoden-Repertoire von Lehrern“ wird dies bestätigt:

Bei den zahlreichen Hospitationsstunden im Verlauf des ersten Jahres des Referendariats kann ich diese Untersuchung zumindest tendenziell bestätigen.

In Abbildung 2.5 haben Werner Jank und Hilbert Meyer [JM1994] einige Unterrichtskonzepte aneinandergereiht und um didaktische Prinzipien einerseits und Ansätze zur unterrichtsmethodischen Umsetzung andererseits ergänzt. In diesem Abschnitt werde ich auf die links platzierten Konzepte eingehen, die ihrem Selbstverständnis nach ganzheitliche und schülerorientierte Ansätze sind. Die drei von mir dargestellten Unterrichtskonzepte fallen unter das „Praktische Lernen“, das nach [JM1994] ein seit mehreren Jahren in Tübingen von einer Arbeitsgruppe um Andreas Flitner konzipiertes und bundesweit erprobtes Konzept zur stärkeren Verknüpfung von Kopf- und Handarbeit bezeichnet. Zusätzlich gehe ich noch auf Schülerversuche im Physikunterricht ein.

2.2.1 Handlungsorientierter Unterricht

Definition nach [JM1994]:

Die Formulierung „handlungsorientiert“ macht deutlich, dass es nicht darum gehen kann, nur noch handelnd zu lernen, was auch bei Vorkämpfern dieses Konzepts (u. a. Dewey und Kilpatrick) deutlich wird. Lernen und Handeln können zwar sehr eng miteinander verknüpft werden, gehen aber nicht ohne Rest ineinander auf. Geistiges Tun kann nicht ausschließlich als Widerspiegelung oder Verinnerlichung materieller Tätigkeiten und individueller und gesellschaftlicher Erfahrung definiert werden. Dieser Ansatz ist für Meyer der erste Schritt auf dem langen Weg zum schülerorientierten Unterricht, der den subjektiven und objektiven Bedürfnissen und Interessen der Schüler gerecht wird [M11990].

Das Konzept des Handlungsorientierten Unterrichts wird in einer Liste mit Merkmalen oder Kriterien ursprünglich in [JM1994], aber auch in [Bo1998] genauer dargestellt:

1. Handlungsorientierter Unterricht ist ganzheitlich. Die Ganzheitlichkeit hat mehrere Aspekte:
   1. Personal: Der Schüler soll mit Kopf, Herz, Händen und allen Sinnen dabei sein.
   2. Inhaltlich: Die Auswahl der Unterrichtsinhalte erfolgt nicht aufgrund einer Fachsystematik sondern ergibt sich aus dem vereinbarten Handlungsprodukt.
   3. Methodisch: Auch die ausgewählten Unterrichtsmethoden müssen ganzheitlich sein.
2. Handlungsorientierter Unterricht ist schüleraktiv. Das Konzept baut darauf, dass Selbsttätigkeit die unverzichtbare Voraussetzung für Selbstständigkeit ist. Dabei herrscht eine Dialektik (innere Gegensätzlichkeit) von Führung und Selbstständigkeit.
3. Im Mittelpunkt steht die Herstellung von Handlungsprodukten. An diesem Merkmal wird der Unterschied zum Handelnden Unterricht deutlich: Im Handlungsorientierten Unterricht steht am Anfang ein eher kognitiver, wenn auch komplexer Planungsprozess und am Schluss das Produkt materieller Handlung. Im Handelnden Unterricht ist dies gerade umgekehrt.
4. Handlungsorientierter Unterricht bemüht sich, die subjektiven Schülerinteressen zum Ausgangspunkt der Unterrichtsarbeit zu machen.
5. Handlungsorientierter Unterricht beteiligt die Schüler von Anfang an an der Planung, Durchführung und Auswertung des Unterrichts.
6. Handlungsorientierter Unterricht führt zur Öffnung der Schule nach innen und außen.
7. Es wird versucht, Kopf- und Handarbeit in ein ausgewogenes Verhältnis zu bringen.

Wie für den Piaget-Schüler Aebli sind für Meyer Denken und Handeln eng miteinander verknüpft. Wo die Fundierung im Handeln ausbleibt, werden Begriffe von den Lernenden leicht als belanglose Worthülsen empfunden, denen nur zum Zwecke von Leistungsüberprüfungen eine gewisse Bedeutsamkeit zugesprochen wird [Bo1998].

Um Handlungsorientierten Unterricht dauerhaft an Regelschulen verankern zu können, müssen sich diese Schulen spürbar wandeln. Das Fachunterrichtsmonopol der Sekundarstufen I und II sollte nach [JM1994] durchbrochen und durch eine Dreigliederung der Unterrichtsorganisation ersetzt werden, die aus Fachunterricht, Freiarbeit und Projektarbeit besteht.

Im Anhang ist auf Abbildung D.1 der idealtypische Ablauf einer handlungsorientiert gestalteten Unterrichtseinheit skizziert, wobei [JM1994] in erster Linie Grundschullehrer anspricht.

An dieses Raster habe ich mich im wesentlichen gehalten und bei der von mir durchgeführten Einheit handelt es sich um handlungsorientierten Unterricht, da die Kriterien wie folgt erfüllt sind:

1. 1. Die Schüler sollen durch Schülerversuche und das Bauen des Lautsprechers mit Kopf, Händen und allen Sinnen dabeisein. Musik spielt in dem Leben der Schüler eine wichtige Rolle und sie haben täglich in ihrer Freizeit mit Lautsprechern zu tun. Daher wird auch ihr Herz bei dieser Einheit angesprochen.
   2. Die Auswahl der Unterrichtsinhalte ergibt sich aus dem vereinbarten Handlungsprodukt, dem Lautsprecher. Sie stimmen zusätzlich aber auch mit Lehrplaninhalten überein.
   3. Auch bei den ausgewählten Unterrichtsmethoden bemühe ich mich, möglichst viele verschiedene Methoden zu benutzen und dadurch auch in diesem Punkt die Ganzheitlichkeit zu erfüllen.
2. Die Schüleraktivität ist sowohl bei den Schülerexperimenten, bei denen die Schüler selbstständig beobachten und ihre Beobachtungen dokumentieren sollen, als auch beim Bauen der Lautsprecher gegeben.
3. Im Mittelpunkt steht die Herstellung der Lautsprecher. Zuerst wird die Funktionsweise durch Schülerexperimente ergründet, bei denen auch die selbstgewickelte Spule zum Einsatz kommt, bevor tatsächlich Lautsprecher gebaut werden.
4. Durch den Bau von Lautsprechern, die für die Schüler wichtige Produkte in ihrer Freizeit sind, werden subjektive Schülerinteressen zum Ausgangspunkt der Unterrichtsarbeit gemacht.
5. Die Schüler werden gleich zu Anfang der Einheit mit der Planung und Durchführung des Unterrichts vertraut gemacht und es erfolgt auch eine Auswertung von Schülerseite, zum einen durch den Bau der Lautsprecher, aber auch durch schriftliche Auswertung zum Abschluss ihres Heftaufschriebs (ein paar Beispiele sind im Anhang E zu sehen).
6. Der herkömmliche Physikunterricht wird nach außen geöffnet, indem ein Gegenstand aus dem Freizeitbereich der Schüler zum Mittelpunkt wird und die gebauten Lautsprecher im Familien- und Freundeskreis von den Schülern vorgestellt werden können. Die Öffnung nach innen erfolgt durch die Einbeziehung eines technischen Gegenstandes, wobei dies – auf das Gymnasium bezogen – nicht schulfächerübergreifend ist, da das Fach Technik bislang nicht in den Fächerkanon aufgenommen wurde. Für die überwiegende Mehrzahl der Physiklehrer aller Schulformen und Schulstufen ist es heute aber ohnehin unstrittig, dass die Behandlung technischer Sachverhalte eine legitime Aufgabe des Physikunterrichts ist [Bl1999]. Eine innere Öffnung erfolgt auch, da die Schüler, aber auch Lehrer und Schüler in Gruppenarbeitsphasen anders als im herkömmlichen Unterricht aufeinander zugehen und dadurch individuellere Lernwege eröffnet werden.
7. Kopf- und Handarbeit stehen durch Wechsel von praktischem Tun und Auswerten, Nachdenken, Diskutieren und Kritisieren der Ergebnisse in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander.

2.2.2 Offener Unterricht – Freiarbeit

Offener Unterricht bedeutet nach [Ki2000] vor allem eine Öffnung für Schüler zu mehr Selbstständigkeit und Mitverantwortung. Es handelt sich um einen „individualisierten Unterricht“, das heißt spezifische Lernangebote und Wahlmöglichkeiten für einen einzelnen Schüler oder eine kleine Gruppe. Selbstständigkeit, Mitverantwortung und Eigenaktivität rücken als pädagogische Ziele mehr und mehr in den Mittelpunkt und offener Unterricht stimmt mit diesen Prinzipien überein.

Die traditionelle Lehrerrolle wird verändert, der Lehrer wird zum Helfer, er muss Materialien kritisch auswählen, gegebenenfalls sogar selbst herstellen, es gilt finanzielle und räumliche Schwierigkeiten zu bewältigen und man muss der unerschütterlichen Überzeugung sein, dass Schüler zu eigenverantwortlichem Lernen und Arbeiten bereit und fähig sind.

Methodisch bedeutet offener Unterricht freies Arbeiten in Einzel-, Partner- oder Gruppenarbeit; in [Ki2000] auch als „Freiarbeit“ bezeichnet, bei der im Allgemeinen auf eine Benotung verzichtet wird. Freiarbeit ist etwas, das erst einmal gelernt werden muss. Hierfür wird in [Ki2000] das Verlaufsschema in Abbildung 2.6 vorgeschlagen:

Zur Einführung in dieses Konzept wird Lehrern die Vorbereitung von Lernstationen empfohlen, wodurch die Planungsphase für die Schüler entfällt.

In [Bl1999] wird „entdeckender Unterricht“ auch als offener Unterricht bezeichnet. Die Schüler arbeiten selbstständig anhand von Unterrichtsmaterial, Texten, Versuchs- und Experimentiergeräten. Beim entdeckenden Unterricht wird eine für alle Schüler oder Schülergruppen gemeinsame Fragestellung zu Beginn des Unterrichts erarbeitet oder vorgegeben.

Vorteil des entdeckenden Unterrichts ist, dass bestimmte übergeordnete Lehrziele erreicht werden können:

• Förderung der Selbstständigkeit und Selbsttätigkeit der Schüler
• Aufbau der Fähigkeit, eine Arbeit zu planen, zu organisieren und auch durchzuführen.
• Langfristig wird so die Fähigkeit zur Eigenverantwortlichkeit entwickelt

Der Schüler wird als handelnder und denkender Partner ernstgenommen, ihm wird nicht mehr zugemutet, unverstandenes und unbegründetes Wissen zu übernehmen. Der Schüler erlebt beim entdeckenden Lernen, wie er durch eigene Tätigkeit Zusammenhänge entdecken kann.

Nachteil dieses methodischen Lernkonzepts ist, dass sich hauptsächlich aktive und lernstarke Schüler in der offenen und ungewissen Situation des entdeckenden Lernens bewähren, während lernschwache Schüler eher durch einen darbietenden Unterricht mit guter Darbietung und Erklärung gefördert werden.

Offenen Unterricht will Chr. Wopp in [JM1994] nicht als Unterrichtskonzept im üblichen Sinne verstanden wissen, sondern als dynamischen und vernetzten Prozess der Entfaltung einer neuen Unterrichtskultur im Schulalltag. Offen zu unterrichten bedeute nicht, die Theorie eines anderen Pädagogen einfach zu übernehmen, sondern „sich jeweils die Rosinen herauszupicken“ und daraus einen zeitgemäßen und auf die jeweilige Lerngruppe zugeschnittenen Unterricht zu entwickeln.

Nach genau diesem „Konzept“ bin ich bei der Vorbereitung dieser Einheit vorgegangen und präsentiere „die Rosinen“.

In Anbetracht der knappen zur Verfügung stehenden Zeit stelle ich einzelnen Schülern oder Gruppen nicht spezifische Lernangebote oder Wahlmöglichkeiten zur Verfügung, sondern entwickle Arbeitsblätter zu einzelnen Bereichen, in denen oftmals Schülerversuchsanleitungen enthalten sind, anhand derer bestimmte Phänomene beobachtet werden sollen. Während den Schülerarbeitsphasen muss ich dann die Funktion des Helfers erfüllen, um den Schülern eigenverantwortliches Arbeiten und Lernen zu ermöglichen. Methodisch habe ich mich auch aus den weiter unten genannten Gründen (siehe Kapitel 2.2.4) für Partnerarbeit entschieden. Auf eine Bewertung der Schülerleistungen werde ich nicht ganz verzichten, um auch eine Kontrollmöglichkeit zu haben, ob diese Art zu unterrichten effektiv ist. Da es sich um meine erste Einheit dieser Art in Physik handelt, verzichte ich wie bei dem Vorschlag zu Lernstationen darauf, die Schüler in die Planungsphase einzubeziehen (dies ist die erste Phase nach dem Verlaufsschema in Abbildung 2.6), um den Erfolg dieser Einheit zu sichern und da die zur Verfügung stehende Zeit relativ knapp bemessen ist. Daher besorge ich die benötigten Materialien selbst. Die Info-/Materialbeschaffungsphase beschränkte sich für die Schüler auf die einzelnen Stunden, in denen sie sich mit ihrem Partner die auf dem Experimentiertisch bzw. in den Schränken des Physiksaals vorhandenen Materialien beschaffen müssen. Eine weitere kleine Abweichung nehme ich bei der Integrationsphase vor: Die Ausstellung der Lautsprecher im Schulgebäude werde ich in Anbetracht der zeitlichen Situation selbst vornehmen, da sonst zwischen dem durch den Bau der Lautsprecher gesetzten Ende der Einheit und der Ausstellung eine Schul- und zwei Ferienwochen lägen. Das Einordnen und Einheften in ihre Unterlagen haben die Schüler aber selbst vorgenommen, so dass man hier durchaus von einer Integrationsphase für die Schüler sprechen kann. In dieser Einheit bin ich insofern nach dem Konzept des „entdeckenden“ Unterrichts vorgegangen, als zu Beginn der Einheit sowie zu Beginn der einzelnen Unterrichtssektionen eine Fragestellung erarbeitet wird, die die Schüler selbstständig bearbeiten.

2.2.3 Projektunterricht

Ein Verdienst von John Dewey und William H. Kilpatrick ist es, den rein praktisch definierten Projektbegriff in einen bildungstheoretischen Zusammenhang gestellt zu haben. Projektunterricht stellt den Versuch dar, zur Selbstorganisation von Lehr-/Lernprozessen durch die Vereinbarung konkreter Vorhaben bzw. Projekte überzugehen. Dies setzt die Demokratisierung der Leitungsstrukturen und die Öffnung der Schule voraus [JM1994].

Der Mensch als selbstständig handelndes Individuum setzt sich aktiv und bewusst mit seiner natürlichen und sozialen Umwelt auseinander, beeinflusst diese und wird umgekehrt von ihr beeinflusst.

Die Projektidee wurde in der Vergangenheit oft missbraucht, denn man fasste die Projektmethode als rein methodische auf, die sich funktional für jeden Zweck einsetzen lasse.

Auch bei Projekten tritt der Lehrer eher in den Hintergrund und wirkt beratend und organisierend. Die Schüler sind an der Planung beteiligt und tragen Verantwortung für die Durchführung und die Ergebnisse. Die modernere Projektmethode ist vorwiegend an den Interessen und Bedürfnissen der Schüler orientiert und die gesellschaftliche Relevanz des Themas rückt in den Hintergrund und wird nicht mehr im Sinne einer notwendigen Bedingung für ein Projekt verstanden. [Ki2000]

In [Ki2000] und [Bl1999] werden folgende Merkmale für Projektunterricht genannt:

1. Die Schüler sollen für das Projektthema intrinsisch motiviert sein (Bedürfnisbezogenheit).
2. Es soll eine Brücke geschlagen werden zwischen „theoretischer“ Schule und der Alltagswelt (Situationsbezogenheit).
3. Die Schüler organisieren den Lehr-Lern-Prozess selbst, sie bestimmen Zielsetzung, Planung und Durchführung des Projekts mit oder übernehmen es sogar selbst (Selbstorganisation des Lehr-Lern-Prozesses).
4. Durch gemeinsame Problemlösung wird erfahrbar, dass komplexe Probleme am besten arbeitsteilig gelöst werden können. (Kollektive Realisierung).
5. Die Schüler arbeiten auf ein konkretes, vorzeigbares Ziel hin (Produktorientiertheit).
6. Ein Projekt ist nicht fach- sondern sachgebunden. Schüler erhalten Einblick in interdisziplinäre Arbeitsweisen (Interdisziplinarität).
7. Im Allgemeinen wird eine gesellschaftlich relevante Problematik bearbeitet und so ein Bezug zwischen Schule und Gesellschaft hergestellt (Gesellschaftliche Relevanz).

In der Regel sind jedoch nicht alle diese Merkmale bei einem Projektunterricht erfüllt. Otto hat hierfür 1974 den Begriff „projektorientierter Unterricht“ eingeführt. Eine scharfe Trennung zwischen Projekt und projektorientiertem Unterricht ist nicht möglich.

Die Interdisziplinarität erweist sich gemäß [Bo1998] bei genauerem Hinsehen als wenig grundlegend. Zum einen werden Projekte zunehmend im Fachunterricht durchgeführt, zum anderen sprengt die Behandlung eines komplexen Problems im Zusammenhang zwar sehr oft den schulischen Fächerkanon, beleuchtet es aber nicht auch notwendigerweise im Schnittpunkt verschiedener Fachdisziplinen.

Die Motivation für das Thema erfolgt über das Interesse an der Umwelt, in diesem Fall einem Alltagsgegenstand der Schüler, dessen Funktionsweise man herausfinden will. Durch diesen Alltagsgegenstand, der gebaut werden soll, sind automatisch die Punkte „Situationsbezogenheit“ und „Produktorientiertheit“ erfüllt. „Interdisziplinarität“ wird durch das über den Tellerrand der Physik in die Technik hinausgehende Thema hergestellt. Die Gesellschaftliche Relevanz ist gewährleistet, da die Technisierung eines Lebensbereichs der Schüler bewusst durchdrungen und das eigene Konsumverhalten hinterfragt wird, wenn man feststellt, mit welchen einfachen Mitteln ein von der Klangqualität her doch überzeugender Lautsprecher selbst gebaut werden kann. Qualitatives Wahrnehmen und Urteilen wird geschult.

Es handelt sich hier nur um eine Pseudo-Selbstorganisation des Lehr-Lernprozesses, da die Schüler im Unterricht zwar den Weg ein Stück weit bestimmen, dieser aber von mir doch schon vorgedacht ist. Auch werden die einzelnen Fragestellungen nicht arbeitsteilig, sondern von der gesamten Lerngruppe gelöst. Es wird aber durch die Partnerarbeitsphasen erfahrbar, dass man in Partnerarbeit eine Fragestellung besser bearbeiten kann als alleine.

Bei der durchgeführten Einheit handelt es sich also um Projektunterricht, im engeren Sinne um „projektorientierten Unterricht“.

2.2.4 Schülerversuche

Im Erziehungs- und Bildungsauftrag des Lehrplanes [BP1994] wird auf die Wichtigkeit von Schülerexperimenten aufmerksam gemacht:

An dieser Stelle möchte ich einige Gedanken aus [Bl1999] vorstellen:
Der Lehrer sollte im Interesse seiner Schüler bestrebt sein, den Anteil an Schülerversuchen möglichst hoch zu halten. Der Schüler erfährt eine unmittelbare Begegnung mit physikalischen oder technischen Vorgängen und Zusammenhängen. Während er beim Lehrerversuch eine eher rezeptive Handlung einnehmen muss, nimmt er hier die Haltung des aktiven und produktiven Tuns ein. Interesse wird geweckt und gefördert und ruft eine starke Motivation hervor. Der Schülerversuch erhält seine besondere, erziehliche und das Lernen fördernde Bedeutung im Physikunterricht.

Schülerversuche sollten in der Regel zur Kommunikationsförderung in Gruppen durchgeführt werden. Die Gruppengröße ist von der Ausstattung der Schule und der Klassenstärke abhängig. Die Didaktiker sind einhellig der Meinung, dass sich die Zweiergruppe als für die Arbeit am günstigsten erwiesen hat, bei der sich die Aufgabenverteilung partnerschaftlich von selbst regelt, was auch der Grund dafür ist, dass ich diese Form wähle. Eine gute Anleitung für Aufbau und Durchführung ist enorm wichtig für das Gelingen der Schülerversuche. Sie lässt sich am einfachsten in der von mir gewählten arbeitsgleichen Form gestalten. Damit jede Gruppe ihr Gerät und Zubehör an den Platz bekommt, kann der Lehrer entweder die Geräte auf einem Tablett zusammenstellen, was für ihn aber relativ zeitintensives Bereitstellen und Wegsortieren bedeutet. Eine weitere Möglichkeit ist, die Sammelkästen für die einzelnen Zubehörteile dem Sammlungsschrank zu entnehmen und bereitzustellen. Hier ist es zweckmäßig, wenn ein Schüler für ein oder mehrere Zubehörteile verantwortlich eingeteilt wird und diese austeilt und einsammelt. Mängel oder Beschädigungen werden sofort entdeckt und die ursprüngliche Ordnung lässt sich schnell wieder herstellen. Die Versorgung nach dem Muster des Selbstbedienungsladens führt zu erheblicher Unruhe, wenn sie vom Lehrer nicht straff organisiert ist.

Bei der Durchführung von Schülerexperimenten wird oft nach Arbeitsanweisung gearbeitet. Die Umsetzung von Arbeitsanweisungen in Versuchsaufbauten, das sorgfältige Lesen und damit verbundene Verstehen der Anweisungen und das Übersetzen in sachgerechtes Handeln sind Fähigkeiten, die dabei geübt werden. Sie spielen im modernen Leben eine beträchtliche Rolle, denn es muss sowohl im privaten wie im beruflichen Bereich oft die Bedienung und Benutzung neuer Geräte und Materialien anhand von Gebrauchsanweisungen erfolgen. Dies bereits rechtfertigt es, auch die Arbeit nach vorgegebenen Plänen und ihre sorgfältige Ausführung in den Unterricht zu übernehmen.

Vor allem im Bereich technischer Unterrichtsinhalte ist der Bau funktionierender Modelle nach vorgegebenem Plan möglich und sinnvoll. Der Schüler erfährt durch die Entwicklung und Herstellung von Produkten eine Erweiterung seiner Handlungsfähigkeit und eigenes Können. Er kann sich mit den von ihm im Unterricht hergestellten Dingen identifizieren.

2.3 Lernmittelfreiheit

Im Rahmen einer Einheit wie dieser, die verglichen mit herkömmlichem Unterricht kostenintensiver ist, muss man sich auch Gedanken über die Lernmittelfreiheit machen.

Bis 1981 war die Bagatellgrenze für die Lernmittelausleihe gesetzlich auf 1 DM festgelegt, von 1982 bis Ende 1996 galt die - ebenfalls gesetzlich festgelegte - Grenze von 5 DM. Mit dem „Ersten Gemeindehaushaltsstrukturgesetz“ vom 16.12.1996 ist diese 5-DM-Grenze durch den Begriff „Gegenstände geringen Wertes“ ersetzt worden. Den Kommunen als Schulträgern sollte mit dieser Änderung die Möglichkeit eingeräumt werden, die Bagatellgrenze nach oben anzupassen, um dadurch Mittel einzusparen... [St2001]

Im Januar 2001 hat der Verwaltungsgerichtshof Baden-Württemberg der Klage eines durch seine Eltern vertretenen Schülers stattgegeben, der für den Deutsch-Unterricht ein Lektüre-Heft zum Preis von 9,90 DM anschaffen musste und die Erstattung dieses Betrages von der beklagten Stadt Gengenbach, dem Schulträger, forderte [VG2001]. Die Revision zum Bundesverwaltungsgericht wurde nicht zugelassen.

Zwar verhandelten Baden-Württembergs höchste Verwaltungsrichter nur einen Einzelfall, dennoch hat das Urteil grundsätzliche Bedeutung für das Land. Bisher waren viele Eltern bereit, einen Anteil an den Lernmitteln zu tragen, doch nach diesem Urteil werden sich die Eltern schulpflichtiger Kinder künftig wegen der finanziellen Erleichterungen freuen.

Der Städtetag weist darauf hin, dass aufgrund dieses Urteils in vielen Städten hinsichtlich der Bagatellgrenzfestlegung Konsequenzen zu ziehen sind. Er empfiehlt den Städten als „Gegenstände geringen Wertes“ im Sinne des Schulgesetzes [SchG] alle Lernmittel zu behandeln, die einen Euro oder weniger kosten. Hierbei ist noch zu beachten, dass in der Landesverfassung festgelegt ist, dass „Unterricht und Lernmittel an den öffentlichen Schulen unentgeltlich sind“ [LV]. Die Opposition hat deshalb der Ministerin für Kultus, Jugend und Sport Dr. Annette Schavan vorgeworfen, dass sie über Jahre hinweg gegen die Landesverfassung gehandelt habe [LT2001].

Auf die Schulträger – das sind meist die Gemeinden und Kreise – wird in der Summe nach einer Schätzung des Gemeindetags eine Mehrbelastung von „mehr als 25 Millionen Mark“ veranschlagt, nach Schätzung des baden-württembergischen Städtetages wird es eine Mehrbelastung von 60 Millionen Mark sein [BZ2001].

Die bei dem Lautsprecherbau für jeden Schüler anfallenden Kosten sind nicht als „geringen Wertes“ zu bezeichnen, da sogar die von vielen Kommunen eingesetzte Obergrenze von zehn Mark überschritten wird.

Man kann das Projekt Lautsprecherbau also nicht in einer öffentlichen Schule durchführen und die entstehenden Kosten den Eltern aufbürden, sondern muss sich um eine anderweitige Finanzierung des Projekts kümmern. Dies wird in Kapitel 3.1.7 beschrieben.

Kapitel 3
Darstellung der praktischen Umsetzung

3.1 Planung

3.1.1 Die Klasse und ihre Lernvoraussetzungen

Die Unterrichtseinheit wurde am Ellenrieder-Gymnasium in Konstanz in der Klasse 8a durchgeführt. Diese bestand aus 17 Schülerinnen und 11 Schülern. In derselben Klasse hatte ich schon vor Weihnachten die Einheit Elektrizitätslehre unterrichtet. Da während der Vorbereitung dieser Einheit bereits die Idee für diese Examensarbeit entstand, wurde bewusst zunächst auf die Behandlung von Magnetismus und magnetischer Wirkung des elektrischen Stromes verzichtet. Das bedeutet konkret, dass aus den für die 8. Klasse vorgesehenen Themen der Lehrplaneinheit 3 [BP1994] Elektrischer Stromkreis, Leiter und Isolatoren, Wärmewirkung und chemische Wirkung des elektrischen Stromes, Gefahren des elektrischen Stromes, Ladungsmenge, Ladungserhaltung im unverzweigten und einfach verzweigten Stromkreis und Stromstärke behandelt wurden. Außerdem wurden aus der Lehrplaneinheit 1 schon zu Beginn des Schuljahres einfache Schallerscheinungen, physikalische Beschreibung von Tönen und die Schallgeschwindigkeit behandelt.

Die Klasse arbeitete – abgesehen von wenigen Ausnahmen – sehr gerne in Partnerarbeit bzw. Kleingruppen und stets mit Freude am Schülerpraktikum. Auf dem Evaluationsbogen nach der ersten Einheit in dieser Klasse äußerten einige Schüler, dass das Schülerpraktikum für ihren Geschmack zu kurz gekommen sei. Ich hatte durchschnittlich „nur“ in jeder zweiten Stunde eine Praktikumsphase eingeplant. Daher wollte ich den Schülern bei dieser Einheit die Möglichkeit geben, so viel wie nur irgend möglich selbstständig zu bearbeiten. Dabei war der Freiarbeitsteil in der schriftlichen Prüfungsarbeit von [Ru1998] eine wertvolle Anregung.

Das Leistungsniveau der Klasse ist wahrscheinlich als etwas besser als der Durchschnitt zu bezeichnen.

3.1.2 Lernziele

Aus den Darstellungen in Kapitel 2.1 und 2.2 leiten sich die in diesem Abschnitt präsentierten Lernziele ab: Die Schüler werden zur Selbstständigkeit erzogen und Selbsttätigkeit, Eigenaktivität sowie die Entwicklung von Eigenverantwortlichkeit werden gefördert. Außerdem soll durch diese Einheit eine gedankliche Durchdringung der Umwelt, insbesondere des Konsumverhaltens und der Hörgewohnheiten der Schüler, veranlasst werden. Die Methoden- und Sozialkompetenzen der Schüler sollen im projektorientierten Unterricht erweitert und gestärkt werden.

Den Schülern soll bewusst werden, dass Physik die Grundlage vieler Technologien bildet, und dass sie selbst physikalische Zusammenhänge durch gezieltes, genaues Beobachten erfassen können. Die Schüler gewinnen die Einsicht, dass sie selbst herausfinden können, wie ein Gerät funktioniert, auch wenn sie dessen Funktionsweise zunächst nicht verstehen. Die Schüler lernen die induktive Methode des Physikunterrichts kennen, d. h. von aus Experimenten gewonnenen Daten zum physikalischen Gesetz oder zur physikalischen Theorie zu gelangen [Ki2000].

Durch die Schülerexperimente sind die Schüler in der Lage, eine selbstkritische Relativierung eigener Beobachtungen und Schlussfolgerungen anzustellen, sie haben Respekt vor dem Aufwand und der Energie, die zu den uns heute zur Verfügung stehenden wissenschaftlichen Erkenntnissen geführt haben. Ihre soziale Kompetenz wird verstärkt durch die Übernahme von Verantwortung, das Einordnen in eine Arbeitsgruppe, durch die Bewältigung gestellter Aufgaben im Team, Steigerung der Kommunikationsfähigkeit, Anerkennung der Überlegungen und Leistungen anderer und kritische Bewertung der eigenen Arbeit. Es wird ein Beitrag zur allgemeinen Studierfähigkeit geleistet, da im Schülerexperiment Geistes- und Arbeitshaltungen eingeübt werden, die sich unter anderem durch Unverdrossenheit, Geduld und Zähigkeit auszeichnen und die Grundlage jeder wissenschaftlichen Tätigkeit sind. Die Schüler gehen außerdem angstfrei mit technischen Geräten um und entwickeln experimentelle Fähigkeiten und Fertigkeiten.

Physikalische Grob- und Feinziele sind schließlich: Die Schüler experimentieren mit verschiedenen Magneten, untersuchen sie auf ihre Pole und erkennen das magnetische Kraftgesetz. Sie sollen feststellen, dass sie eine Büroklammer mit Hilfe eines Magneten magnetisieren können und dass man keinen magnetischen Monopol herstellen kann. Die Ergebnisse der Schülerversuche betten sie in ein physikalisches Modell ein, das Elementarmagnetemodell. Die Schüler sollen das Magnetfeld der unterschiedlichen Magnete mit Eisenfeilspan- und Magnetnadeldarstellung kennenlernen und Feldlinienbilder erstellen können. Sie sollen den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Magnetismus kennenlernen. Sie sollen die Linke-Hand-Regel kennenlernen und anwenden können und das Zustandekommen des Magnetfeldes einer stromdurchflossenen Spule erklären. Die Schüler erkennen die physikalischen Zusammenhänge und übertragen diese auf ein technisches Gerät. Sie sollen die wesentlichen Bauteile eines Lautsprechers erkennen und am Ende der Einheit in der Lage sein, einen funktionstüchtigen Lautsprecher in Partnerarbeit zu bauen.

3.1.3 Zeitliche Organisation

Um den Bezug zum Lautsprecher über die gesamte Dauer der Unterrichtseinheit aufrechtzuerhalten, wollte ich auf gar keinen Fall eine Unterbrechung durch Ferien oder Studienfahrt haben, so dass in dem relativ zerrissenen zweiten Halbjahr eigentlich nur der Monat März in Frage kam.

Die beiden Wochenstunden Physik waren ursprünglich auf zwei Einzelstunden am Dienstag- und Donnerstagvormittag verteilt. Wegen meiner Seminarkurse am Dienstag wurde die Dienstagsstunde auf Freitag verlegt. Normalerweise wäre der Physiksaal dann durch eine Naturphänomene-Klasse belegt gewesen, doch die hier unterrichtende Lehrerin ist – und dafür möchte ich mich bedanken – für den Zeitraum in einen anderen Raum ausgewichen. Es standen mir also für insgesamt vier Wochen der Physiksaal donnerstags in der ersten und freitags in der fünften Stunde zur Verfügung.

Zum Bau der Lautsprecher haben die Schüler und ich zwei Zusatztermine am Donnerstag- und Freitagnachmittag der letzten zur Verfügung stehenden Woche vereinbart, wobei die Schüler mit ihrem Partner lediglich an einem Nachmittag kommen mussten. An diesen Nachmittagen konnten wir den Werkraum der Schule benutzen, was sich als außerordentlich praktisch erwies, da ich die Materialien dort über Nacht nicht wegräumen musste. Außerdem standen hier richtige Werkbänke, eine Bohrmaschine, ein Lötkolben und sonstiges Werkzeug zur Verfügung. Die zum Aussägen der Frontplatten erforderlichen Laubsägen wurden freundlicherweise vom Alexander-von-Humboldt-Gymnasium zur Verfügung gestellt.

3.1.4 Stoffverteilungsplan

Von der im aktuellen Bildungsplan [BP1994] vorgeschriebenen Lehrplaneinheit 3 wurden in der Klasse folgende Themen vor dem Lautsprecherprojekt nicht behandelt und sollen im Rahmen dieser Einheit durchgenommen werden:

• Magnete und ihre Wirkungen
• Magnetisieren
• Elementarmagnetmodell
• Magnetfeld
• Magnetische Wirkung des elektrischen Stromes
• stromdurchflossene Spule als Magnet, Lautsprecher als technische Anwendung

Das Erdmagnetfeld ist nicht im Bildungsplan vorgesehen und wird in dieser Arbeit nicht berücksichtigt. Da es in vielen Schulbüchern [Ap2000, Br1993, DB1992, GB1984] aber beschrieben wird, hat der betreuende Lehrer dies in der letzten Stunde vor den Osterferien behandelt.

Es folgt eine tabellarische Übersicht der einzelnen Stunden, zu denen die im Anhang A abgebildeten Arbeitsblätter angegeben werden:

Details können in der Beschreibung der einzelnen Stunden (Kapitel 3.2) nachgesehen werden.

3.1.5 Material

Das Material habe ich aus den in Kapitel 2.2 genannten Gründen selbst besorgt. Holz, Sägeblätter, Schmirgelpapier, zweiadriges Kabel, Unterlegscheiben, Muttern, Schrauben und Nägel bekommt man ohne Probleme im Baumarkt. Stoff, Fotokarton, Reißnägel und Büroklammern erhält man im Kaufhaus. Lackisolierten Kupferdraht kann man entweder in einem Elektronik-Geschäft beziehen oder im Elektronik-Versand, wo man allerdings nicht so kleine Mengen erhält, wie man sie für dieses Projekt benötigt.

Schwieriger war es, die Ringmagnete zu besorgen. In diesem Fall erhielt ich sie bei einem Lehrer einer Walldorf-Schule, der nebenher noch Lehrmittel für phänomenologischen Physikunterricht vertreibt (Wenger-Lehrmittel, Stockach). Er bezieht die Ringmagnete aus den USA und hatte zum Glück noch die von mir benötigte Stückzahl vorrätig, so dass ich nicht die sechs- bis achtwöchigen Lieferfrist in Kauf nehmen musste.

Neben dem Material, das man für den Lautsprecherbau selbst benötigt, ist noch anderes Material in der Schule herauszusuchen und bereitzustellen. So habe ich vierzehn kleine Kisten bereitgestellt, die die Schüler mit ihren Namen versehen und darin ihre Magnete und auch ihre Spule aufbewahren konnten (siehe Abbildung 3.1).

Da bei den Schülerpraktika-Utensilien nicht genügend intakte Kompassnadeln waren, habe ich von der Erdkundesammlung Kompasse ausgeliehen. Die anderen benötigten Geräte habe ich in der Physiksammlung gefunden, und das dürfte meines Erachtens an keiner Schule in Deutschland ein Problem sein, da keine außergewöhnlichen Materialien darunter waren.

3.1.6 Entstehende Kosten

Die teuerste Komponente der Lautsprecher, die die Schüler gebaut haben, ist der Magnet. Es handelt sich um Ringmagnete, die zu einem Einzelpreis von 10, 44 DM bei einer Abnahme von mehr als zehn Stück bei Wenger Lehrmittel bezogen werden können. Da jeweils zwei Schüler gemeinsam einen Lautsprecher bauen sollten, wurden für die Klasse vierzehn Ringmagnete benötigt, die insgesamt 146, 16 DM kosteten.

Bei der Besorgung des lackisolierten Kupferdrahtes gab es zunächst Schwierigkeiten, ein Geschäft zu finden, das diesen sehr dünnen, im Durchmesser nur 0, 2  mm dicken Draht verkauft. Schließlich bestellte ich ihn bei RS Components, einem Elektronikversand, bei denen allerdings eine Mindestabnahmegrenze von 500 g gilt. Dies sind etwa 1600 m Draht und für 14 Lautsprecher benötigt man nicht einmal ein Zehntel davon. Man muss zwar noch damit rechnen, dass beim Wickeln der ein oder anderen Spule die isolierende Schicht beschädigt wird, und von daher der Drahtverbrauch nicht zu knapp kalkuliert werden darf, aber die bezogene Menge war eindeutig zu groß, so dass man den Draht besser in einem Geschäft bestellt, das auch kleinere Mengen abgibt. Man kommt also auch mit weniger als den hier bezahlten 35, 98 DM aus.

Außerdem benötigt man Holzzuschnitt. Hier verwendete ich 12 mm dicke Spanholzplatten, die gleich zugeschnitten wurden, so dass für jeden einzelnen Lautsprecher eine quadratische Frontplatte mit Seitenlänge 24, 0 cm, eine Bodenplatte 10, 8 cm × 24, 0 cm, eine Deckelplatte 24, 0 cm × 12, 0 cm und zwei Seitenwände 25, 2 cm × 12, 0 cm. Im Holzhandel kostete die günstigste Holzausführung 97, 01 DM.

Die zur Fixierung des Magneten benutzten und von den Schülern selbst abgesägten Dachlatten gab es im Sechserpack zu jeweils 2 m Länge für 11, 80 DM, was jedoch auch doppelt soviel war, wie wir tatsächlich benötigten. Die Befestigung des Magneten benötigten Innensechskantschrauben samt Muttern und Unterlegscheiben der Größe M10 kosteten insgesamt 19 DM.

Ein weiterer unerwartet großer „Posten“ waren die Sägeblätter. Hier belief sich die Summe auf insgesamt 109, 35 DM. Die restlichen Materialien wie Fotokarton und Stoff für die Membran, Schrauben, Nägel, Reißnägel und zweiadriges Kabel kosteten 28, 48 DM, sind also verglichen mit den anderen Posten zu vernachlässigen.

Im vorliegendem Fall stand das benötigte Werkzeug zur Verfügung, so dass nur das tatsächlich zum Bau benötigte Material und Verbrauchsmaterial wie die Sägeblätter besorgt werden mussten. Die Summe beläuft sich dann auf 447, 78 DM, das sind knapp 32 DM für jeden Lautsprecher. Diese Summe könnte jedoch noch erheblich reduziert werden. Der Verbrauch an Laubsägeblättern war immens hoch, was zum einen daran liegt, dass die Schüler mit solchem Material noch nie umgegangen sind, zum anderen aber auch an dem billigen und extrem harten Sperrholzzuschnitt lag. Hier wäre es vermutlich geschickter, nicht das billigste Sperrholz zu kaufen, da sich dann der Verbrauch der Laubsägeblätter erheblich einschränken lässt. Dabei ließen sich schätzungsweise 110 DM einsparen. Umgerechnet auf einen Lautsprecher ergibt sich dann ein Materialpreis von etwa 24 DM.

3.1.7 Finanzierung

Die Eltern der Schüler wären bereit gewesen, die pro Schüler entstehenden Kosten zu zahlen, aber in Anbetracht des Ende Januar neu gefällten Urteils zur Lernmittelfreiheit [VG2001] (siehe Kapitel 2.3) war es besser, kein Risiko einzugehen. Daher versuchte ich, einen Sponsor für die Materialkosten zu finden, um die Finanzierung des Materials sicherzustellen und habe ich mich mit der Bitte um Unterstützung in Briefen (siehe Abbildung D.2) an verschiedene Konstanzer Firmen gewandt. In diesen wies ich auf das mangelnde Interesse an Naturwissenschaften bei den Schülern hin und habe von meinem Projekt berichtet, das schließlich auch eine Brücke zwischen der Physik und einem industriellen Produkt schlägt. Zudem wäre es eine gute Werbung für die Firmen gewesen, da wir die Lautsprecher drei Wochen lang im Glasschrank vor dem Sekretariat ausgestellt haben und ihr Name selbstverständlich dankend erwähnt worden wäre.

Nach vier Tagen habe ich mich nochmals telefonisch an die Firmen gewandt, um den zuständigen Personen die Möglichkeit zu geben, noch detailliertere Fragen zu dem Projekt zu stellen. Eine der Firmen stellt der Stadt Konstanz jährlich einen bestimmten Betrag an Spenden zur Verfügung, über deren Verwendung die Stadt bestimmt. Dies erhielt ich ein paar Tage später auch noch schriftlich (siehe D.3). Dieser Betrag war jedoch schon aufgeteilt worden, als ich mich Anfang Februar an die Stadt wandte. Die anderen Firmen waren nicht dazu bereit, auch nur einen geringen Teilbetrag in die Ausbildung unserer Schüler zu investieren.

An dieser Stelle möchte ich niemandem, der sich für die Durchführung dieses oder eines ähnlichen Projektes entscheidet, den Mut nehmen, einen Sponsor zur Finanzierung zu suchen. Zusätzlich zu den oben genannten Briefen habe ich noch einen Bekannten angesprochen, der als Physiker in einem großen Münchener Konzern arbeitet. Er hat sich in seinem Betrieb an die entsprechenden Leute gewandt: Die Finanzierung wäre komplett übernommen worden, wenn das Projekt an einer Münchener Schule stattgefunden hätte.

Eine solche Anfrage ist also sehr viel Erfolg versprechender, wenn persönliche Kontakte genutzt werden. Empfehlenswert wäre, schon zu Beginn des Schuljahres die Eltern anzusprechen, welche Firmen ihnen bekannt sind, bei denen man um finanzielle Unterstützung bitten könnte.

Auf der Suche nach einer Lösung des Finanzierungsproblems wollte ich eigentlich die Schule nicht mit meinem Projekt belasten, da sie in einer Zeit, in der große Einsparungen vorgenommen werden, mit dem ihr zur Verfügung gestellten Geld sorgfältig haushalten muss. Glücklicherweise erfuhr ich die volle Unterstützung der Schulleitung zur Lösung des finanziellen Dilemmas. Verschiedenen Etats der Schule wurden überprüft und mir das Geld für die Materialkosten zur Verfügung gestellt. Damit wurde die Unterrichtseinheit letztendlich aus dem Schuletat finanziert.

3.2 Die Unterrichtsstunden und die Nachmittagstermine

In diesem Kapitel wird die Planung der einzelnen Stunden zu Beginn des jeweiligen Unterkapitels knapp tabellarisch dargestellt. Anschließend ist der tatsächliche Unterrichtsverlauf mit kritischen Anmerkungen und Verbesserungsvorschlägen ausführlich dokumentiert. In Kapitel 4 wird die Einheit in ihrer Gesamtheit betrachtet und reflektiert.

3.2.1 1. Unterrichtsstunde (Donnerstag 8.3.2001)

Lernziele: Die Schüler sollen die wesentlichen Bauteile eines Lautsprechers erkennen, verschiedene Magnete auf ihre Pole untersuchen und das magnetische Kraftgesetz qualitativ erschließen.

Geplanter tabellarischer Stundenverlauf: 

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: In dieser ersten Stunde nach den Fastnachtsferien informierte ich die Schüler zunächst über die Idee meiner Examensarbeit. Die Schüler durften sich ihren Partner zum Lautsprecherbauen selbst aussuchen. Sie sollten jedoch gleich darauf achten, dass beide entweder an dem geplanten Donnerstag- oder Freitagnachmittag Zeit haben. Außerdem erfolgte der Hinweis, dass die Bewertung ihrer Leistung über die Heftführung und den selbstgebauten Lautsprecher vorgenommen wird. Auf dem Lehrertisch war ein Lautsprecher aus der Physiksammlung an einen Sinusgenerator angeschlossen. Außerdem lagen dort vier defekte Lautsprecher, die ebenfalls in der Physiksammlung vorhanden waren. Die Schüler bat ich nach vorne zu kommen, damit sie alle gut sehen können, was gezeigt wird. Zuerst wurde wiederholt, wie der Hörvorgang des Menschen physikalisch abläuft. Dann wurde der Sinusgenerator auf etwa ein Kilohertz eingestellt und anschließend die Frequenz langsam heruntergefahren, bis die Schüler wirklich sehen konnten, wie die Lautsprechermembran schwingt. Diese Beobachtung wurde von vielen Schülern mit Begeisterung aufgenommen. Ein paar Schüler fassten die Lautsprechermembran an und konnten die Schwingung mit der Hand fühlen.

Anschließend wurden die defekten Lautsprecher unter den Schülern mit dem Arbeitsauftrag verteilt, sie sollten herausfinden, welche Bauteile man für einen Lautsprecher braucht. Die Membran hatten sie zuvor schon bewundert und stellten fest, dass „das einfach nur Papier ist“. Der „aufgewickelte Draht“ wurde auch schnell genannt, und ich war wirklich überrascht, dass eine Schülerin sofort den Magneten erkannt hat. Hier hatte ich eigentlich mit Schwierigkeiten gerechnet. Auf meine Frage, wie sie darauf komme, dass dies ein Magnet sei, antwortete sie, dass sie das an der Farbe erkannt habe. Wie man überprüfen kann, ob es sich um einen Magneten handelt, war den Schülern natürlich bekannt. Dazu benutzten wir einen Nagel und Büroklammern. Wir hielten an der Tafel fest, dass wir sowohl den Magnetismus als auch den aufgewickelten Draht untersuchen müssen, um die Funktionsweise eines Lautsprechers zu ergründen.

Das führte uns zu dem ersten Arbeitsblatt, wo die Schüler die Pole von verschiedenen Magneten untersuchen sollten (Abbildung A.1 im Anhang zeigt das Arbeitsblatt). Diese ersten Experimente sollten die Schüler bereits im Zweierteam durchführen.

Eine Schülerin wunderte sich darüber, dass der Pol, der zum geographischen Nordpol zeigt, Nordpol heißt - das müsse doch eigentlich ein Südpol sein. So habe ich nur kurz mit ihr darüber gesprochen und festgestellt, dass sie wirklich sehr interessiert am Erdmagnetfeld war. (Siehe hierzu auch 3.1.4.) So bin ich in dieser Stunde nicht auf die Namensgebung der Pole eingegangen, da ich dachte, dass die Schüler dadurch verwirrt werden könnten. Sie sollten ersteinmal mit den Begriffen vertraut werden. Im Nachhinein denke ich aber, dass man dies ruhig hätte tun können.

Die Schüler hatten zehn Minuten zum Experimentieren Zeit. Dann sollten sie ihr Kistchen mit einem Namensschild versehen und aufräumen.

Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen wurden noch kurz zusammengetragen und das magnetische Kraftgesetz wurde an der Tafel notiert: „Gleiche Pole stoßen einander ab, ungleiche Pole ziehen einander an.“ Es erfolgte noch einmal der Hinweis, dass die Schüler zu Hause ihre Notizen ordentlich ins Heft übertragen sollten.

3.2.2 2. Unterrichtsstunde (Freitag 9.3.2001)

Lernziele: Die Schüler sollen feststellen, dass sie eine Büroklammer mit Hilfe eines Magneten magnetisieren können und dass man keinen magnetischen Monopol herstellen kann.

Geplanter tabellarischer Stundenverlauf: 

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: Damit die Schüler überhaupt eine Idee davon bekommen, wie ausführlich ihr Heftaufschrieb sein sollte, begann diese Stunde mit einer Wiederholung anhand von Folien (siehe Abbildungen B.1 und B.2). Die Schüler sollten ihre Hefte aufschlagen und erzählen bzw. vorlesen, was sie in ihrem Heft notiert haben. Durch die Erklärungen der Mitschüler und die Folien sollte jeder sowohl akustisch als auch visuell die Ergebnisse der letzten Stunde in Erinnerung gerufen bekommen. Insgesamt hatten die Schüler meist das notiert, was auf der Folie stand. Dann wurde kurz thematisiert, warum der Nordpol Nordpol heißt, und ein am Fahrtisch frei aufgehängter Stabmagnet gezeigt, dessen Nordpol sich in der Zwischenzeit vom Hereinfahren ausgeschwungen und nach Norden ausgerichtet hatte. Als nächstes wurde das Arbeitsblatt „Weitere Untersuchungen zum Magnetismus“ mit seinen Arbeitsaufträgen vorgestellt (siehe Abbildung A.2 im Anhang). Die benötigten Materialien lagen während der gesamten Einheit auf dem Fahrtisch, so dass die einzelnen Paare sich die von ihnen benötigten Materialien heraussuchen konnten.

Die Schüler stellten zuerst selbst einen Magneten her, indem sie mit dem Stabmagneten über eine geradegebogene Büroklammer strichen. Die Überprüfung erfolgte mit den Kompassnadeln. Hier musste ich die Schüler beim Herumgehen dazu anhalten, wirklich genau zu beobachten, mit welchem Pol sie in welche Richtung über die Büroklammer gestrichen haben und wo dann letztendlich Nord- und Südpol beim neu entstandenen Magneten lagen. Anscheinend ging dies nicht eindeutig aus dem Arbeitsauftrag hervor.

Ein weiterer Arbeitsauftrag war, einen magnetischen Monopol herzustellen, indem man die aufgebogene Büroklammer in zwei Teile schneidet. Hier stellten die Schüler fest, dass jedes Teil zwar immer wieder zwei Pole hat, dass jedoch der Pol, an dem man das Drahtstück mit der Zange durchgezwickt hat, schwächer ist als der andere. Ein paar Schüler haben die Stücke wieder und wieder geteilt, so dass am Schluss nur noch winzig kleine Stücke übrigblieben, bei denen mit der Kompassnadel dann keine Magnetisierung mehr nachzuweisen war. Hier hätte der Arbeitsauftrag zumindest für einige Schüler ruhig weniger eng formuliert werden können.

Da diese Arbeitsaufträge umfangreicher waren, brauchten die Schüler gut zwanzig Minuten zur Erledigung, anstelle der vorgesehenen 15 - 20 Minuten. Bei der Vorstellung der Arbeitsaufträge hätte eindringlicher darauf hingewiesen werden sollen, dass diese Aufträge bis zum Ende der Stunde erledigt werden sollen. Die Ergebnisse konnten dadurch nur noch sehr kurz angerissen werden und nicht in dem Umfang, den ich als nötig erachtete, besprochen werden.

Am Ende der Stunde erinnerte ich die Schüler noch einmal, ihre Ausarbeitung zu Hause im Heft nicht zu vergessen.

3.2.3 3. Unterrichtsstunde (Donnerstag 15.3.2001)

Lernziele: In dieser Stunde sollen die Ergebnisse der Schülerversuche reflektiert werden. Die Schüler sollen sie in ein physikalisches Modell, das Elementarmagnetemodell, einbetten.

Geplanter tabellarischer Stundenverlauf: 

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: Zu Beginn der Stunde wurde daran erinnert, dass Lautsprecher zu bauen unsere Zielsetzung ist. Den Schülern war noch präsent, dass dazu Magnete und „der aufgewickelte Draht“ untersucht werden müssen, damit wir verstehen, wie ein Lautsprecher funktioniert. Anschließend wurden die Ergebnisse der letzten Stunde im Unterrichtsgespräch zusammengetragen. Auch für diese Stunde hatte ich zwei Folien mit den Ergebnissen der letzten Schülerversuche vorbereitet (siehe Abbildungen B.3 und B.4).

Es wurde anschließend erklärt, was ein physikalisches Modell ist. Für diese Stunde sollten die Schüler pro Gruppe ein Schulbuch [DB1992] mitbringen. Außerdem bekamen die Schüler wiederum ein Arbeitsblatt (siehe Abbildung A.3), an das Kopien aus anderen Schulbüchern [Ap2000, GB1984] angeheftet waren (siehe Abbildungen A.4, A.5 und A.6).

Die Schüler bekamen den Arbeitsauftrag, sich mit ihrem jeweiligen Partner die Texte aufzuteilen, sie zu lesen und sich dann gegenseitig über das Modell auszutauschen. Dazu hatten sie 15 Minuten Zeit.

Nach Beendigung der Partnerarbeit folgte im Unterrichtsgespräch der Vergleich der Ergebnisse. Hier konnte ich mit Hilfe einer Videokamera und eines Fernsehgeräts die Bilder aus den einzelnen Schulbüchern allen Schülern zeigen.

Als Hausaufgabe bekamen die Schüler noch zwei der Kontrollfragen aus [GB1984] und natürlich wiederum die Nachbearbeitung des Heftes.

3.2.4 4. Unterrichtsstunde (Freitag 16.3.2001)

Lernziele: Die Schüler sollen das Magnetfeld der unterschiedlichen Magnete mit Eisenfeilspän- und Magnetnadeldarstellung kennenlernen.

Geplanter tabellarischer Stundenverlauf: 

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: Auch diese Stunde begann mit einer kurzen Wiederholung dessen, was in der vorigen Stunde behandelt wurde, mit Schwerpunkt auf das Entmagnetisieren. Dabei wurde auch das (in der vorletzten Stunde im Experiment von einer Gruppe beobachtete) Phänomen, dass die magnetische Wirkung der aufgebogenen Büroklammern an der Schnittstelle schwächer ist als an dem anderen Pol, im Rahmen des Elementarmagnetemodells erklärt. Anschließend legte ich ein paar Geldstücke auf den Experimentiertisch und forderte einen Schüler auf, die Geldstücke mit seinem Magneten hochzuheben. Dabei waren die Schüler wirklich verblüfft, dass nicht alle Münzen von dem Magneten angezogen wurden. Wir notierten an der Tafel: „Gegenstände, die Eisen, Nickel oder Cobalt enthalten, werden von Magneten angezogen.“

Nun wurde eine Zwischenbilanz gezogen, wo wir in unserem Gesamtprojekt „Lautsprecherbau“ stehen.

Mit dem Arbeitsblatt „Das magnetische Feld“ (siehe im Anhang A.7) wollten wir in dieser Stunde dann das Thema Magnetismus abschließen. Es erfolgte wiederum eine Partnerarbeitsphase, in der die Schüler mit Kompass und Eisenfeilspänen das Magnetfeld in der Umgebung eines Magneten untersuchten. Ein Schüler kam – trotz vorheriger Warnung, den Magneten nicht einfach in die Nähe der Eisenfeilspäne zu bringen – mit seinem Ringmagneten, der komplett mit Eisenfeilspänen behaftet war. Hier ist unklar, ob die anderen ihm einen üblen Streich gespielt hatten oder ob er nicht richtig zugehört hatte. Insgesamt gingen die Schüler sehr sorgsam mit der Eisenfeilspäne um, hatten ihre Freude an den an den Polen entstehenden „Igeln“, und füllten sie sorgfältig zurück in das Döschen. Die Anweisung, wie mit den Eisenfeilspänen umzugehen ist, muss also sehr eindringlich gegeben werden.

Beim Zusammentragen der Ergebnisse zeigte ich den Schülern noch auf dem Overheadprojektor ein Magnetnadelgitter, auf das wir zuerst einen Stabmagneten und anschließend einen Lautsprechermagneten legten. Das Magnetnadelgitter begeisterte ein paar Schüler so sehr, dass sie in der Pause kamen und noch etwas ausprobieren wollten.

Bis zur nächsten Stunde sollten die Schüler die Ergebnisse der vergangenen vier Stunden wiederholen, um sich als nächstes mit dem „aufgewickelten Draht“ zu beschäftigen.

3.2.5 5. Unterrichtsstunde (Donnerstag 22.3.2001)

Lernziele: Die Schüler sollen den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Magnetismus kennenlernen. Außerdem soll jede Gruppe eine Spule für ihren Lautsprecher wickeln.

Geplanter Stundenverlauf: Für die nächste Stunde sollen die selbstgewickelten Spulen für Experimente zur Verfügung stehen. Daher wird ein großer Teil dieser Stunde für die Herstellung der Spulen benutzt. Diese Stunde ist dadurch dreigeteilt:

Zuerst sollen die Schüler den Zylinder basteln, auf den die Spule gewickelt wird, und 8 m Draht abmessen. Während der Zylinder trocknet wird inhaltlich weitergearbeitet, indem anhand des Versuches von Oersted der Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Magnetismus gezeigt wird. Anschließend kann der Draht auf den nun getrockneten Zylinder gewickelt werden.

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: Zunächst klebten alle vierzehn Gruppen ihre Zylinder und maßen Draht ab, dessen Länge von 8m vorgegeben war. Beim Abmessen des Drahtes hat sich gezeigt, dass die Schüler nicht gewohnt sind, mit einem so dünnen, empfindlichen Material umzugehen. Es wäre vielleicht besser gewesen, dazu nicht im Physiksaal zu bleiben, sondern auf den Flur zu gehen und dort eine entsprechende Strecke zu markieren. Dadurch hätte das Abmessen des Drahtes eventuell nicht ganz so viel Zeit in Anspruch genommen. In dem engen Physiksaal verhedderten sich die Schüler immer wieder mit dem dünnen Draht, ein anderer stand auf ihrem Draht - es war also relativ chaotisch. Das Abmessen auf dem Flur vorzunehmen birgt allerdings die Gefahr, dass andere Klassen durch die Schüler im Gang gestört werden.

Zu Beginn des inhaltlichen Teils skizzierte eine Schülerin das magnetische Feld eines Stabmagneten an der Tafel. Dabei führte ich noch die Pfeilrichtung vom Nord- zum Südpol ein. Dann zeigte ich eine Buchseite (siehe Abbildung B.5) mit der Videokamera, wo nebeneinander drei verschiedene Darstellungen des Magnetfeldes von einem Stabmagneten zu sehen sind. Anschließend zeichnete ich unseren „Lautsprechermagneten“ im Querschnitt an die Tafel und ließ wiederum eine Schülerin das Magnetfeld skizzieren. Nachdem also die Wiederholung abgeschlossen war, zeigte ich den Oersted-Versuch, dass also eine Kompassnadel in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters ausgerichtet wird. Dazu holte ich zwei Schüler nach vorne, die die beiden Kompasse beobachten und den Mitschülern ihre Beobachtung schildern sollten. Hier waren die Schüler über sehr überrascht.

Im dritten Teil der Stunde hatten die Schüler Zeit, ihre Spule zu wickeln, nachdem die am Anfang der Stunde zusammengeklebten Zylinder getrocknet waren. Diejenigen, die damit nicht fertigwurden, mussten dies als Hausaufgabe erledigen.

Es wäre auch denkbar gewesen, die Drahtstücke schon zurechtzuschneiden, den Schülern auszuteilen und das Wickeln der Spule als Hausaufgabe zu stellen. Ich hatte mich dagegen entschlossen, um den Schülern zum einen die Erfahrung, mit einem so dünnen Draht umzugehen, zum anderen eine Schulung des sozialen Umgangs miteinander, nicht zu nehmen.

3.2.6 6. Unterrichtsstunde (Freitag 23.3.2001)

Lernziele: Die Schüler sollen die Linke-Hand-Regel kennenlernen und das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule experimentell erforschen.

Geplanter tabellarischer Stundenverlauf: 

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: Zu Beginn dieser Stunde habe ich den Oersted-Versuch von zwei Schülern noch einmal vorführen lassen. Die anderen Schüler konnten den Versuch wiederum über die Videokamera beobachten. Beim Umpolen sollen die Schüler erkennen, dass man bei sich umkehrender Stromrichtung auch das Amperemeter umstecken muss. Ansonsten sehen die Schüler, dass das Strommessgerät in die falsche Richtung ausschlägt, und müssen darüber nachdenken, wie man diesen Fehler beheben kann. Die Schüler am Experiment haben den anderen die Linke-Hand-Regel demonstriert.

Den Versuch hielten wir gemeinsam an der Tafel fest und ich ließ sie die Linke-Hand-Regel aus einem Buch [Br1993] (siehe Abbildung B.6) übertragen, das ich wiederum über die Videokamera zeigte.

Dass ein Zusammenhang zwischen fließender Ladung und Magnetismus besteht, war nun bekannt. Es sollte im weiteren untersucht werden, wie das magnetische Feld einer Spule aussieht (siehe Abbildung A.8). An dieser Stelle musste das Netzgerät (hier Kleinspannungsnetzgeräte MKS 2.2 von Mekruphy) sehr sorgfältig erklärt werden, damit die Schüler in der Lage sind, die Experimente durchzuführen. An diesem Tag haben vier Schüler gefehlt, so dass mit den 12 vorhandenen Netzgeräten die Schüler so versorgt werden konnten, dass immer zwei ein Netzgerät benutzen konnten. Glücklicherweise haben nicht zwei Schüler aus einer Gruppe gefehlt, so dass alle Spulen in dieser Stunde auf ihre Funktionstüchtigkeit getestet wurden. Besonders diese Versuche haben die Schüler sehr angesprochen, da man die anziehende bzw. abstoßende Kraft auf die Spule bei Gleichstrom deutlich spürt. Beeindruckend war das Fühlen der Schwingung beim Wechselstrom. (Versuchsaufbau in Abbildung 3.3.)

Dass es in dieser Stunde nicht mehr für eine Zusammenfassung reichen würde, war geplant, da die Netzgeräte einer genaueren, zeitintensiveren Erklärung bedurften als dies bei den übrigen Praktikumsmaterialien nötig war und die durchzuführenden Experimente vergleichsweise umfangreich waren.

3.2.7 7. Unterrichtsstunde (Donnerstag 29.3.2001)

Lernziele: Die Schüler sollen die Funktionsweise eines Lautsprechers verstehen und wiedergeben können.

Geplanter tabellarischer Stundenverlauf: 

Beschreibung des tatsächlichen Stundenverlaufs: Zu Beginn dieser Stunde habe ich angekündigt, dass wir nun den letzten entscheidenden Schritt in unserem Projekt machen würden, nämlich die Funktionsweise eines Lautsprechers zu erklären. Dazu wurden zunächst die Beobachtungen an der stromdurchflossenen Spule zusammengetragen. Ich forderte die Schüler auf, das Magnetfeld der stromdurchflossenen Spule an die Tafel zu zeichnen. Dies wurde zunächst von einer Schülerin falsch an die Tafel gezeichnet.

Deshalb veranschaulichte ich dann über den Overheadprojektor nochmals das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule mit Eisenfeilspänen. Dazu zeigte eine Schülerin ihren Heftaufschrieb zum Oersted-Versuch unter der Videokamera. Ich forderte sie auf, die Linke-Hand-Regel zu erklären. Diese Linke-Hand-Regel auf die einzelnen Wicklungen der Spule zu übertragen fiel den Schülern außerordentlich schwer. Hier hätte es geholfen, ein Spulenmodell zu haben, das so groß ist, dass man bequem die Hand an einzelne Wicklungen halten kann.

Nachdem wir aber schließlich doch erfolgreich geklärt hatten, wie das Magnetfeld der Spule aussieht und wie es sich ändert, wenn man umpolt, konnten wir noch den Magneten mit dazu nehmen. Damit erschlossen wir gemeinsam, wie zunächst die Spule und damit dann die gesamte Membran in Schwingungen versetzt wird. Zu den eingeplanten zehn Minuten Basteln kamen wir nicht mehr.

Die Funktionsweise des Lautsprechers sollte jeder Schüler als kurzen Aufsatz in seinem Heft beschreiben. Dies stellte den Abschluss des Heftaufschriebes zu dieser Einheit dar.

3.2.8 Bau der Lautsprecher – Donnerstagsgruppe

Die erste Gruppe war etwas kleiner als die zweite. So konnte ich erst mit weniger Schülern testen, wo die Schwierigkeiten in der Bauphase liegen. Zuerst erläuterte ich den Schülern die Bauanleitung und stellte kurz vor, was sie in welcher Reihenfolge erledigen sollten, und worauf sie bei den Werkzeugen, insbesondere bei der Bohrmaschine, achten sollten.

Es war vorher schon klar, dass die Schüler in den eineinhalb Stunden am Nachmittag nicht so weit kommen würden, dass sie den Lautsprecher am nächsten Tag in der einzelnen Stunde fertigbauen könnten, nachdem in der Stunde am Vormittag eigentlich schon das Herstellen der Membran und das Zusammenkleben von Spulenkörper und Membran eingeplant war, um das Trocknen der großen benötigten Klebstoffmenge zu sichern.

Es zeigte sich, dass die Schüler zum großen Teil überhaupt nicht gewohnt waren, mit Werkzeug, wie z. B. den Laubsägen umzugehen. Wegen der entstandenen Zeitnot habe ich die Schüler nicht nach den eigentlich eingeplanten eineinhalb Stunden entlassen, sondern sie gebeten, noch etwas länger zu bleiben. Die ersten hielten nach zwei Stunden ihren funktionierenden Lautsprecher in den Händen. Ein paar Gruppen blieben dann noch eine weitere halbe Stunde, bis sie entweder ihren Lautsprecher fertighatten, oder sicher waren, es in der morgigen Schulstunde zu schaffen.

3.2.9 8. Stunde (Freitag 30.3.2001)

Zu Beginn dieser Stunde, erinnerte ich die Schüler daran, in der nächsten Woche (in der ich Kompaktseminar hatte und deswegen nicht in der Schule war) die Hefte bei ihrem Lehrer abzugeben. Diese erhielt ich noch vor den Ferien zur Korrektur.

Anschließend ließ ich die Schüler nochmal kurz den Aufbau unseres Lautsprechers erklären. Es war außerordentlich praktisch, dass ich diese Einheit im begleiteten Ausbildungsunterricht durchgeführt hatte, da der Lehrer die Donnerstagsgruppe, die genau wusste, was sie zu tun hatte, im Werkraum beaufsichtigen konnte. Dadurch hatten alle Schüler genügend Platz zum Arbeiten, denn mit der Freitagsgruppe blieb ich im Physiksaal und ließ sie die Membran basteln und anschließend noch Membran, Spule und Stoffring zusammenkleben, was bis zum Nachmittag gut trocknen konnte (siehe Abbildung 3.4).

3.2.10 Bau der Lautsprecher – Freitagsgruppe

Ein Teil der Schüler hatte ihr Material schon nach der Physikstunde in den Werkraum gebracht und war dort von Anfang an mit ihrem Lehrer und meinem Fachleiter. Mit dem anderen Teil holte ich noch ihr Material im Physiksaal. Als wir zurückkamen, hatte der eine Teil schon begonnen und ich hatte ihnen zunächst keine Einweisungen in die Werkzeuge gegeben, was natürlich nötig gewesen wäre. Dies habe ich etwas verspätet nachgeholt. Diese Einweisung ist zum einen aus Sicherheitsgründen, zum anderen aber auch aus arbeitstechnischen Gründen sehr wichtig. Man sollte also mit allen Schülern zur gleichen Zeit beginnen.

Dank der Vorarbeiten am Vormittag wurden die Schüler nach zwei Stunden mit ihren Lautsprechern fertig. Zum einen waren die Gruppen wirklich emsig bei der Arbeit, zum anderen hatten sie auch die Unterstützung von zwei Klassenkameradinnen, die zur Donnerstagsgruppe gehörten und nochmal gekommen waren, um die Freitagsgruppe tatkräftig zu unterstützen. Dies ist ein Zeichen dafür, das die Schüler in ihrer sozialen Kompetenz während dieser Einheit deutlich dazugewonnen haben.

Im Anhang C sind noch die Bauanleitung und ein paar Photos mit wichtigen Arbeitsschritten dokumentiert.

3.3 Lernkontrolle

Von diesen wenigen mir zur Verfügung stehenden Stunden wollte ich keine für eine Klassenarbeit „opfern“. Außerdem hätte ich die meisten meiner Lernziele, wie das praktische Arbeiten und Steigerung der Sozialkompetenz, in einer solchen Klausur gar nicht überprüfen können.

Daher habe ich es vorgezogen, die Hefte der Schüler einzusammeln und auch darauf keine Noten zu geben, sondern nur, wie sie es von ihrem Lehrer schon kannten, Null bis drei Häkchen zu vergeben. Hierbei bedeutet kein Häkchen soviel wie nicht abgegeben, also mangelhaft bis ungenügend, ein Häkchen ausreichend, zwei Häkchen gut bis befriedigend und drei Häkchen sehr gut.

Die Lautsprecher wurden ebenfalls nach Funktionsfähigkeit und Sorgfalt in der Verarbeitung nach dem Häkchensystem bewertet. Diese Note deckte sich aber in der Regel ohnehin mit der Bewertung des Heftaufschriebs.

Die sich daraus ergebende Gesamtbewertung dieser vierwöchigen Einheit war drei Mal „Sehr gut“ (drei Häkchen), vierzehn Mal „Gut bis Befriedigend“ (zwei Häkchen), acht Mal „Ausreichend“ (ein Häkchen) und zwei Mal „Mangelhaft bis Ungenügend“ (kein Häkchen). Der Durchschnitt lag, wenn man rechnerisch von den Noten 1, 2,5, 4 und 5,5 ausgeht, bei 3,0. Die vierzehn Hefte und Lautsprecher mit der Bewertung zwei Häkchen waren jedoch zum größten Teil nahe an drei Häkchen, so dass man hier eher von der Note 2 als 2,5 ausgehen kann, was einen rechnerischeren Durchschnitt von 2,7 bedeutet und die Motivation und Leistungsbereitschaft der Schüler eher widerspiegelt. Ein Heftaufschrieb ist im Anhang auf den Abbildungen E.1 bis E.10 zu sehen.

Eine Schülerin war an sieben der acht Unterrichtstage nicht anwesend, so dass sie keine Bewertung erhielt. Da sie auch in den übrigen Fächern sehr viel nachzuarbeiten hatte, wollte ich sie nicht unter Druck setzen, innerhalb dieser einen Woche, in der ich nicht in der Schule war, alles nachzuarbeiten. Da sie sonst im Schuljahr nicht oft gefehlt hat und auch die Klassenarbeiten mitgeschrieben und ein Referat gehalten hat, sah der Lehrer auch später davon ab, noch eine Note für diesen Teil des Unterrichts zu geben.

Die für diese Einheit gegebenen Noten wurden neben zusätzlichen Noten für Heftaufschrieb, Kurzreferate, Versuchsauswertungen u. ä. zu einer Praxisnote zusammengefasst und neben mündlicher Mitarbeit und Klassenarbeiten in die Gesamtnote miteinbezogen.

Kapitel 4
Schlussbetrachtung

4.1 Kritische Reflexion

Insgesamt hat es sich als äußerst positiv herausgestellt, dass mir die Klasse schon aus der Einheit Elektrizitätslehre (mit Ausnahme des Elektromagnetismus) bekannt war. Daher konnte ich ihre Leistungsfähigkeit sehr gut einschätzen und wusste, dass Schülerexperimente beliebt und gut durchführbar sind. Eine Abweichung von den geplanten Stundenverläufen war nicht nötig. Die Motivation und Leistungsbereitschaft war insgesamt über den gesamten Zeitraum bei den Schülern sehr hoch.

Diese Unterrichtseinheit würde ich jederzeit wieder wie dargestellt durchführen. Zum Bauen selbst würde ich jedoch versuchen, vier zusammenhängende Unterrichtsstunden zu bekommen, damit die Schüler ihre Arbeit nicht unterbrechen müssen und sich dann auch nicht gehetzt fühlen müssen. In einer Klasse, die offenere Unterrichtsformen gewöhnt ist, empfehle ich, die Schüler mehr in die Planungsphase miteinzubeziehen. Die Schüler der hier vorgestellten Klasse wären damit zum großen Teil noch überfordert gewesen.

Die in dieser Arbeit vorgestellte Einheit müsste für eine Klasse, die noch keine Erfahrung mit Schülerexperimenten hat, insofern verändert werden, als dass man zusätzliche Zeit einplant, um erst einmal „Verhaltensregeln“ zu vereinbaren. Die Vorbereitung der Schülerexperimente hat für mich natürlich einen verhältnismäßig hohen Zeitaufwand bedeutet, da sie einfach durchführbar sein und zuverlässig funktionieren müssen. Im Voraus müssen sie mit einer den Schülern entsprechenden Vorgehensweise erprobt werden.

Während der Experimentierphase selbst ist der Lehrer natürlich stark gefordert vierzehn Gruppen gleichzeitig zu betreuen. Ich habe aber äußerst selten die Erfahrung gemacht, dass mehr als eine Gruppe auf mich gewartet hat. Dies lag mit Sicherheit aber auch daran, dass ich in dieser Klasse schon mehrere Schülerpraktikumsphasen durchgeführt hatte, und die Schüler es gewohnt waren, sich bei Problemen auch an die Mitschüler zu wenden. Dieses soziale Verhalten in einer Klasse ist selbstverständlich ein Lernprozess, den die Schüler ersteinmal durchlaufen müssen, und dies kann nur durch solche Schülerarbeitsphasen erreicht werden. Auch die Schüler, die schneller mit ihren Versuchen fertig waren, verfolgten die Arbeit der anderen Gruppen und boten Hilfestellungen an. Aus diesem Grund brauchte ich auch keine innere Differenzierung vorzunehmen. Das Sozialverhalten einer Klasse wird mit jedem Schülerpraktikum besser. Außerdem wird der meist rein rezeptive Schulalltag unterbrochen und die Schüler lernen dadurch typische Methoden und Arbeitsweisen eines Naturwissenschaftlers kennen. Die hier erworbenen Kenntnisse und Fertigkeiten lassen sich jedoch nur schwer in üblichen Leistungsbeurteilungsverfahren berücksichtigen.

Auch bei der praktischen Arbeit in Form des tatsächlichen Lautsprecherbaus waren die Schüler wirklich mit Feuereifer dabei, gerade auch diejenigen, die im Unterrichtsgespräch im Physikunterricht eher still und zurückhaltend sind. Zwei Schülerinnen der Donnerstagnachmittagsgruppe sind sogar am Freitagnachmittag noch einmal gekommen, um ihren Klassenkameraden zu helfen.

Um die Finanzierung muss man sich deutlich früher kümmern, als dies im Rahmen dieser Arbeit möglich war. Da das Thema Anfang Februar angemeldet wurde und die am längsten andauernde Sektion in diesem zweiten Schulhalbjahr im März war, standen mir etwa vier Wochen Vorbereitungszeit zur Verfügung. Dass dieser Abschnitt zu kurz ist, hat sich z. B. bei dem Vergabeprinzip der finanziellen Mittel von Byk Gulden gezeigt. Wenn ein Lehrer sich dafür entscheidet, diese Einheit mit seiner Klasse so durchzuführen, empfehle ich, sich möglichst früh im eigenen Bekanntenkreis und gegebenenfalls auch bei den Schülern und Eltern umzuhören, um einen oder mehrere Sponsoren zu finden.

Was das Material selbst angeht, hat sich bei der Durchführung gezeigt, dass der Verbrauch an Laubsägeblättern enorm hoch war und durch das Besorgen von besserem Holz reduziert werden könnte.

Die von mir geplante Reihenfolge zur Untersuchung und Erklärung der Phänomene war gut durchdacht und fand auch die volle Akzeptanz der Schüler. Auch die Planung der einzelnen Stunden war sehr gut, was zu einer vollkommen gelungenen Einheit geführt hat. Besonders herausstellen möchte ich noch, dass das Testen der selbstgewickelten Spulen im Schülerexperiment sehr wichtig und sinnvoll ist, da zwei Spulen zunächst nicht funktioniert haben, und es doch sehr ärgerlich ist, wenn man dies erst bemerkt, wenn der Lautsprecher zusammengebaut ist. Auf diese Experimente sollte man also auch bei einer Abwandlung des hier vorgestellten Verlaufs auf keinen Fall verzichten.

Die in Kapitel 3.1.2 genannten Lernziele sind erreicht worden. In dem hier vorgestellten handlungs- und projektorientierten Unterricht, mit vielen Schülerversuchen wird die Methoden- und Sozialkompetenz automatisch erweitert und die Schüler entwickeln die von der Wirtschaft immer mehr geforderten Schlüsselqualifikationen. In diesen Bereichen steht noch kein anerkanntes Verfahren zur Leistungsmessung bereit, wie dies bei inhaltlichen Lernzielen durch Klassenarbeiten geschieht. Als Lehrer hat man aber ein Gespür dafür, wie die Schüler miteinander arbeiten und umgehen. In dieser Klasse herrschte eine sehr angenehme, vertrauensvolle Atmosphäre. Auch den oft genannten Nachteil dieser praktischeren Unterrichtsmethoden, dass sich hauptsächlich aktive und lernstarke Schüler in der offenen und ungewissen Situation des Lernens bewähren, und lernschwache Schüler nicht so stark gefördert werden, kann ich nicht bestätigen. Ganz im Gegenteil haben die Schüler sich untereinander „auf die Sprünge geholfen“, wenn einer Probleme hatte, und dadurch wurde den schwächeren Schülern von den besseren noch einmal etwas gezeigt oder erklärt. Es gab in der Klasse keinen Schüler, der nicht wusste, worum es geht, oder der große Verständnisschwierigkeiten gehabt hätte.

Die physikalischen Lernziele sind nach dem Verlauf der Unterrichtsgepräche, in denen Ergebnisse zusammengetragen und diskutiert wurden, und auch der Auswertung der Heftaufschriebe nach zu urteilen von fast allen Schülern erreicht worden.

Bleibt noch die Frage, ob die Schüler sich zu sehr selbst überlassen waren, oder von mir zu eng geführt wurden. Hier scheine ich die Gratwanderung unter den vorgegebenen Bedingungen sehr gut gemeistert zu haben. Die Schüler haben den zur Verfügung gestellten Freiraum gerne genutzt, fühlten sich aber durch die fest vorgegebenen Arbeitsaufträge nicht zu sehr gegängelt, wie auch die Auswertung gezeigt hat. Ein paar Schülerauswertungen sind im Anhang unter E.10 bis E.16 zu finden. Auch die Schüler sind der Meinung, dass diese Art zu lernen sinnvoll ist und öfter angewendet werden sollte.

4.2 Ausblick

Die Einheit kann, sofern mehr Zeit zur Verfügung steht, problemlos ausgedehnt werden, ohne dass sie langweilig wird. So kann man – je nach Klasse – den Schülern die Verantwortung zur Besorgung des Materials überlassen. Eine Diskussion wäre denkbar, welche Kriterien zur Verbesserung eines Lautsprechers beitragen können, indem die Schüler sich bei Lautsprecherherstellern direkt, über Literatur oder das Internet informieren. Bei mehr Zeit kann von den Schülern noch eine Ausstellung oder Vorführung im größeren Rahmen organisiert werden, zu der Eltern, Freunde und Bekannte eingeladen werden. Denkbar wäre auch, den Bereich Akustik der Lehrplaneinheit 1 innerhalb dieser Lautsprechereinheit mit abzudecken. Allerdings erfordert dies mehr Zeit und es könnte schwierig werden, den Bezug zu den Lautsprechern über den gesamten Zeitraum hinweg herzustellen. Hier müsste also außerordentlich sorgfältig geplant werden.

Zum Abschluss möchte ich jedem Lehrer noch einmal ans Herz legen, die ersten Schritte in die Richtung eines schülerorientierten und ganzheitlichen Unterrichts zu machen, wie in dieser Arbeit vorgestellt. Sie werden feststellen, dass die Schüler wirklich mit Kopf, Herz und Hand lernen.

Literaturverzeichnis

Anhang A
Arbeitsblätter

Abbildung A.1: Arbeitsblatt „Pole eines Magneten“

Abbildung A.2: Arbeitsblatt „Weitere Untersuchungen zum Magnetismus“

Abbildung A.3: Arbeitsblatt „Modellvorstellungen zum Magnetismus“

Abbildung A.4: Erste zu AB A.3 ausgeteilte Kopie aus [Ap2000]

Abbildung A.5: Zweite zu AB A.3 ausgeteilte Kopie aus [GB1984]

Abbildung A.6: Dritte zu AB A.3 ausgeteilte Kopie aus [GB1984]

Abbildung A.7: Arbeitsblatt „Das magnetische Feld“

Abbildung A.8: Arbeitsblatt „Das magnetische Feld einer Spule“

Anhang B
Folien und Abbildungen

Abbildung B.1: Erste Folie zu Arbeitsblatt A.1

Abbildung B.2: Zweite Folie zu Arbeitsblatt A.1

Abbildung B.3: Erste Folie zu Arbeitsblatt A.2

Abbildung B.4: Zweite Folie zu Arbeitsblatt A.2

Abbildung B.5: Verschiedene Darstellungen des Magnetfeldes aus [Ap2000]

Abbildung B.6: Linke-Hand-Regel aus [Br1993]

Anhang C
Bauanleitung und Photos

Abbildung C.1: Seite 1 der Bauanleitung

Abbildung C.2: Seite 2 der Bauanleitung

Abbildung C.3: Seite 3 der Bauanleitung

Abbildung C.4: Seite 4 der Bauanleitung

Anhang D
Sonstiges

Abbildung D.1: Planungsraster aus [JM1994]

Abbildung D.2: Brief an Konstanzer Unternehmen

Abbildung D.3: Brief von Byk Gulden

Anhang E
Heftaufschrieb und Auswertungen

Abbildung E.1: Heftaufschrieb Seite 1

Abbildung E.2: Heftaufschrieb Seite 2

Abbildung E.3: Heftaufschrieb Seite 3

Abbildung E.4: Heftaufschrieb Seite 4

Abbildung E.5: Heftaufschrieb Seite 5

Abbildung E.6: Heftaufschrieb Seite 6

Abbildung E.7: Heftaufschrieb Seite 7

Abbildung E.8: Heftaufschrieb Seite 8

Abbildung E.9: Heftaufschrieb Seite 9

Abbildung E.10: Heftaufschrieb Seite 10 und erste Schülerauswertung

Abbildung E.11: Erste Schülerauswertung der Einheit

Abbildung E.12: Zweite Schülerauswertung der Einheit

Abbildung E.13: Dritte Schülerauswertung der Einheit

Abbildung E.14: Vierte Schülerauswertung der Einheit

Abbildung E.15: Fünfte Schülerauswertung der Einheit

Abbildung E.16: Sechste Schülerauswertung der Einheit

Abbildungsverzeichnis

Erklärung

Im Falle der Aufbewahrung meiner Arbeit im Archiv des Seminars für Schulpädagogik bzw. im Staatsarchiv erkläre ich mein Einverständnis, dass die Arbeit Benutzern zugänglich gemacht werden kann.
Konstanz, den 6.9.2001