Physik · Klasse 7

Ideen für aktives Lernen

Schmelzen und Erstarren

Klasse 7 lernt Schmelzen und Erstarren am besten durch eigenes Handeln, weil der Phasenübergang unsichtbare Vorgänge sichtbar macht. Durch aktives Messen und Modellieren erkennen Schülerinnen und Schüler, dass Temperaturplateaus nicht Fehler sind, sondern physikalische Realität.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe I - Fachwissen
• KMK: Sekundarstufe I - Erkenntnisgewinnung

• 20–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Lernen an Stationen
• 45 Min. · Kleingruppen

Lernen an Stationen: Phasenübergänge

Richten Sie vier Stationen ein: Schmelzen von Eis (Temperatur messen), Erstarren von Wachs (Abkühlkurve zeichnen), Salzeffekt auf Schmelzpunkt (Eis mit Salz mischen), Schmelzwärme berechnen (Eis in warmem Wasser). Gruppen rotieren alle 10 Minuten und protokollieren Daten.

Wie erklärt das Teilchenmodell den Übergang von fest zu flüssig?

Moderationstipp

Stellen Sie beim Stationenlernen sicher, dass jede Station eine klare Aufgabe und Messprotokollvorlage hat.

Worauf zu achten ist

Die Schüler erhalten ein Arbeitsblatt mit einem Diagramm, das den Temperaturverlauf beim Schmelzen von Eis zeigt. Sie sollen zwei Punkte im Diagramm identifizieren: den Schmelzpunkt und einen Punkt während der Schmelzphase. Zusätzlich sollen sie in einem Satz erklären, was mit der zugeführten Energie in der Schmelzphase geschieht.

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Aktivität 02

• Forschungskreis
• 30 Min. · Partnerarbeit

Partnerarbeit: Temperaturkurven

Paare erwärmen Eiswasser mit Brenner, messen kontinuierlich die Temperatur und zeichnen die Kurve. Sie diskutieren Plateaus und vergleichen mit Vorhersagen. Abschließend teilen sie Ergebnisse im Plenum.

Warum bleibt die Temperatur beim Schmelzen von Eis konstant, obwohl Energie zugeführt wird?

Moderationstipp

Partnerarbeit bei Temperaturkurven gelingt am besten, wenn beide Schüler nacheinander ablesen und ihre Werte vergleichen müssen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern folgende Frage: 'Warum bleibt die Temperatur eines Eiswürfels beim Schmelzen konstant, obwohl Sie ihn erwärmen?' Die Schüler notieren ihre Antwort auf einem Zettel und geben ihn ab. Bewerten Sie die Antworten anhand der korrekten Verwendung des Teilchenmodells und des Konzepts der Schmelzwärme.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 03

• Forschungskreis
• 50 Min. · Kleingruppen

Gruppenexperiment: Schmelzwärmebestimmung

Gruppen wiegen Eisstücke, erwärmen Wasser auf 20 °C, geben Eis hinzu und messen Temperatur-/Massenänderungen. Sie berechnen die Schmelzwärme mit Formel und vergleichen Werte.

Analysieren Sie die Bedeutung der Schmelzwärme für technische Prozesse.

Moderationstipp

Beim Schmelzwärmebestimmungsexperiment weise man Schüler darauf hin, dass Waagen und Thermometer gleichzeitig abgelesen werden müssen.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Stellen Sie sich vor, Sie möchten Wasser schnell gefrieren lassen. Welche zwei Faktoren beeinflussen die Geschwindigkeit des Erstarrens, und wie könnten Sie diese beeinflussen?' Ermutigen Sie die Schüler, ihre Antworten mit physikalischen Begriffen wie Erstarrungswärme und Temperaturänderung zu begründen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 04

• Forschungskreis
• 20 Min. · Ganze Klasse

Klassenexperiment: Teilchenmodell

Die ganze Klasse modelliert Teilchen mit Kugeln: Fest (fest packen), Schmelzen (lockern bei 'Energiezufluss'), Flüssig (bewegen). Beobachten Sie Übergänge und diskutieren Energie.

Wie erklärt das Teilchenmodell den Übergang von fest zu flüssig?

Moderationstipp

Im Klassenexperiment zum Teilchenmodell achten Sie darauf, dass alle Gruppen ihre Modelle präsentieren und diskutieren.

Worauf zu achten ist

Die Schüler erhalten ein Arbeitsblatt mit einem Diagramm, das den Temperaturverlauf beim Schmelzen von Eis zeigt. Sie sollen zwei Punkte im Diagramm identifizieren: den Schmelzpunkt und einen Punkt während der Schmelzphase. Zusätzlich sollen sie in einem Satz erklären, was mit der zugeführten Energie in der Schmelzphase geschieht.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit einfachen Alltagsbeispielen wie Eiswürfeln und steigern dann zu technisch relevanten Stoffen wie Paraffin. Sie vermeiden abstrakte Erklärungen vor dem Experiment, weil Schülerinnen und Schüler sonst das Phänomen nicht mit dem Modell verknüpfen. Wichtig ist, dass sie selbst die Plateaus in den Diagrammen entdecken und erklären müssen.

Schülerinnen und Schüler zeichnen verlässlich Temperaturkurven, beschreiben Schmelzpunkte und erklären die Energieumwandlung im Teilchenmodell. Sie nutzen Fachsprache korrekt und begründen ihre Beobachtungen mit Messdaten.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• During Stationenlernen: Phasenübergänge, watch for Schüler, die die Temperaturkurve nach dem Schmelzpunkt nicht als Plateau einzeichnen.

  Fordern Sie die Schüler auf, die Kurve gemeinsam zu diskutieren und die Messwerte in der Schmelzphase zu vergleichen. Die konstanten Werte müssen im Protokoll markiert werden.

• During Gruppenexperiment: Schmelzwärmebestimmung, watch for Schüler, die annehmen, die Teilchen würden beim Schmelzen größer.

  Lassen Sie die Gruppe ihre Kugelmodelle präsentieren und fragen Sie gezielt: Wo sind die Lücken zwischen den Kugeln größer geworden? Das zeigt die veränderte Anordnung, nicht die Größe.

• During Partnerarbeit: Temperaturkurven, watch for Schüler, die behaupten, beim Erstarren entstehe neue Energie.

  Fordern Sie die Partner auf, ihre Abkühlungskurve zu beschreiben und die Energieabgabe mit dem Teilchenmodell zu erklären. Fragen Sie: Wo bleibt die Energie, wenn nicht im System?

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Lernen an Stationen
• Forschungskreis