Unterrichtsentwurf zur Lenzschen Regel

Unterrichtsplan

Name.............................: Andreas Wind

Schule...........................: Geschwister-Scholl-Schule, Solingen-Ohligs

Klasse............................: 12 G-Kurs (18 SchülerInnen)

Fachlehrer......................: M. Quaas

Datum.............................: 29.2.00

Zeit..................................: 7.55 - 9.30 (1+2. Stunde)

Thema der Unterrichtsreihe: Magnetische Induktion

Thema der Unterrichtsstunde: Die Lenzsche Regel

Voraussetzungen

Allgemeine Bemerkungen

Bei der Lerngruppe handelt es sich um einen gemischten Kurs aus 18 Schülerinnen, die das Fach Physik nicht gerade mit Leidenschaft betreiben. Dies schlägt sich auch im Notenbild der meisten sehr deutlich nieder. Da das Fach Physik sehr viel abfragbares Wissen und mathematische Schwierigkeiten bereit hält, genügt bloße Anwesenheit nicht, notwendig wäre auch und gerade häusliche Auseinandersetzung mit dem Thema, wozu viele Schülerinnen jedoch nicht bereit sind.
Trotz dieser Defizite in der Arbeitshaltung erlebe ich den Kurs als durchaus angenehm, den Unterricht belastende Spannungen kann ich nicht wahrnehmen.
In Teilen ist der Kurs auch durchaus leistungswillig, Arbeitsaufträge werden relativ zügig erledigt, die Mitarbeit ist akzeptabel. Hier ist bei einigen Schülern eine Verbesserung gegenüber dem Vorjahr, als ich schon einmal den Kurs betreute, zu beobachten.
Auffallend bei vielen Beiträgen der Schüler ist der rudimentäre Charakter ihrer Erläuterungen, hier wird einerseits Begriffsunsicherheit, andererseits auch die generelle Schwäche, Vorgänge sprachlich zu beschreiben, deutlich. Diesem Problem will ich in dieser Doppelstunde durch konsequente Versprachlichung der Gedanken, auch zum Preis der Verlangsamung, begegnen.

Zum Wissensstand

Die Schülerinnen haben im Verlauf der Reihe (4 Stunden) die Lorentzkraft als Ursache für die magnetische Induktion kennengelernt, sowie Vorwissen aus dem letzten Halbjahr bezüglich der Entstehung von Magnetfeldern reaktivieren müssen. Die Thematik selbst sollte den Schülerinnen auch aus der 10ten Klasse vertraut sein, allerdings erscheinen mir die entsprechenden Wissensbestände, sollten sie je vorhanden gewesen sein, als nicht mehr erreichbar.
Wirklich neu ist den Schülern der Begriff des magnetischen Flusses und die Zurückführung der Induktionsspannung auf die Änderung des magnetischen Flusses durch Leiterschleifen. Dieses Konzept ist zwar elegant und auf etwas abstrakter Ebene durchaus nicht ganz unanschaulich, dennoch haben die Schüler erhebliche Probleme mit dieser Vorstellung. Die Schwierigkeiten liegen besonders in dem Änderungsbegriff (der dynamische Aspekt!), der in mathematischer Konsequenz zur Ableitung führt. Auf diesem Niveau werden die Probleme im Unterricht allerdings nicht behandelt.
Die Schülerinnen sollten jedoch in der Lage sein, bei überschaubaren Problemen die Gründe für Induktionsspannung anzugeben und diese gegebenenfalls auch zu berechnen.

Inhaltliche Entscheidungen

Um einerseits das Minimalstundenziel (Lenzsche Regel) zu erreichen, andererseits den Begriff der magn. Flussänderung zu vertiefen, habe ich einen doppelten Zugang zu dem Thema gewählt der in beiden Fällen den typischen Gedankengang: „Änderung des magn. Flusses durch Änderung der durchströmten Fläche (erster Zugang) resp. durch Änderung der Flussdichte (zweiter Zugang) } Induktionsspannung“ nachvollzieht.
Im ersten Fall stehen die Ergebnisse scheinbar im Widerspruch zur Energieerhaltung und führen zu einem Perpetuum mobile. Dieser Aspekt soll im Anbetracht der Bedeutung energetischer Betrachtungen mit einem Ausrufezeichen versehen werden und zu weiteren Untersuchungen motivieren. Das zweite Beispiel - Abstoßung eines geschlossenen Rings beim Einschalten einer Spule - bringt dann durch die Entdeckung des „Gegenfeldes“ die Lösung.
Der Schwerpunkt der Entwicklung wird weniger im Aufstellen der Formeln, als im Darstellen der inhaltlichen Zusammenhänge liegen. Die Entwicklung der Formeln ist eher begleitend gedacht.
Das zweite Thema, die Selbstinduktion, wird nicht mehr in derselben Ausführlichkeit eingeführt, das entsprechende Experiment (hohe Induktionsspannung beim Trennen eines Stromkreises mit Spule) dient neben einem gewissen Unterhaltungswert vor allem der Anwendung der Lenzschen Regel und wird nicht als Einstieg in ein neues Thema „verkauft“.

Methodische Entscheidungen

Um zu vermeiden, dass der Unterricht ausschließlich im Unterrichtsgespräch geführt wird und inhaltlich über die Schüler hinwegbraust, habe ich vorgesehen, dass die Schüler das Eingangsbeispiel in Partnerarbeit selbst diskutieren, wobei anhand vorgegebener Leitbegriffe die Gedanken in die von mir gewünschte Richtung gebracht werden sollen. Ich erhoffe mir von dieser schriftlichen Formulierungsarbeit, auf die auch im folgenden Beispiel, das im Unterrichtsgespräch entwickelt wird, ein Schwerpunkt liegt, eine geistige Klärung und Konkretisierung der Schülergedanken. So habe ich geplant auch im Unterrichtsgespräch die Formulierungen von den Schülern leisten zu lassen und nur die Formeln auf OH-Folie zu notieren.
Da dieses Vorgehen für die Schüler sicherlich sehr anstrengend ist, habe ich zwei Ruhepausen vorgesehen: Eine anspruchsvolle Pause in der die Schüler den Versuchsaufbau zeichnen sollen (Stillarbeit), was nach meiner Erfahrung die Erinnerung sehr fördert und das Ausstiegsexperiment das einen eher unterhaltenden Charakter hat und nicht mehr mit derselben Konsequenz betrachtet wird. Hier bleiben noch Fragen für folgende Stunden.

Lernziele

Als übergeordnetes Lernziel steht im Mittelpunkt die Formulierung physikalischer Abläufe und Zusammenhänge.
Lernziel: Formulierung physikalischer Zusammenhänge unter Verwendung
korrekter Begriffe.

An konkreten Unterrichtszielen sind zu nennen:
- Energiebetrachtungen als eine entscheidende Denkfigur der Physik erkennen.
Speziell: Kriterien des Perpetuum mobile nennen können.

Innerhalb des eigentlichen Themas können an Lernzielen mit eher reproduzierenden
Charakter genannt werden:
- Die Abhängigkeiten der magn. Flussdichte nennen können.
- Aus Flussdichte und Fläche den mag.Fluss berechnen zu können.
- Bei Vorgabe der nötigen Größen die Induktionsspannung ermitteln zu können.
- Die Lenzsche Regel sagen können.

Eher anwendenden Charakter haben die Lernziele:
- Folgen von Stromänderungen in Spulen vorhersagen zu können.
- Mittels der Lenzschen Regel Stromrichtungen vorhersagen zu können.
- In verwandten Experimente das Vorgehen von Versuch 2 anwenden können.

Schlussendlich das in der Physik immer wieder kehrendes Lernziel:
Physik ist als Fach „machbar“ , Physik ist meist verstehbar, Physik ist keine Geheimwissenschaft.

Unterrichtsraster


Struktur	Inhalt	Methodisches	Medien	Bemerkungen
Einstieg Unterrichtsthema 2-3 min	Ausbau und Präziesierung der Theorie der Induktion, Anwendungen Überschrift: Die Lenzsche Regel	Lehrervortrag
Entwicklung der Problemstellung 10-15 min	Die Schüler beschreiben das vorgestellte Perpetuum Mobile mithilfe vorgegebener Leitbegriffe (schriftlich)	Partnerarbeit	OH und Arbeitsblatt	Dient der Wiederholung und der aktiven Auseinandersetzung
Zwischensicherung 3-5 min	Ergebnisvergleich	UG
Problemstellung und Formulierung 3-5 min	Wiederspruch zwischen Induktionsvorstellungen und der Energieerhaltung, schiftliche Problemstellung	UG	OH Tafel	Die große Rolle der Energieerhaltung wird betont
Experiment ein weiteres Problem II wird aufgeworfen 10-15 min	Abstoßung eines Aluminiumringes im Magnetfeld beim Einschalten einer Spule. Zeichnung des Versuchsaufbaus, Beschreibung, Durchführung.	Stillarbeit Lehrerdemonstration	OH (Zeichnung) Versuchsaufbau	Den Schülern muss das Vorgehen transparent gehalten werden (Betonung des Stundenaufbaus!)
Pause? (5min)
Problemlösung II 20 min	Abstoßung des Ringes durch das durch den Induktionsstrom verursachte Magnetfeld	UG	OH oder Tafel
Problemlösung 7 min	Übertragung des zuvor erzielten Ergebnisses	Schülervortrag oder UG	Tafel	Im günstigen Fall kann die Lösung von einem Schüler vorgetragen werden.
Verallgemeinerung (mögl. Stundenende) 5 min	Formulierung der Lenzschen Regel	UG	Tafel
Die tatsächliche Ausgestaltung der nächsten Phase hängt stark von der verfügbaren Zeit ab, bei Zeitknappheit erfolgt die Erarbeitung nur mündlich, wobei die Schüler aufgefordert sind Stichworte zu notieren. Die schriftliche Ausarbeitung ist dann Hausaufgabe.
Vertiefung Anwendung unter einem neuen Aspekt	Experiment zur Demonstration des Induktionsstroms einer Spule beim Ausschalten (Selbstinduktion)	Experiment mit Schüler als „Opfer“	Versuchsaufbau, Schüler	Ob sich wohl ein Schüler traut?
Problemstellung	Woher kommen die offensichtlich hohen Spannungen?	UG
Erarbeitung	Die Rolle der Spule als Primär- und Induktionsspule	UG	Tafel
Problemlösung	Die Rolle der Geschwindigkeit der Stromänderung, die Lenzsche Regel	UG	Tafel

Anlage:

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