Post on 05-Apr-2015
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Natur
mit Spielzeug Chemie und Technik verbinden
Technik
AkadOR W. Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Ziele
1. Technik als UnterrichtsfachGrobüberblick Deutschland (und Nachbarn)
2. Methodische Interpretation des Faches Technik durch Naturwissenschaftler und Ingenieure
3. Beispiel für eine N&T-Umsetzungam Beispiel LEGO
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1. Technik als Unterrichtsfach
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1. Das Unterrichtsfach TechnikIn der Grundschule:
Baden-W HSU
Bayern HSU (T) Tex/W 1-4
Berlin SU
Brandenb. SU
Bremen Tex/W 3-4
Hamburg SUT
Hessen SU-GesSU-N&T
Meck.-Vop. WerkU (T)
NiSa SU (T)W (Gestalten)
NRW SU
Rh.-Pfalz SU
Saarl. SU
Sachsen W (T)HSU (T)
Sa.-Anhalt W (T)
SH TWHSU (T)
Thüringen W (T)
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Der HSU an Grundschulen in Bayern
Nr. Grobziel
1.3.3 Technisches Spielzeug:• mit mechanischem Spielzeug spielen und Funktionen erkennen• eine Funktion erkunden: Rolle, Hebel oder einfacher Antrieb.• ein Modell bauen
3.4.3 Maschinen helfen bei der Arbeit:• Möglichkeiten der Arbeitserleichterung im erkundeten Betrieb;
Entwurf, Bau und Erprobung einfacher Kräne, Seilwinden...• Veränderungen in der Arbeitswelt...: Automaten machen
Berufszweige überflüssig...
4.7.2 Kreislauf eines industriell gefertigten Produkts:• Herst. bis zum Endprodukt verfolgen (in Zush. mit der Erkund.)• Verpackung, Lagerung (Produktionsaufwand, Umweltschutz)
Beispiele für unmittelbaren Technikbezug, LP von 2000
Siehe auch Werken / Textiles Gestalten und Kunsterziehung
Umsetzung?
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Realschule
Baden-W 5- 6: T7-10: N&T (WP)7- 8: ITB
Bayern 8-10: TZ (WP)8-10: W (WP)
Berlin 7-10: AL (WP)
Brandenb. 7-10: AL
Bremen 7-10: AL-T-Wi
Hamburg 5- 7: AL5- 7: T8-10: T (WP)
Hessen 5- 6: AL7-10: AL (WP)
Meck.-Vop. 7-10: T
NiSa 5- 8: AL-Wi-T9-10: T (WP)
NRW 9-10: T (WP)
Rh.-Pfalz 9-10: TZ (WP)
Saarl. 5- 8: T9-10: T (WP)5-10: TZ (WP)
Sachsen 5- 6: W7-10: T-Wi (WP)
Sa.-Anhalt 7-10: AL-Wi-T
SH 7- 8: T7-10: T (WP)
Thüringen 5- 6: W7-10: WiT (WP)
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Gymnasium
Baden-W 5 - 6: NT
Bayern 5 (- 7?): NT
Berlin -
Brandenb. 9-10: AL11-13: T (WP)
Bremen 7-10: A-T-Wi
Hamburg 5-13: AL (WP)
Hessen 5- 6: AL 7-10: AL (WP)
Meck.-Vop. 9-10: T (WP)
NiSa 5- 6: AL-Wi-T7-10: AL-Wi-T (WP)
NRW 7-10: AL (WP)
Rh.-Pfalz -
Saarl. -
Sachsen 5 - 6: W
Sa.-Anhalt 9: Wi-T
SH 7-10: T (WP)
Thüringen -
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Blick über die Grenzen (Gym)• Österreich: Technische Werkerziehung 5-12 und
spiralcurricular. Bereiche (Bauen, Wohnen, Umweltgestaltung, Maschinentechnik, Produktgestaltung.
• Schweiz: Technisches Gestalten 1-9 (künstlerische wie werktechnische Richtung)
• Polen, Ungarn, Rumänien: Polytechnische Erziehung 5-8 (Schulgarten, Werken, Sozialistische Produktion (?), Technisches Zeichnen, Produktive Arbeit der Schüler (?)).
• England/Wales: Technology (1)5-10• Schweden, Norwegen, Dänemark: Science and
Technology 5-10 (11-12 WP)• Frankreich: Pflichtfach an technischen Gymnasien (voie
technologique).
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Zusammenfassung
1. Inhalte der Technik sind in den Bundesländern- mit Sozial- und Wirtschaftswissenschaften (Arbeitslehre)- oder mit den Naturwissenschaften B, C, P (Natur & Technik) verknüpft.
2. Das Fach Technik spielt an deutschen Gymnasien eine sehr untergeordnete Rolle.
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2. Methodische Interpretation des Faches
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Gängigste Interpretation durch Lehrer der Naturwissenschaften in N&T:
Notwendigkeit
Experimentplanen
durchführen
Abstraktion
Schülererfahrung
Anleitung
fertigen
Gesetzmäßigkeit
LP-Thema
Exemplar. Bsp.
Bestätigungsbeispiel
nur geschlossene methodische
Führung
Eigene Befragung, unveröffentlicht.
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Aktuell durch Didaktiker der Technik:
„...Technik in szientistischer Verkürzung als angewandte Naturwissenschaft
und als naturbeherrschendes Werken in praktizistischer Verkürzung bezeichnet wird.“
Sie sehen es (berechtigterweise) gar nicht gerne, wenn:
Ropohl, G.: Technik als Bildungsaufgabe allgemeinbildender Schulen. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 1, S. 7-24.
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Definition Technik
Technik ist das Ergebnis einer von Interessen geleiteten,
zielgerichteten Auseinandersetzung des Menschen mit Gegebenheiten der Natur bzw. mit vorhandenen
technischen Systemen.
Sachs, B.: Legitimation und Strukturen von Technikunterricht. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 4, S. 51-69.
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Kurz:
URL: http://www.uni-muenster.de/Physik/TD/Uvortec/Arbeit/Facheinfueh/Loesungen
„Technik ist das Ergebnis menschlicher Faulheit.“
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Herleitung
1. Die Welt im Naturzustand enthält keine technischen Systeme.
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Herleitung
2. Der Mensch geht daran, den Naturzustand qualitativ und quantitativ zu beschreiben, zu ordnen und zu klassifizieren.
Er betreibt Naturwissenschaft (Suche nach Erkenntnis).
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Herleitung
3. Gleichzeitig wird das Erfasste zweckorientiert und gezielt verändert. Dabei schafft er Gebilde mit Hilfe bestimmter Verfahren.
Er betreibt Technik (Befriedigung von Bedürfnissen).
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BeispielWATT hat die Dampfmaschine erfunden, ohne eine
thermodynamische Theorie zu besitzen.
Naturwissenschaften und Technik stehen in enger Beziehung - bedingen sich aber nicht immer.
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Herleitung4. Technik vollzieht sich
Technik
Ökologie
ÖkonomieNaturwissensch.
Sozialwissensch.
Entstehungszusammenhang
Verwendungszusammenhang
einschließlich eines Entstehungs- und Verwendungszusammenhangs,
also innerhalb eines soziotechnischen Systems.
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Inhalte der Technik
Stoff Energie Information
Funktion
wandeln transportieren speichern
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Kerntätigkeiten in der Technik
1. Entwerfen und Konstruieren.
Konstruieren: darüber hinaus auch konkrete Festlegung bis zur Herstellungsreife.
Fach: Konstruktionslehre.
Entwerfen: schöpferische, geistige und/oder zeichnerische Vorwegnahme konkreter Lösungsgestalten in struktureller, funktioneller und wirtschaftlicher Sicht.
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Kerntätigkeiten in der Technik2. Messen, Prüfen, Testen.
Prüfen (DIN 1319): Beurteilung des Messergebnisses im Hinblick auf eine ganz bestimmte Zweckeignung (auch andere Disziplinen prüfen).Testen: die zu messende Größe wird in einen realen Verwendungszusammen-hang gestellt (typisch für Technik).
Messen (DIN 1319): Vorgang, bei dem ein spezieller Wert einer bestimmten Größe als Vielfaches einer vereinbarten Einheit ermittelt wird(auch andere Disziplinen messen!).
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Planen: zeitliche Vorwegnahme zukünftiger Abläufe, allgemeine Planungsverfahren.
Kerntätigkeiten in der Technik
Traebert, W. E.: Auswahlkriterien für Lehr- und Lerninhalte des Technikunterrichts. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 1, S. 53-74.
Realisieren: in der Technik untrennbar mit Planung verbunden, da tatsächliche Realisierbarkeit nicht mit Sicherheit vorhergesagt (geplant) werden kann.
3. Planen und Realisieren.
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Erweiterte Tätigkeiten
• Entwerfen und Konstruieren • Messen, Prüfen, Testen• Planen und Realisieren
Sachs, B.: Legitimation und Strukturen von Technikunterricht. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 4, S. 51-69.
• Auswählen (bei arbeitsteiliger Form)• Bedienen und Anwenden• Pflegen und Reparieren.
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Ökologie
Fehlkonzeptionen...
Technik
Chemie / Physik
...-Gefahr bei Chemie und Physik-Lehrern:
Ökonomie
Sozialwissensch.
- nur Mess“technik“ oder- fachspezifische Arbeits“technik“!
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Was machen Ingenieure anders?
Bedürfnis
Entwerfen,konstruieren
Beschaffen
Bauen
Testen
perfekt?
Opt
imie
ren
nein
ja
neu
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Was machen Ingenieure anders?
Produkt
Präsentieren
Auswählen
anwenden
pflegenbedienen reparieren
neu
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Die technische Unterrichtsmethodeim Artikulationsmodell
Stufen, abgeleitet von Kerntätigkeiten:
1. Entwerfen und Konstruieren
2. Beschaffen und Organisieren
3. Fertigen
4. Testen und Optimieren
5. Präsentieren
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Verwandtschaften der Methoden
5. Wissenssicherung
3. Durchführung
4. Abstraktion
2. Planung
1. Problemgewinnung
Forschend-entwickelnd
5. Präsentieren
3. Fertigen
4. Testen und Optimieren
1. Entwerfen und Konstruieren
2. Beschaffen und Organisieren
Bedürfnis
Technische Methode
5. Abschluss
4. Durchführung
3. Plan
2. Skizze
1. Initiative
Projektmethode
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Varianten mit Anforderungsstufen
a = technisch - erfindend
Entwerfenund
Konstruieren
Beschaffenund
Organisieren
Fertigen Testenund
Optimieren
Präsentieren
Anf
orde
rung
sstu
fe
d = technisch - untersuchend
b = technisch - nachmachendc = technisch - forschend
e = technisch - informierend
Artikulationsstufen
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Zusammenfassung
1. Existierende Unterrichtsmethoden aus der Chemie werden den Anforderungen an Technikunterricht nicht gerecht:
• es fehlt i.d.R. die problemlösende Stufe und/oder
• eine oder mehrere Kerntätigkeiten.
2. Die Technische Unterrichtsmethode orientiert sich an den Kerntätigkeiten der Ingenieure.
3. Kerntätigkeiten:• i.e.S. Entwerfen, Konstruieren, Messen, Prüfen,
Testen, Planen, Realisieren• erweitert: Bedienen, Pflegen, Reparieren.
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3. Beispiel einer Umsetzung
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Technische Aufgabenstellungen• Grp. 1a und 1b:
Bauen nach Anleitungfür Schüler ohne LEGO technik - Erfahrung
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Technische Aufgabenstellungen• Grp. 2a und 2b:
bekanntes Objekt nach best. Gesichtspunkt optimieren
• erfahreneSchüler
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Technische Aufgabenstellungen• Grp. 3a und 3b:
Erfinden einer neuen Maschine• Experten
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Wo bleibt die Chemie?
5. Präsentieren
4. Testen und Optimieren
3. Fertigen
2. Beschaffen und Organisieren
1. Entwerfen und Konstruieren
Technische Methode
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Woraus besteht ein LEGO-Stein?
• PVC - bis 2000 manche Steine
• PS - ein wenig als SAN
• ABS
P
C
A• leider nie (glaube ich).
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Thermisches Verhalten T=80°C
ABS PS
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Thermisches Verhalten T=-18°C
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Brechen bei -18°C
PS
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Auflösen in Aceton
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Zentrifugieren und Dekantieren
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Ausfällen des löslichen Anteils
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Filtrieren
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Trocknen
t
ABS
StyrolAcrylnitril
Poly-Butadien
ABS
Starter
ABS
So kann man ABS zeichnen
Styrol Acrylnitril
Poly-Butadien
Styrol-Acrylnitril
So sieht ABS im Elektronenmikroskop aus
Poly-Butadien
Styrol-Acrylnitril
Bild: mit freundlicher Genehmigung der BASF AG
AS
B
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Anschlagmaschine
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Anschlagmaschine
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Anschlagmaschine
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Anschlagmaschine
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Anschlagmaschine
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Anschlagmaschine
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Was können wir als Chemielehrer leisten?
1. Wir können (und sollen) nicht reinen Technikunterricht leisten (Ausbildung, Ausstattung, Zeitumfang, Organisationsform...)
2. Wir können, von unserem Fachunterricht ausgehend, fachübergreifende Bezüge herstellen, aus der grundlegenden Kenntnis von Technik(didaktik) heraus.
3. Wir können Organisations- und Arbeitsformen einsetzen, die über das Übliche (Theorie, Schülerübung) im naturwiss. Unterricht hinausgehen.
4. Wir müssen (!) inhalts- und zieltypisch unterschiedliche Unterrichtsmethoden im Wechsel einsetzen.
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Umfrage an Gymnasien in OFr.
Rakete (Brause, Luft) bauen 5
Lochkamera bauen 3
Windrad bauen 1
Bootsformen bauen 11
Flugzeuge bauen, Fliegen 9
Turm, Brücke bauen 2
Wettermessgeräte bauen 3
Feuerlöscher bauen, Feuer 4
Papier herstellen 2
Farbstoffe, Pigmente herstellen 2
Färben 2
Apfelsaft herstellen 1
chem. Trennverfahren (DC u.ä.)
2
mikroskopieren, Fernrohr (Fkt.) 9
Optik Grundlagen 2
Stromkreis 1
Messinstrumente verwenden 2
Auswerten von Messungen 2
Hebelgesetze 1Frage nicht verstanden 3
„Wie haben Sie ‚Technik‘ in N&T umgesetzt?“
Erkannt, dass Umsetzung fehlt 2
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Zusammenfassung
1. Technik-Inhalte lassen sich mit chemischen Fachbezügen sinnvoll verknüpfen.
2. Technik-Inhalte eignen sich zur Realisierung fachübergreifenden Unterrichtes.
3. Über Technik-Inhalte können Selbsttätigkeit und problemlösende Aufgabenstellungen früh im naturwissenschaftlichen Unterricht Fuß fassen.
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Wie sehen uns die Techniker?
„Auffällig daran ist, dass die erwähnte wissenschaftstheoretische und
methodologische Diskussion in der Didaktik der Naturwissenschaften kaum zur Kenntnis
genommen wurde.“
Füssel, M.: Naturwissenschaft und Technik. Überschneidungen und Abgrenzungen aus technikdidaktischer Sicht. In: Traebert, W. E.; Spiegel, H.-R. (Hrsg.): Technik als Schulfach, Bd. 4, S. 79-105.
WIR haben sie zur Kenntnis genommen
Und wissen nun:
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„Technik ist die Anstrengung, Anstrengungen zu vermeiden.“