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Der Airbag als „Lebensretter“ Otto-von-Guericke- Universität Magdeburg Prof. Dr. Herbert Henning Peter Dröse.

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Präsentation zum Thema: "Der Airbag als „Lebensretter“ Otto-von-Guericke- Universität Magdeburg Prof. Dr. Herbert Henning Peter Dröse."—  Präsentation transkript:

1 Der Airbag als „Lebensretter“ Otto-von-Guericke- Universität Magdeburg Prof. Dr. Herbert Henning Peter Dröse

2 Der Airbag als „Lebensretter“ 1.Fächerübergreifender und fächer- verbindender Unterricht 2.Modellbildung im Unterricht 3.Warum ist Modellbildung in fächerüber- greifenden Situationen wichtig? 4.Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht (Mathematik, Chemie, Physik)

3 bedeutet die Beschäftigung mit einem Gebiet, indem fachliche Grenzen überschritten und andere Fächer einbezogen werdenbedeutet die Beschäftigung mit einem Gebiet, indem fachliche Grenzen überschritten und andere Fächer einbezogen werden (Beckmann, 2003) Fächerübergreifender Unterricht bedeutet Kooperation in: themen- und leitfachbezogener Arbeit (Stufe 1) themen- und leitfachbezogener Arbeit (Stufe 1) themenbezogener Parallelarbeit (Stufe 2) themenbezogener Parallelarbeit (Stufe 2) 1. Fächerübergreifender und fächerverbindender Unterricht

4 Durch die Berührung der Fächer kristallisieren sich die Gemeinsamkeiten und insbesondere die Fremdheiten heraus (Beckmann, 2003) Fächerverbindender Unterricht bedeutet Kooperation in planungsbezogener Parallelarbeit (Stufe 3) planungsbezogener Parallelarbeit (Stufe 3) planungsbezogener Gemeinschaft (Stufe 4) planungsbezogener Gemeinschaft (Stufe 4)

5 2. Modellbildung im Unterricht reale Situation, reales Problem fachspezifisches Modell fachspezifische Lösung Situations – und Sachverhaltslösung Abstrahieren, Idealisieren Lösungs- strategien Reale Welt „Fach- welt“ Interpretieren

6 2.1 Phasenmodell 1. Phase: Problemsituation Reale Welt „Fach- welt“ 2. Phase: Realmodell 3. Phase: mathematisches Modell 4. Phase: mathematische Berechnung 5. Phase: mathematische Lösungsevaluation 6. Phase: reale Lösungsevaluation

7 2.2 Einordnung in die mathematische Kompetenz Dazu gehört: den Bereich oder die Situation, die modelliert werden soll, in mathematische Begriffe, Strukturen und Relationen zu übersetzenden Bereich oder die Situation, die modelliert werden soll, in mathematische Begriffe, Strukturen und Relationen zu übersetzen in den jeweiligen mathematischen Modellen zu arbeitenin den jeweiligen mathematischen Modellen zu arbeiten Ergebnisse in dem entsprechenden Bereich oder der entsprechenden Situation zu interpretieren und zu prüfenErgebnisse in dem entsprechenden Bereich oder der entsprechenden Situation zu interpretieren und zu prüfen Mathematisches Modellieren

8 3. Warum ist Modellbildung in fächerübergreifenden Situationen wichtig? der Schüler erfährt Analogien bei der Modellbildung unter verschiedenen fächerdifferenzierten Perspektiven wichtige Kompetenzen wie Beobachten, Beschreiben, Erläutern, Vergleichen oder Interpretieren werden gleichzeitig beim fächerübergreifenden Unterricht und in der Modellbildung vereint die Gemeinsamkeiten und Fremdheiten innerhalb der Modelle werden deutlich

9 3. Warum ist Modellbildung in fächerübergreifenden Situationen wichtig? Verbindung von Informationen aus verschiedenen Modellen und deren Interpretation für die reale Welt (vernetztes Denken) der Schüler erfährt die Modellmethode als ein Mittel des fächerübergreifenden Lösens wissenschaftlicher Problemstellungen

10 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Eine große Autofirma möchte ein neues Auto produzieren. Es soll nach dem neuesten Entwicklungsstand auch mit Airbags ausgestattet sein. Der zuständige Entwicklungsingenieur für Sicherheit erhält von den Cockpitdesignern die gewünschten Maße des Fahrerairbags. Dabei müssen durch den Ingenieur drei Aufgabenstellungen bewältigt werden: Problemstellung: 1.Beschreiben des Funktionsprinzips zum Aufblasen des Airbags in Gefahrensituationen 2.Modellierung des Airbags zur Berechnung seines Volumens 3.Berechnung der Masse an Explosionsmittel zum Aufblasen des Airbags

11 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.1 Finden des Funktionsprinzips Wodurch wird der Airbag aufgeblasen? Literatur- oder Internetrecherche Es wird ein Substanzgemisch (u.a. Natriumazid) gezündet und zur Explosion gebracht. Der entstehende Stickstoff füllt den Airbag. Reale Welt

12 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.2 Fachspezifische Beschreibung des Funktionsprinzips Reale Welt Zündung des Substanzgemisches Fachwelt Chemie Abstrahieren Didaktische Reduktion

13 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.3 Erhaltene Informationen und Konsequenzen Die Reaktionsgleichung liefert die Stoff- mengenverhältnisse von Natriumazid und Stickstoff Fachwelt Chemie Aus der Stoffmenge lässt sich die Masse an Natriumazid berechnen Letztendlich berechnet sich die Masse an Natriumazid aus der Stoffmenge an Stickstoff

14 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.3 Erhaltene Informationen und Konsequenzen Fachwelt Chemie Diese Betrachtungen liefern einen Zusammenhang zwischen der Masse an Natriumazid und der Stoffmenge an Stickstoff Interpretation Die Stoffmenge ist praktisch nicht er- mittelbar, aber es ist möglich das benötigte Volumen an Stickstoff zu be- stimmen. Reale Welt Abstraktion Betrachtung des Stickstoffs als ideales Gas (Modell) und Anwendung des idealen Gasgesetzes (Modellgleichung). Fachwelt Physik

15 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.3 Erhaltene Informationen und Konsequenzen Anwendung des idealen Gasgesetzes Fachwelt Physik Daraus ergibt sich für die Stoffmenge an Stickstoff:

16 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.3 Erhaltene Informationen und Konsequenzen Verknüpfung der Information liefert den Zusammenhang zwischen Masse an Natriumazid und Volumen an Stickstoff Fachwelt Chemie, Physik Interpretation Um das Volumen an Stickstoff zu ermitteln, ist es notwendig das Volumen des Airbags zu bestimmen Reale Welt

17 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.4 Modellierung des Airbags – Vorgabe 20 cm 60 cm Abstraktion (schon in der Aufgabenstellung) Reale Welt Fachwelt Mathematik

18 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Modellierung durch sieben gleichgroße Kugeln: 4.4 Modellierung des Airbags – Variante 1 Fachwelt Mathematik

19 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Modellierung durch einen flachen Zylinder: 4.4 Modellierung des Airbags – Variante 2 Fachwelt Mathematik

20 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Modellierung durch einen Torus und eine Kugel: 4.4 Modellierung des Airbags – Variante 3 Fachwelt Mathematik

21 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Volumen des Torus: Die Berechnung des Torusvolumens ist dem Schüler unbekannt 4.4 Modellierung des Airbags – Variante 3 Problem wird auf Bekanntes (Zylindervolumen) zurückgeführt

22 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Modellierung durch einen halben Torus und einen Zylinder: 4.4 Modellierung des Airbags – Variante 4 Fachwelt Mathematik

23 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.5 Vergleich und Interpretation der Volumenergebnisse V = 29,3lV = 56,6l V = 43,7lV = 44,9l 29,3l < V < 56,6l Fachwelt Mathematik

24 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.5 Vergleich und Interpretation der Volumenergebnisse V = 29,3l Reale Welt Volumen wird unterschätzt

25 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.5 Vergleich und Interpretation der Volumenergebnisse V = 56,5l Reale Welt Volumen wird überschätzt

26 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.5 Vergleich und Interpretation der Volumenergebnisse V = 43,7lV = 44,9l Reale Welt Gute Volumen- annäherung

27 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht 4.5 Vergleich und Interpretation der Volumenergebnisse V = 44,9l Reale Welt Beste Volumen- annäherung laut Aufgaben- stellung

28 4. Beispiel zum fächerübergreifenden Unterricht Bekannt: Volumen des Airbags, Zusammenhang zwischen Volumen an Stickstoff und Masse an Natriumazid Interpretation unter Beachtung äußerer Faktoren wie Befülldruck u.ä. Um einen Airbag mit einem Volumen von 44,9l, einem Druck von 2,5bar und einer Temperatur von 25°C mit Stickstoff zu befüllen werden 196,4g Natriumazid benötigt. 4.6 Zusammenführen aller Ergebnisse Fachwelt Mathematik, Chemie, Physik Reale Welt

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Otto-von-Guericke- Universität Magdeburg Prof. Dr. Herbert Henning Peter Dröse


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