Infos für Lehrkräfte “Schwimmen und Sinken”

In der Lernumgebung werden Inhalte zum Thema „Schwimmen und Sinken“ zur Verfügung gestellt. Welche Voraussetzungen muss ein Gegenstand besitzen, damit er schwimmt? Welche Rolle spielen Masse und Volumen eines Gegenstandes, sowie Auftriebs- und Gewichtskraft, damit er schwimmt oder sinkt.

Volumen: Das Volumen bezeichnet den Raum, den ein fester Körper, eine Flüssigkeit oder ein Gas einnimmt. Das es sich um eine dreidimensionale Größe handelt, sind die Volumenangaben auch entsprechend in gängigen Raumeinheiten wie Liter (L), Kubikmeter (m³) oder Kubikzentimeter (cm³) angegeben.

Masse: Jedes Objekt besitzt eine bestimmte Masse m. Diese wird in der Grundeinheit kg (Kilogramm) angegeben.
Die Masse m ist eine festgelegte Stoffeigenschaft. Sie darf nicht mit dem Gewicht eines Körpers verwechselt werden. Denn das Gewicht ist abhängig von dem Gravitationsfeld und ändert sich, wenn ein Objekt sich beispielsweiße auf dem Mond befindet. (simpleclub)

Dichte: Dichte bezeichnet eine Stoffeigenschaft, die sich aus der Masse und des Volumens eines Gegenstandes ergibt. Die Formel für Dichte lautet:

Dichte = Masse : Volumen

Unterschiedliche Stoffe haben daher auch eine unterschiedliche Dichte, obwohl sie gleich groß sein können. Die Anzahl und Größe der Stoffteilchen, die sich innerhalb eines bestimmten Volumens befinden, sind ausschlaggebend für eine große oder geringe Dichte. Befinden sich viele kleine Stoffteilchen innerhalb eines Gegenstandes, spricht man von einer hohen Dichte. Weist ein Gegenstand nur wenige, große Stoffteilchen auf, hat dieser eine geringe Dichte.

Gewichtskraft: Die Gewichtskraft ist die Kraft, mit der ein Körper aufgrund der Schwerkraft der Erde nach unten gezogen wird. Sie ist direkt proportional zur Masse des Körpers.

Die Formel für die Gewichtskraft​ lautet:

Gewichtskraft = Masse des Körpers ⋅ Erdbeschleunigung

Auftriebskraft: Die Auftriebskraft ist eine physikalische Kraft, die auf einen Körper in einem Fluid (Flüssigkeiten und Gase) wirkt. Diese Kraft wirkt gegen die Gewichtskraft und bewirkt, dass der Körper im Fluid aufsteigt oder schwebt. Die Auftriebskraft beruht auf dem Archimedischen Prinzip, das besagt, dass ein Körper, der in einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) eingetaucht ist, eine Auftriebskraft erfährt, die gleich der Gewichtskraft des verdrängten Fluids ist. Durch den Auftrieb verliert ein eigetauchter Körper also (scheinbar) so viel an Gewicht, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeit wiegt.

Die Formel für die Auftriebskraft lautet:

Auftriebskraft = Dichte des Fluids ⋅ Volumen des verdrängten Fluids ⋅ Erdbeschleunigung

vgl. Joachim Herz Stiftung (oJ)

Wann sinkt, schwebt oder steigt ein Körper im Wasser?

Sinken: Ist die Gewichtskraft größer ist als die Auftriebskraft, sinkt ein Körper im Wasser. Dies geschieht, wenn die Dichte des Körpers größer ist als die Dichte des Wassers.

Schweben: Ein Körper schwebt im Wasser, wenn die Gewichtskraft, die auf den Körper wirkt, gleich der Auftriebskraft ist, die vom Wasser ausgeübt wird. Dies tritt auf, wenn die Dichte des Körpers gleich der Dichte des Wassers ist. In diesem Fall ist die resultierende Kraft auf den Körper null, und er bleibt in der Schwebe.

Steigen: Ein Körper steigt im Wasser, wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft. Dies ist der Fall, wenn die Dichte des Körpers geringer ist als die Dichte des Wassers.

Schwimmen: Ist die Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft und das Wasser nach oben hin begrenzt (z.B. im Meer oder einem offenen Gefäß), schwimmt der Körper an der Oberfläche.

vgl. Joachim Herz Stiftung (oJ)- Grundwissen-Sinken, Schweben, Steigen, Schwimmen

Da es sich bei dem behandelten Thema um von der Wissenschaft anerkannte Grundlagendefinitionen handelt, ist das Thema nicht kontrovers diskutiert. Die Einheiten, die in dieser Lerneinheit genutzt und definiert sind, sind international anerkannte Einheitsgrößen. Diese werden auch als SI Einheiten benannt (Chemie.de, oJ).

In der Lernumgebung werden Inhalte zum Thema “Schwimmen und Sinken” zur Verfügung gestellt. Durch Lernvideos, Sachtexte und ergänzende Aufgabenformate, soll den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben werden zu verstehen, wann ein Gegenstand schwimmt und wann nicht.

Warum können schwere Dinge (Schiffe) schwimmen?

Masse: Was ist Masse und wo ist der Unterschied zum Gewicht?

Dichte: Was versteht man unter Dichte bzw. unter hoher oder geringer Dichte?

Wie beeinflusst die Dichte, ob ein Gegenstand schwimmt oder nicht?

Gewichtskraft: Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Gewichtskraft und Schwimmfähigkeit?

Wie beeinflusst die Gewichtskraft die Auftriebskraft beim Schwimmen?

Auftriebskraft: Wie wirkt die Auftriebskraft auf einen Körper im Wasser? Wie wirken die Masse, die Dichte und die Gewichtskraft eines Körpers auf die Auftriebskraft?

• Die Lernenden können erkennen und voraussagen welche Gegenstände schwimmen und welche nicht.
• Die Lernenden können benennen, dass es eine Kraft (Gewichtskraft) gibt, die Gegenstände nach unten (zur Erde) zieht und eine Kraft (Auftriebskraft), die Gegenstände im Wasser nach oben drückt.
• Die Lernenden können benennen, dass das Gewicht und das Volumen eines Gegenstandes mit der Fähigkeit zum Schwimmen zusammenhängt.
• Ziel der Lernumgebung ist darüber hinaus die Vermittlung relevanter Fachbegriffe, wie Volumen, Masse, Gewichtskraft und Auftriebskraft.

Das Curriculum sieht das Thema Schwimmen und Sinken mit den Unterthemen Volumen, Masse und Dichte für die Jahrgangsstufe 3/4 im Rahmen des übergeordneten Themas Natur vor. Diesbezüglich sollen die Kompetenzen beobachten, Versuche planen und Versuche durchführen entwickelt und gefördert werden. (vgl. Der Senator für Bildung und Wissenschaft (2007): Sachunterricht Bildungsplan für Primarstufe, S. 29)

Interview

InterviewerIn              Janina

BefragteR                   Corinna

I: Hallo Corinna, erstmal vielen Dank, dass du dir Zeit für dieses Interview genommen hast.

B: Hallo. Ja, das mache ich sehr gerne. Was möchtest du wissen?

I: Du unterrichtest bereits seit einigen Jahren in einer Grundschule und ich möchte gerne von dir wissen, wie du mit den Kindern das Thema „Schwimmen und Sinken“ behandelst.

B: Also, ich habe jetzt zum vierten Mal eine eigene Klasse und wir behandeln das Thema schon im ersten Schuljahr. In den letzten drei Durchgängen haben wir das gemeinsam mit den Kindern der benachbarten KiTa durchgeführt.

I: Interessant, wie kommt es, dass ihr das gemeinsam mit der KiTa macht?

B: Das bietet sich für uns so an. Wir arbeiten mit der KiTa zusammen und die Vorschulkinder kommen für eine Woche zum Schnuppern in die Schule. 

I: Ah, und in dieser Woche widmet ihr euch dann dem Thema „Schwimmen und Sinken“?

B: Ja, ganz genau. Wir machen an jedem Tag etwas anderes und ein Erstklässler nimmt dabei ein KiTa-Kind an die Hand, also begleitet es.

I: Das klingt ja toll. Und wie genau verläuft dann eure Woche?

B: Am ersten Tag experimentieren wir. Es gibt mehrere Stationen die immer gleich im Ablauf bleiben und für jede Station gibt es eine Stationskarte mit Informationen. Wobei wir schon darauf achten hauptsächlich mit Bildmaterial zu arbeiten. Genau wie bei den Laufzetteln, die die Kinder dann bekommen. An den Stationen wird dann zuerst eine Vermutung angestellt, ob der Gegenstand wohl schwimmen kann oder ob er sinken wird. Danach folgt die Durchführung und auf ihrem Laufzettel halten die Kinder ihre Ergebnisse fest. Zum Schluss setzen wir uns nochmal zusammen in den Stuhlkreis und sprechen gemeinsam über alles, damit auch keine Fragen offen bleiben.

I: Das klingt ja nach einem spannenden Tag für die kleinen Menschen. Wie geht es dann am nächsten Tag weiter?

B: Am nächsten Tag singen wir mit den Kindern Wasserlieder und arbeiten mit Arbeitsblättern. Die Lieder begleiten uns auch an den folgenden Tagen noch. Gerade im Sachunterricht, wie du ja weißt, ist Fächerübergreifend ein großes Thema. Am dritten Tag bleiben wir auch musikalisch und füllen Luftballons mit Wassertropfen und pusten diese dann auf. Damit kann man ganz tollt Töne erzeugen und es macht den Kindern natürlich auch riesig viel Spaß. 

I: Oh, davon habe ich noch nicht gehört, werde ich aber bestimmt bald ausprobieren.

B: Ja, probiere das gerne mal aus.

I: Mache ich. Wie verläuft eure Woche weiter?

B: Am vierten Tag bauen die Kinder Boote. Jeder kann dabei kreativ werden und selber entscheiden, wie das eigene Boot aussehen soll. Die Materialien dafür bereiten wir vor und unterstützen dann nach Bedarf auch beim Bau. Da kommen immer ganz unterschiedliche Ergebnisse bei raus und die Kinder sind richtig stolz auf ihre selbstkreierten Boote. 

Und diese lassen wir dann auch am letzten Tag gemeinsam in einem Bach, ganz in der Nähe, schwimmen. Auch immer ein Highlight für die Kinder.

I: Das kann ich mir gut vorstellen. Es klingt nach einer tollen Woche zum Thema „Schwimmen und Sinken“. Was genau sind deine Lernziele für dieses Thema?

B: Die Kinder können nach dieser Unterrichtseinheit benennen, welche Gegenstände schwimmen und welche sinken. Dazu gehört dann auch der Aufbau des Fachwortschatzes, also dass sie die Begriffe (Schwimmen, Sinken) kennen und richtig verwenden.

I: Vielen Dank, dass du dir die Zeit genommen hast und uns einen Einblick in deine Vorgehensweise beim Thema „Schwimmen und Sinken“ gewährt hast.

B: Sehr gerne.

Ein Verständnis von Auftrieb entwickeln, sodass kein Testen von Objekten mehr erforderlich ist. Verstehen des Konzepts von Schwimmflügeln oder Poolnudeln für das Schwimmbad.

Schwimmen und Sinken ist ein Teilbereich des Themas Wasser. Mit Wasser kommen Kinder tagtäglich in Berührung. Sicherlich haben sie auch bereits in der Badewanne oder im Schwimmbad Gegenstände schwimmen oder sinken gelassen und bringen diesbezüglich Fragen mit. Des Weiteren hat das Thema großes Potential zur praxisorientierten Anwendung.

Leichteres Verstehen desselben Prinzips in der Luft. Beispielsweise Heißluftballons oder das Verständnis von Schwerkraft/Gravitation auf dem Mond.

Bei Wasser handelt es sich um das gängigste Medium, mit dem Menschen in Berührung kommen, das im Vergleich zu Luft eine deutlich höher Dichte aufweist. Dieser Dichteunterschied ist aufgrund dessen exemplarisch, da Gegenstände auf dem oder im Wasser schwimmen können, was jedoch in Luft als Medium nicht möglich ist. Da sich die Dichte des Wassers auch bei Temperaturveränderung nur marginal ändert, kann dieses als konstantes  Vergleichsmedium agieren. So können verschiedene Materialien auf ihre Dichte geprüft werden, indem sie entweder schwimmen oder sinken. Damit haben sie eine geringere (schwimmen) oder aber eine höhere (sinken) Dichte. Auch die Frage nach nahezu identischen Dichten kann am Beispiel des Wassers und dem eigenen Körper erfahren werden.

Beispielsweise: Warum wird der Körper im Wasser leichter, als in der Luft?

Übertragbare Erkenntnisse sind beispielsweise auf Öle sowie weitere viskose Medien anwendbar.

Perspektivenbezogene Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen (GDSU 2013, S. 39ff)

Naturphänomene auf Regelhaftigkeiten zurückzuführen

„Schüler und Schülerinnen können einfache Ursache-Wirkungszusammenhänge erkennen (z.B. die Verdrängung von Wasser und Luft) und angemessen sprachlich darstellen.“ (ebd. 2013, S. 41)

Perspektivenbezogene Themenbereiche (GDSU 2013, S. 42ff)

Nicht lebende Natur – physikalische Vorgänge

„Schülerinnen und Schüler können Veränderungen von Körpern in einfachen physikalischen Vorgängen/Prozessen ((…)Schwimmen und Sinken, (…)) untersuchen, beobachten und beschreiben.“ (ebd. 2013, S. 44)

Nicht lebende Natur – Eigenschaften von Stoffen/Körpern

„Schülerinnen und Schüler können physikalische Eigenschaften von Körpern exemplarisch erfassen (messen) und beschreiben (z.B. ((…), Gewicht, (…) Volumen, (…))“ (ebd. 2013, S. 43)

Die Lernumgebung bietet visuelle und auditive Lerninhalte, sowie Sachtexte. Je nach Interessensschwerpunkt oder Leistungsniveau bietet die Lernumgebung weitere Inhalte zur Vertiefung des Wissens. Am Ende der Lernumgebung können die Schülerinnen und Schüler ihr neuerworbenes Wissen testen.