Schubkarrenrennen

• Lesen Sie sich das Online-Material für Schülerinnen und Schüler durch. Zeigen Sie diese Materialien im Unterricht mit einem Beamer.
• Es ist wichtig, dass Sie die relevanten Konzepte (d. h. anschieben und ziehen bzw. Schub- und Zugkräfte, Reibung, Abstände messen) im Unterricht bereits besprochen haben.
• Bereiten Sie eine Rennstrecke vor, indem Sie eine mindestens einen Meter lange, glatte Fläche freiräumen, auf der die Teams ihre Autos testen können. Markieren Sie die Startlinie mit Kreppklebeband.
• 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.

• Bevor Sie das Video zeigen, stellen Sie diese Fragen:
  • Wie könnt ihr ein Auto fahren lassen, ohne einen Motor zu verwenden?
  • Habt ihr schon mal von einem Schubkarrenrennen gehört?
• Sehen Sie sich das Schülervideo hier an oder öffnen Sie es über das Online-Material für Schülerinnen und Schüler.

• Regen Sie eine Diskussion über die Kräfte an, die bei dem Pushcart-Derby im Video zu sehen waren.
• Falls nötig, können Sie mit den folgenden Fragen etwas Hilfestellung geben:
  • Wodurch haben sich die Autos schnell oder langsam bewegt? (Stärke des Anschiebens, Neigung des Hügels, Reibung)
  • Was würde passieren, wenn die Leute ihr Auto loslassen würden? (Es würde weiterrollen.)
  • Womit wird ein Auto ausgebremst? (Bremse, Reibung)
• Erzählen Sie der Klasse, dass sie ein Pushcart und eine Startvorrichtung mit Feder bauen werden.
• Geben Sie jedem Team ein Set.

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweierteams das Pushcart-Modell bauen. Sagen Sie ihnen, dass sie sich abwechseln sollen: Einer fängt an, die Steine herauszusuchen, während der andere baut. Nach jedem Schritt wird gewechselt.
• Zusätzliche Unterstützung finden Sie im Abschnitt Tipps unten.
• Wenn die Teams ihre Modelle fertig gebaut haben, lassen Sie sie die Startvorrichtungen an der Startlinie aufstellen.
• Lassen Sie sie nach jeder Fahrt die zurückgelegte Distanz messen. Sie können dazu ein Lineal verwenden oder andere Gegenstände, die sich zum Messen eignen (z. B. LEGO^® Steine/Boxen).
• Geben Sie den Teams für die Testphase folgende Anweisungen:
  • Drückt oder zieht die Feder nach vorn und haltet sie fest. Weisen Sie darauf hin, dass dadurch die Feder zusammengedrückt und ihre Form verändert wird.
  • Stellt das Auto neben die Minifigur.
  • Tipp: Das Auto fährt am weitesten, wenn ihr es zurückrollt, bis es den gelben Stein berührt, bevor ihr die Feder loslasst. Führen Sie vor, wie es gemacht wird.
  • Lasst die Feder los und beobachtet das Auto.
  • Probiert eine Fahrt mit der gelben Bremse und entfernt sie dann, um herauszufinden, wie weit das Auto ohne Bremse fährt.
  • Führt jeweils drei Durchläufe mit und ohne Bremse durch. Messt bei jedem Versuch die zurückgelegte Distanz. Stellt eine weitere Minifigur mit einer karierten Flagge an der Stelle auf, an der das Auto nach jedem Versuch zum Stehen kommt. Wenn es weiter fährt als im vorherigen Versuch, stellt die Minifigur an den neuen Haltepunkt. Andernfalls lasst sie stehen.
• Die Ergebnisse ihrer Versuche können sie auf ihren Arbeitsblättern (Unterstützung für Lehrkräfte - Zusätzliche Ressourcen) aufzeichnen.

• Versammeln Sie alle, damit jedes Team sein Modell vorstellen kann.

• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:

  • Wie hat sich die Bremse auf die Bewegung des Autos ausgewirkt?
    Erklären Sie, dass die Bremse gegen das Rad drückt und es ausbremst.
    Außerdem drückt der Boden gegen das Rad. Diese Kraft wird Reibung genannt.
  • Warum ist das Auto eurer Meinung nach bei manchen Versuchen weiter gefahren als bei anderen?
  • Was ist euch in Bezug auf das Anschieben als Kraft aufgefallen?

• Weisen Sie die Schülerinnen und Schüler auf die Pfeile an der Startvorrichtung hin.

  • Warum gibt es die beiden Pfeile auf der Startvorrichtung?
  • Worauf weisen sie hin? (ziehen/schieben)

• Um das Prinzip der Reibung ausführlicher zu erklären, lassen Sie die Schülerinnen und Schüler mit den Händen winken. Erklären Sie, dass diese Bewegung ganz einfach ist, weil die Reibung sehr gering ist. Lassen Sie sie dann ihre Hände über den Tisch ziehen. Erklären Sie, dass diese Bewegung umso schwieriger ist, je stärker sie ihre Hände auf den Tisch drücken. Das liegt an der höheren Reibung. Die Bremse eines Autos funktioniert ebenfalls auf diese Weise.

• Lassen Sie die Teams ihre Startvorrichtungen aufstellen und ein Rennen veranstalten. Wessen Auto fährt am weitesten? Warum?
• Geben Sie den Teams ausreichend Zeit, um die Modelle auseinanderzubauen, die Steine zurück in die Schale zu sortieren und ihre Arbeitsplätze aufzuräumen.

• Ermutigen Sie die Teams durch Fragen dazu, „laut zu denken“ und so ihre Gedanken auszudrücken und die Entscheidungen zu begründen, die sie zum Lösen der Aufgabenstellung beim Bauen getroffen haben.

Checkliste für Beobachtungen

• Beurteilen Sie, wie gut die Schülerinnen und Schüler beschreiben können, wie eine größere Zug- oder Schubkraft Dinge schneller beschleunigt oder ausbremst.
• Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala, wie 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: Ich denke, ich kann beschreiben, was „Anschieben“ und „Ziehen“ bedeutet.
  • Blau: Ich weiß, dass ich beschreiben kann, was „Anschieben“ und „Ziehen“ bedeutet.
  • Lila: Ich kann beschreiben, was „Anschieben“ und „Ziehen“ bedeutet, und anderen dabei helfen, es auch zu verstehen.

Feedback von Mitschülern

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in ihren Teams über ihre Zusammenarbeit sprechen.
• Ermutigen Sie sie dazu, ihre Rückmeldungen wie folgt zu formulieren:
  • Ich fand es gut, wie/dass du …
  • Ich würde gern mehr darüber wissen, wie du …

Tipps zum Modell

• Dieses Modell zu bauen, ist eine Herausforderung. Wenn Sie bemerken, dass Teams einen Fehler machen, weisen Sie sie darauf hin, damit sich der Fehler nicht fortsetzt. Die meisten Teams sollten mindestens die Startvorrichtung innerhalb von 20 Minuten bauen können. Nach 20 Minuten sollten Sie die Bauphase abbrechen, damit genügend Zeit zum Experimentieren ist. Wenn sie das Auto bis dahin noch nicht fertig haben, können sie anstelle des Autos auch einen Stift oder zusammengeknülltes Papier anschieben.
• Bauen Sie das Modell vor dem Unterricht selbst. Zeigen Sie es der Klasse als Referenz, um zu verdeutlichen, wie die Modelle funktionieren sollen.
• Beim Start:
  • Ein Teammitglied soll die Startvorrichtung am gelben Pfeil nach vorn ziehen und festhalten.
  • Das andere Teammitglied platziert dann das Auto neben der Minifigur. Für eine optimale Energieübertragung müssen sie darauf achten, dass das Auto den Stein berührt, mit dem es angeschoben wird.
  • Sobald die Feder losgelassen wird, startet das Auto.

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams das Anschieben nur mit dem Fahrgestell ohne die gelbe Box üben lassen

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

• Die Teams die Startvorrichtung erneut bauen und dabei die Anordnung der Feder verändern lassen, um herauszufinden, ob sich die Startvorrichtung so verbessern lässt (Benötigt die Startvorrichtung überhaupt eine Feder?)
• Die Teams dazu auffordern, neue Autos zu entwickeln, die noch weiter rollen

(Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.)
Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie die Schülerinnen und Schüler die zurückgelegten Distanzen in verschiedenen Maßeinheiten aufzeichnen und miteinander vergleichen lassen. Sie können beispielsweise messen, wie weit ihr Auto in LEGO^® Steinen, LEGO^® Noppen, Schuhen oder einer anderen kreativen Maßeinheit rollt.