Den Ball treffen

• Lesen Sie sich das Online-Material für Schülerinnen und Schüler durch. Zeigen Sie diese Materialien im Unterricht mit einem Beamer. Für diese Aufgabe werden mindestens zwei 45-minütige Unterrichtsstunden benötigt. Teil A findet in der ersten und Teil B in der zweiten Stunde statt.
• Es ist wichtig, dass Sie die drei Newtonschen Gesetze im Unterricht bereits besprochen haben.
• Berücksichtigen Sie dabei die Fähigkeiten und den Lernstand aller Schülerinnen und Schüler. Differenzieren Sie die Aufgabe, damit alle einen Zugang dazu finden. Siehe dazu auch die Vorschläge zur Differenzierung im Abschnitt unten.

Teil A (45 Minuten)

• Sehen Sie sich das Schülervideo hier an oder öffnen Sie es über das Online-Material für Schülerinnen und Schüler.

• Regen Sie eine kurze Diskussion darüber an, welche Kräfte eine Rolle spielen, wenn bei einem Tischspiel zwei Bälle miteinander kollidieren, wie die beteiligten Kraftvektoren die Bewegung der Bälle beeinflussen und wie die Spieler ihr Wissen über Kräfte, Interaktionen und Winkel einsetzen können, um zu gewinnen.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Worin unterscheiden sich die Ballspiele aus dem Video von anderen Spielen, die ihr kennt? (Ein Ball kollidiert mit einem anderen so, dass der zweite Ball in eine Tasche gespielt wird.)
  • Was geschieht, wenn zwei Bälle in unterschiedlichen Winkeln aufeinandertreffen? Warum? (das dritte Newtonsche Gesetz: die Wechselwirkung von Kräften)
  • Was ist euch bei den Zusammenstößen im Video aufgefallen? (Das Anstoßen der Bälle wird „elastischer Stoß“ genannt. Die festen Bälle prallen ohne einen [erheblichen] Verlust kinetischer Energie/Bewegungsenergie voneinander ab.)
• Erzählen Sie der Klasse, dass sie einen Mechanismus entwerfen werden, mit dem ein Ball gegen einen anderen geschlagen werden kann, sodass der zweite Ball jeweils in unterschiedlichen Winkeln in eine Tasche gespielt wird.

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweierteams dieses Spiel bauen.

• Erklären Sie die Aufgabe:
  • Sie sollen für das Spiel einen Mechanismus entwerfen, der einen Ball in eine der beiden Taschen spielen kann.
  • Erklären Sie, wie die Punkte gezählt werden:

    • Tasche 1 (2 Punkte)
    • Tasche 2 (4 Punkte)
    • Ein Ball in jeder Tasche, indem Ball „A“ gegen Ball „B“ gespielt wird (6 Punkte)
    • Wenn ein Ball nicht in der Tasche bleibt, gibt es keine Punkte (grüner Rahmen).
    • Sobald die Bälle auf dem Spielfeld liegen, dürfen sie nicht mehr angefasst werden.

  • Der Mechanismus muss an der blauen Platte befestigt werden (sie können nicht einfach eine lange Querachse als Mini-Billard-Queue verwenden) und mindestens zwei bewegliche Teile aufweisen.
• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler diskutieren, welche Probleme sie lösen müssen. Dann sollen sie einige Ideen skizzieren und beschriften, bevor sie mit dem Bauen beginnen.
• Sie können ihre Ideen mit Papier und Bleistift aufzeichnen oder eine 3-D-„Skizze“ aus Steinen bauen.

• Versammeln Sie alle, um ihre Ideen durchzugehen und zu besprechen.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Wie wird euer Modell den Ball anstoßen?
  • Welche Modelle aus dem Bauanleitungsheft haben euch als Inspiration gedient?
  • Worin gleichen sich das Beispiel und eure Skizze? Was ist anders?
  • Was könntet ihr verändern?
• Die zusammengebauten Modelle können in den Boxen aufbewahrt werden, sodass sie in der nächsten Stunde sofort bereit sind. Falls die Sets in der Zwischenzeit von einer anderen Klasse benutzt werden, fotografieren Sie alle Modelle, damit sie am Anfang der nächsten Stunde wieder schnell zusammengesetzt werden können. Wenn sie ihre Modelle in der nächsten Stunde umbauen können, werden sie noch besser!

Teil B (45 Minuten)

• Teilen Sie die Skizzen, Fotos und/oder Modelle aus der vorherigen Stunde aus.
• Lassen Sie die Teams darüber sprechen, was sie heute tun werden, um ihre Modelle zu verbessern und fertigzustellen.
• Sollte ein Team an einer Stelle nicht weiterkommen, ermutigen Sie es dazu, ein anderes Team um Rat zu fragen. Auch im echten Leben nutzen Ingenieure und Designer oft die Ideen anderer für ihre eigene Arbeit! Sie können auch die Bauanleitungen als Anregung verwenden.
• Erinnern Sie Ihre Klasse daran, dass die Teams immer nur die Steine aus ihrem eigenen Set verwenden und keine Steine von anderen Teams borgen dürfen.

• Lassen Sie die Teams einen Prototypen des Mechanismus bauen und testen.
• Zusätzliche Unterstützung finden Sie im Abschnitt Tipps unten.

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Modelle einander vorstellen und erklären.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Wie gut hat euer Modell funktioniert?
  • Wie habt ihr es geschafft, den Ball im richtigen Winkel anzustoßen?

• Fragen Sie die Teams, welches Modell ihrer Klassenkameraden sie am meisten inspiriert hat.
• Geben Sie den Teams ausreichend Zeit, um die Modelle auseinanderzubauen, die Steine zurück in die Schale zu sortieren und ihre Arbeitsplätze aufzuräumen.

• Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
• Unterstützen Sie sie bei der Selbsteinschätzung.
• Zur Vereinfachung können Sie die jeweiligen Vorlagen unten verwenden.

Checkliste für Beobachtungen

• Beurteilen Sie, wie gut die Schülerinnen und Schüler beschreiben können, wie Kräfte, die in einer bestimmten Richtung auf einen Körper wirken, dessen Bewegung verändern können.
• Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala. Zum Beispiel:
  1. Benötigt Hilfe
  2. Arbeitet eigenständig
  3. Kann anderen helfen

Selbsteinschätzung

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht:
  • Grün: Mit etwas Hilfe kann ich beschreiben, wie Kraft und Masse die Bewegung eines Körpers verändern können.
  • Blau: Ich kann beschreiben, wie Kraft und Masse die Bewegung eines Körpers verändern können.
  • Lila: Ich kann beschreiben und erklären, wie Kraft und Masse die Bewegung eines Körpers verändern können.

Feedback von Mitschülern

• Regen Sie die Schülerinnen und Schüler dazu an, einander Rückmeldung zu geben. Dazu können sie Folgendes tun:
  • Mit der oben aufgeführten Steine-Skala die Leistung des anderen beurteilen
  • Einander ihre Ideen vorstellen und konstruktives Feedback geben

Tipps Zum Modell

• Falls ein Team beim Sammeln von Ideen nicht weiterkommt, können Sie folgende Anstöße geben:
  • Fragen Sie, ob sie schon einmal ein Modell gebaut haben, mit dem ein Ball in Bewegung versetzt werden kann.
  • Zeigen Sie ihnen das Bild auf Seite 1 des Bauanleitungshefts als guten Ausgangspunkt.
  • Die Ideen mancher Teams sind unter Umständen zu groß, um sie in der verfügbaren Zeit fertigstellen zu können. Ermutigen Sie sie dazu, Möglichkeiten zu finden, bis zur nächsten Stunde ihre Idee zu überdenken und zu vereinfachen. Regen Sie ihre Kreativität an, indem Sie erklären, dass auch Designer Pausen einlegen, um ihre Pläne zu überdenken und zu überarbeiten.
  • Dieses Foto zeigt ein Lösungsbeispiel von Seite 1 im Bauanleitungsheft. Zeigen Sie es den Schülerinnen und Schülern jedoch nur dann, wenn sie Schwierigkeiten damit haben, eigene Ideen zu entwickeln. Denn die Lösungsbeispiele können ihre Kreativität einschränken.

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams den Mechanismus mit Zahnstange auf Seite 1 im Bauanleitungsheft untersuchen lassen

Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams etwas entwickeln lassen, das automatisch anzeigt, wenn ein Ball in einer Tasche gelandet ist
• Die Teams ihre Modelle mit anderen Elementen aus dem Set umgestalten lassen

(Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.)
Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie die Schülerinnen und Schüler die gedruckten Winkelmesselemente aus ihren Sets benutzen lassen, um auszumessen, in welchen Winkeln die Bälle gespielt werden. Lassen Sie sie alle Winkel aufzeichnen und vermerken, ob sie damit getroffen haben oder nicht. Anschließend können sie diese Daten analysieren, um den besten Winkel zu bestimmen.