Unterrichtsplan | Sozioemotionales Lernen | Einfache harmonische Bewegung: Masse-Feder-System

Ziel

Dauer: 10 - 15 Minuten

Ziel dieses Abschnitts ist es, den Schülerinnen und Schülern das Konzept der einfachen harmonischen Schwingung (SHM) näherzubringen und eine fundierte Grundlage für Berechnungen im Zusammenhang mit einem Massen-Feder-System zu schaffen. Wenn die Lernziele klar sind, können sich die Schülerinnen und Schüler gezielt darauf einstellen – sowohl kognitiv als auch emotional – was zu einem effektiveren Lernprozess beiträgt und gleichzeitig die sozial-emotionalen Kompetenzen stärkt.

Ziel Utama

1. Verstehen, was eine einfache harmonische Schwingung (SHM) ist und welche charakteristischen Eigenschaften sie besitzt.

2. Berechnen der Amplitude, Geschwindigkeit und Beschleunigung an markanten Punkten eines Massen-Feder-Systems.

3. Bestimmen der Periode der einfachen harmonischen Schwingung in einem Massen-Feder-System.

Einleitung

Dauer: 10 - 15 Minuten

Emotionale Aufwärmübung

Tiefes Atmen für mehr Fokus und Konzentration

Die gewählte emotionale Einstiegsübung heißt 'Tiefes Atmen'. Diese Technik unterstützt dabei, Körper und Geist zu beruhigen und zugleich für mehr Präsenz und Konzentration im Unterricht zu sorgen. Durch bewusstes und kontrolliertes Atmen können Ängste abgebaut und optimale Voraussetzungen für das Lernen geschaffen werden.

1. Bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, sich bequem auf ihre Stühle zu setzen, die Füße flach auf dem Boden und die Hände locker auf den Knien.

2. Weisen Sie sie an, die Augen zu schließen oder den Blick sanft auf einen festgelegten Punkt vor sich zu richten.

3. Fordern Sie sie auf, tief durch die Nase einzuatmen und dabei langsam bis vier zu zählen.

4. Lassen Sie den Atem für einen Moment anhalten und zählen Sie dabei bis zwei.

5. Bitten Sie die Lernenden, langsam durch den Mund auszuatmen und dabei bis sechs zu zählen.

6. Wiederholen Sie diesen Ablauf etwa fünf Mal und regen Sie an, sich ganz auf das Gefühl des Ein- und Ausatmens zu konzentrieren.

7. Nach dem letzten Ausatmen sollen die Schülerinnen und Schüler langsam die Augen öffnen und kurz innehalten, um ihre gesteigerte Ruhe und Konzentration wahrzunehmen.

Inhaltskontextualisierung

Die einfache harmonische Schwingung (SHM) ist ein grundlegendes Konzept in der Physik, das in vielen Alltagssituationen Anwendung findet – von Musikinstrumenten wie Klavieren und Gitarren bis hin zu den Federungssystemen in Fahrzeugen. Wenn die Lernenden verstehen, wie diese Zusammenhänge auch ihr tägliches Leben beeinflussen, entwickeln sie nicht nur ein tieferes Verständnis der Physik, sondern auch eine gesteigerte Neugier und Wertschätzung für das Fach. Emotionen wie Begeisterung und Neugierde wirken sich positiv auf den Lernprozess aus, indem sie die Motivation und das Interesse an den Thematiken fördern. Gemeinsam werden wir erkunden, wie Physik und Emotionen miteinander verknüpft sind und wie das Verständnis von SHM uns eröffnen kann, die Welt aus einer neuen, facettenreichen Perspektive zu betrachten.

Entwicklung

Dauer: 60 - 75 Minuten

Theorienleitfaden

Dauer: 25 - 30 Minuten

1. Bestandteile der einfachen harmonischen Schwingung (SHM):

2. Definition von SHM:

3. Erklären Sie, dass es sich bei einer SHM um eine Schwingungsbewegung handelt, bei der die rücktreibende Kraft proportional zur Auslenkung ist und stets in entgegengesetzter Richtung wirkt.

4. Verdeutlichen Sie dies anhand der Formel F = -kx, wobei F die rücktreibende Kraft, k die Federkonstante und x die Auslenkung darstellt.

5. Amplitude (A):

6. Definieren Sie die Amplitude als den maximalen Abstand, den die Masse von ihrer Ruhelage erreicht.

7. Nutzen Sie anschauliche Beispiele, etwa das Schwingen eines Pendels oder das Vibrieren einer Feder.

8. Periode (T) und Frequenz (f):

9. Erläutern Sie, dass die Periode die Zeitdauer für eine vollständige Schwingung bezeichnet.

10. Führen Sie die Formel T = 2π√(m/k) ein, wobei m die Masse und k die Federkonstante repräsentiert.

11. Verdeutlichen Sie den Umkehrschluss: f = 1/T.

12. Geschwindigkeit und Beschleunigung an wichtigen Stationen:

13. Diskutieren Sie, wie sich Geschwindigkeit und Beschleunigung im Verlauf der Schwingung verändern.

14. Nutzen Sie dazu die Formeln v(t) = Aωcos(ωt + φ) und a(t) = -Aω²sin(ωt + φ), wobei ω = √(k/m) die Kreisfrequenz ist.

15. Energie im System der SHM:

16. Erklären Sie, welche Rolle kinetische und elastische potenzielle Energie spielen.

17. Verwenden Sie dazu die Formel für die elastische potenzielle Energie: U = 1/2 kx².

18. Verdeutlichen Sie, wie das Prinzip der Energieerhaltung im System Anwendung findet.

Aktivität mit sozioemotionalem Feedback

Dauer: 35 - 40 Minuten

Erkundung der SHM mittels einer virtuellen Simulation

Die Schülerinnen und Schüler nutzen eine Online-Simulation, um das Verhalten der einfachen harmonischen Schwingung in einem Massen-Feder-System zu untersuchen. Dabei experimentieren sie mit unterschiedlichen Parametern, um zu beobachten, wie Änderungen bei Masse und Federkonstante Amplitude, Periode, Geschwindigkeit sowie Beschleunigung beeinflussen.

1. Öffnen Sie den Link zur virtuellen SHM-Simulation (bitte fügen Sie den entsprechenden Link ein).

2. Teilen Sie die Klasse in Gruppen von 3 bis 4 Personen ein und lassen Sie sie gemeinsam Hypothesen darüber formulieren, wie sich Änderungen bei Masse und Federkonstante auf das System auswirken.

3. Ermöglichen Sie den Schülerinnen und Schülern, in der Simulation die Werte für Masse und Federkonstante zu variieren und ihre Beobachtungen zu notieren.

4. Lassen Sie sie ihre Ergebnisse mit den ursprünglich aufgestellten Hypothesen vergleichen.

5. Fordern Sie die Gruppen auf, zu besprechen, inwiefern die Beobachtungen mit den theoretischen Erkenntnissen übereinstimmen oder abweichen.

6. Abschließend präsentiert jede Gruppe ihre Resultate und teilt dabei auch persönliche Eindrücke, etwa ob sie überrascht, frustriert oder zufrieden waren.

Diskussion und Gruppenfeedback

Nutzen Sie die RULER-Methode, indem Sie die Schülerinnen und Schüler zunächst auffordern, ihre während der Aktivität empfundenen Emotionen zu benennen (Recognize). Fragen Sie, wie sie sich fühlten, als ihre Hypothesen bestätigt oder widerlegt wurden. Diskutieren Sie anschließend gemeinsam die Ursachen dieser Emotionen (Understand), sodass die Lernenden verstehen, was zu Gefühlen wie Frustration, Neugier oder Begeisterung führte. Ermuntern Sie sie, diese Empfindungen konkret zu benennen (Label) und in eigenen Worten auszudrücken (Express). Abschließend leiten Sie dazu an, Strategien zur Regulation dieser Emotionen zu entwickeln (Regulate), etwa durch tiefes Atmen oder positives Umdeuten, insbesondere in herausfordernden Momenten.

Fazit

Dauer: 15 - 20 Minuten

Reflexion und emotionale Regulierung

Nach Abschluss der praktischen Übung bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, ihre Erfahrungen schriftlich zu reflektieren oder in einer Gruppendiskussion zu teilen. Sie sollen dabei beschreiben, wie sie ihre Emotionen während der Aktivität gesteuert haben – besonders in schwierigen oder unerwarteten Momenten. Ermutigen Sie sie, darüber nachzudenken, wie Techniken wie tiefes Atmen oder positives Umdeuten ihnen geholfen haben oder helfen könnten, solche Herausforderungen besser zu bewältigen. Diese Reflexion kann in Form eines persönlichen Tagebuchs oder in einem moderierten Austauschkreis stattfinden.

Ziel: Ziel dieses Abschnitts ist es, die Schülerinnen und Schüler dazu anzuregen, ihre emotionalen Reaktionen während der Lektion zu hinterfragen und effektive Strategien zur Bewältigung herausfordernder Situationen zu entwickeln. Dadurch wird ein besseres Selbstverständnis gefördert und die Fähigkeit zur emotionalen Regulation gestärkt – nicht nur im schulischen Kontext, sondern auch im täglichen Leben.

Blick in die Zukunft

Zum Abschluss der Lektion schlagen Sie vor, dass die Schülerinnen und Schüler persönliche sowie akademische Ziele im Hinblick auf das erlernte Wissen festlegen. Erklären Sie, dass diese Zielsetzungen unter anderem eine Verbesserung der Rechenfähigkeiten im Zusammenhang mit SHM, die Anwendung des Konzepts auf Alltagsprobleme oder das Üben von Techniken zur emotionalen Regulation in anderen Fächern beinhalten können. Ermutigen Sie sie, ihre Ziele aufzuschreiben und in einem Austausch mit einem Partner oder der gesamten Klasse vorzustellen, um eine unterstützende Lernumgebung zu schaffen.

Penetapan Ziel:

1. Das Konzept der SHM vollständig verstehen und in der Lage sein, es einem Mitschüler zu erklären.

2. Die Genauigkeit in der Berechnung von Amplitude, Geschwindigkeit und Beschleunigung im Massen-Feder-System verbessern.

3. Das erworbene Wissen über SHM auf praxisnahe Situationen, z. B. in ingenieurwissenschaftlichen Projekten oder in der Musik, übertragen.

4. Techniken zur emotionalen Regulation sowohl in schulischen als auch in privaten Kontexten anwenden, um das allgemeine Wohlbefinden zu steigern.

5. Die Fähigkeit zur effektiven Gruppenarbeit und zur klaren, respektvollen Kommunikation von Ideen und Emotionen weiterentwickeln. Ziel: Ziel dieses Abschnitts ist es, die Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schüler zu fördern, indem sie ermutigt werden, das Erlernte kontinuierlich praktisch anzuwenden. Durch das Setzen persönlicher und akademischer Ziele steigen ihr Verantwortungsbewusstsein und ihre Motivation, sowohl im schulischen als auch im persönlichen Bereich weiter voranzukommen.