Der Gewichtheber

• Lesen Sie sich das Online-Material für Schülerinnen und Schüler durch. Zeigen Sie diese Materialien im Unterricht mit einem Beamer. Sie können das Gewichtheber-Modell auch vor dem Unterricht vorbereiten, um den Teams zu helfen, die beim Bauen noch Schwierigkeiten haben.
• Es ist wichtig, dass Sie die relevanten Konzepte (d. h. Erdanziehungskraft, Übersetzungsverhältnisse) 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.

• 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 bei den verschiedenen Arten von Gewichtheben im Video zu sehen waren.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Welche Kräfte helfen einem Gewichtheber dabei, die Gewichte anzuheben? (Die Zugkraft der Muskeln bewegt unsere Körper. Mithilfe der Zug- oder Schubkraft können sie Gewichte anheben oder absetzen.)
  • Welche Kraft zieht die Gewichte Richtung Boden? (Erdanziehungskraft)
  • Was ist eine Rolle und was ist ein Flaschenzug? Wie kann ein Gewichtheber damit trainieren? (Eine Rolle ist eine Art Rad, über das ein Seil oder ein Kabel läuft. Ein Flaschenzug ist ein System aus zwei oder mehr Rollen und einem Seil oder Kabel, das um die Rollen gelegt wird. Damit wird beim Anheben von Lasten ein mechanischer Vorteil erzielt.)
• Erzählen Sie der Klasse, dass sie ein Gewichtheber-Modell bauen und dann Experimente durchführen werden, um ausgeglichene und unausgeglichene Kräfte zu erforschen.

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweierteams das Gewichtheber-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.
• Die Schritte 21 bis 29 in der Bauanleitung können eine Herausforderung sein. Bei diesen Schritten müssen sie mehr LEGO^® Technic Elemente verwenden und mithilfe ihrer Beobachtungsgabe einen Weg finden, die Schnur richtig zu verlegen. Bauen Sie vorab ein Modell selbst, mit dessen Hilfe die Teams Fehler beim Bauen selbst finden können.
• Zusätzliche Unterstützung finden Sie im Abschnitt Tipps unten.

Experiment 1:

• Lassen Sie die Teams das Modell testen. Dazu sollen sie die Rollenposition 1 aus der Bauanleitung verwenden, um die Hantel anzuheben.
• Erinnern Sie sie daran, ihre Beobachtungen auf den Arbeitsblättern aufzuzeichnen (Unterstützung für Lehrkräfte - Zusätzliche Ressourcen). (Mit diesem Modell kann kein mechanischer Vorteil erzielt werden, weil es weder den Kraftaufwand noch die Geschwindigkeit beeinflusst. Es verändert nur die Bewegungsrichtung.)
  • Das Modell ist in dieser Konfiguration nicht „stark genug“, um die Hantel mit allen vier Gewichten (Rädern) anzuheben. Es kann die Hantel nur anheben, wenn weniger Gewichte daran befestigt sind.
• Lassen Sie die Teams ein Rad nach dem anderen von der Hantel nehmen und das Experiment jeweils wiederholen. Ihre Beobachtungen sollen sie aufzeichnen.

• Versammeln Sie alle, um das Gelernte gemeinsam zu besprechen.
• Fragen Sie: War die Kraft, die auf den Gewichtheber gewirkt hat, ausgeglichen oder unausgeglichen? (Die Kraft war ausgeglichen, denn das Modell hat sich nicht bewegt, bis es per Hand hoch- und runtergeschoben wurde.)

Experiment 2:

• Zeigen Sie, wie das Modell auf die Rollenposition 2 eingestellt wird.
• Lassen Sie die Teams das Modell in dieser Position testen und ihre Beobachtungen auf den Arbeitsblättern aufzeichnen.

• Versammeln Sie alle, um ihre Experimente durchzugehen und zu besprechen.
• Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:
  • Ist euch bei der Bewegung des Gewichthebers etwas aufgefallen, als ihr die Position der Schnur verändert habt? (Das Gewicht ließ sich leichter bewegen, es bewegte sich von alleine und es bewegte sich nicht so weit nach oben.)
  • Wodurch hebt der Gewichtheber die Gewichte an? (Das Gewicht [d. h. die Erdanziehungskraft] zieht die Gewichtssteine nach unten und die Rollen wandeln diese Abwärtsbewegung in eine Aufwärtsbewegung um.)
  • Warum ist das Ergebnis anders, wenn die Rollenposition 2 verwendet wird? (Bei Position 2 erzielt das Modell einen mechanischen Vorteil von zwei zu eins. Das bedeutet, dass das Modell den erforderlichen Kraftaufwand zum Anheben der Last halbiert. Allerdings kann die Last dadurch auch nur bis zur Hälfte der Höhe angehoben werden. Um dieselbe Höhe wie mit der Rollenposition 1 zu erreichen, muss doppelt so lange an der Schnur gezogen werden.)
• 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 die ausgeglichenen und unausgeglichenen Kräfte beschreiben können, die bei ihren Modellen wirken.
• 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: Ich denke, ich kann ausgeglichene und unausgeglichene Kräfte beschreiben.
  • Blau: Ich weiß, dass ich ausgeglichene und unausgeglichene Kräfte beschreiben kann.
  • Lila: Ich kann ausgeglichene und unausgeglichene Kräfte beschreiben und so erklären, dass andere es auch 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

• Die Rollen können wie folgt eingestellt werden:
  • Position 1

• Position 2

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Die Teams das Modell zunächst ohne die Gewichte ausprobieren lassen: Sie sollen dazu mit einer Hand die gelbe Achse nach unten drücken, während die andere Hand oben auf den Gewichtssteinen liegt.
• Die Teams dann beschreiben lassen, was sie sehen und spüren können, während sie die gelbe Achse nach unten drücken

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

• Die Schülerinnen und Schüler das Gewicht der Hantel und der hinteren Gewichte mithilfe von Steinen oder anderen Rädern aus dem Set erhöhen lassen. Anschließend können sie einander dazu herausfordern, das Modell wieder auszubalancieren.
• Die Teams ihre Modelle mit den Steinen aus dem Set individuell gestalten lassen

(Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.)
Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie den Gewichtheber auf die Rollenposition 1 einstellen und das Gewichtmodul so hoch wie möglich anheben. In dieser Position bleibt das Modell ausbalanciert. Dann sollen die Teams berechnen, wie viele Räder sie wegnehmen müssten, damit der Gewichtheber nach oben und das Gewicht nach unten geht (d. h. eine unausgeglichene Kraft).

Gewichte der Komponenten:

• Gewichtmodul: 121 g
• Gewichtheber: 40 g
• Räder 23 g (pro Rad)

Die Ausrichtung der Rollen und die auf die Rollen wirkende Reibung können die Gewichte beeinflussen. Dadurch wird das Gewicht auf beiden Seiten etwas variieren.