Leiter und Isolatoren

Wir haben die Frage: Kann Strom durch eine Gabel fließen? in einem großen Sitzkreis behandelt, nachdem die Schüler*innen Stromkreise mit Lampenfassungen bauen konnten.

Ein Kind baut im Kreis einen Stromkreis mit zwei Kabeln einer Batterie, einer Glühlampe und einer Lampenfassung. Dann wird die Frage gestellt, ob eine Gabel, ein Löffel oder ein Messer aus Metall in den Stromkreis eingebaut werden kann. In jeder Gruppe fanden sich Kinder, die sofort die im Foto zu sehende Lösung gebaut haben. Auf Nachfrage konnten sie auch ein drittes Kabel verwenden und Gabel oder Löffel an beiden Seiten mit einer Krokodilklemme festklemmen.

Bei uns stand eine Box mit Besteck auf dem Fußboden und im Nu waren viele Stromkreise mit integriertem Besteck entstanden. Manche bauten gleich mehrere Objekte ein.

Dies war unser Einstieg in das Thema Leiter und Isolatoren. Nachdem die Kinder geäußert hatten, dass Strom ja ganz offensichtlich durch die Gabel, den Löffel und das Messer fließen kann, kam Plastikbesteck ins Spiel. Ein Plastiklöffel wurde in den Stromkreis eingebunden und festgestellt, dass die Glühlampe nicht leuchtet, der Plastiklöffel also ein Isolator ist.

Mit diesen Beispielen kann den Kindern erklärt werden, wie sie das Arbeitsblatt zur Aufgabe: Welches Material leitet Strom? Welches isoliert? ausfüllen können.

Gegenstand - Löffel, Material  -  Metall -> Leiter

Gegenstand - Löffel, Material  -  Plastik ->Isolator

Wer nicht schreiben kann, ordnet die zu untersuchenden Gegenstände in Leiter und Isolatoren und verzichtet auf das Ausfüllen des Arbeitsblatts.

Mit den in Schalen geordneten Leitern und Isolatoren kommen die Kinder zurück in den Stuhlkreis. Dort wird das Material gesichtet. Alle Leiter liegen auf einer Unterlage, alle Isolatoren auf einer anderen.

Forschungsfragen:

• Was erkennt ihr?
• Seid ihr mit einer Zuordnung nicht einverstanden? Wollt ihr das nochmal ausprobieren, weil ihr ein anderes Ergebnis erwartet?
• Wie können wir die Dinge ordnen? Wollen wir nach Material ordnen? (Metall, Glas, Pappe, Plastik, ..., Materialbegriffe auf Kärtchen)
• Metalle nach Farbe ordnen? (Begriffe auf Kärtchen?)
• Welche Stoffe leiten Strom?
• Welche Stoffe sind Isolatoren?

Ein riesiger Stromkreis mit vielen Leitern

Wenn die Konzentration in der Gruppe da ist und die Gruppe nicht zu groß, macht es Spaß einen riesigen Stromkreis mit vielen verschiedenen Leitern zu bauen. Das Ergebnis beeindruckt sehr.
Am einfachsten gelingt es, wenn mit einem bestehenden Stromkreis begonnen wird. Ein Kind nimmt sich ein Kabel und einen Leiter, öffnet den Stromkreis und bringt Kabel und Leiter ein. Leuchtet die Lampe wieder?

Dann öffnet das nächste Kind den Stromkreis und bringt einen Leiter und ein Kabel ein. Und so geht es reihum. Wenn alle nacheinander vorgehen, dann erkennen sie sofort, wenn irgendwo ein fehlerhaftes Element eingebaut wurde (z. B. gebrochenes Kabel) oder das Kabel versehentlich an einen Isolator geklemmt wurde, wenn Gegenstände aus verschiedenen Materialien bestehen. Wenn alle gleichzeitig arbeiten und die Lampe dann nicht leuchtet sind solche Dinge ist es sehr schwer zu ermitteln.

Wenn die Gruppe zu groß ist, macht es vielleicht Sinn, in unterschiedlichen Gruppen große Stromkreise mit mehreren Leitern zu bauen.

Kabel

Wenn die Kinder zunächst nur mit Kabeln mit Krokodilklemmen gearbeitet haben, ist ihnen oft nicht klar, dass sich in den Kabeln ein Metalldraht befindet. Deshalb sollen die Schüler*innen die Möglichkeit haben, Kabel aufzuschneiden und zu untersuchen. Wenn es nicht schon früher aufkommt, passt das Thema gut, nachdem zu Leitern und Isolatoren geforscht wurde: Was verbirgt sich in einem Kabel?

Jetzt kann auch der Umgang mit der Abisolierzange eingeführt werden. Da die Kinder beim späteren Bau der Leuchtobjekte Kabel von der Rolle verwenden werden, ist es gut, wenn sie schon vor dem Bau mit dem Abisolieren und Verlegen dieser Kabel experimentieren. Dies können sie beim Untersuchen der Kabel und z.B. beim Bau und Test eines Schalters tun.

Auch die Gefährlichkeit von Strom kann an dieser Stelle gut thematisiert werden, wenn dies noch nicht geschehen ist.

Schalter

Wenn genügend Zeit vorhanden ist und die Schüler*innen "weit" genug sind, können die Kinder eigene Schalter erfinden, ohne dass ihnen Beispiele gezeigt werden (siehe Aufgabe: Einen Schalter bauen).
Wenn die Zeit nicht reicht oder die Schüler*innen "jünger" sind, kann eine kleine Ausstellung (Verschiedene Schalter) an Schaltkreisen ihnen helfen, zu verstehen, wie sie Kabel ohne Krokodilklemmen und Schalter für ihre spätere Erfindung nutzen bzw. bauen können. Wenn mehr Material zur Verfügung steht, als Unterlegscheiben, Büroklammern und Haken, werden möglicherweise auch noch neue Schalter erfunden.

Schalter zeichnen
Besprecht mit den Kindern, in welcher Position (AN oder AUS) sie den Schalter gezeichnet haben. Vielleicht möchten sie auch beide Positionen zeichnen. Je nach Schreibfähigkeit können sie den Schalter auch beschriften. Ggf. können die Bezeichnungen des Materials dafür vorgegeben werden.

Hier ein Beispiel eines Schalters mit Unterlegscheibe an einem Leuchtobjekt. In der Aus-Position liegt die Unterlegscheibe über einer Schraube. Eingeschaltet befindet sie sich über der Lasche des freien Batteriepols.

Es ist auch gut möglich unabhängig vom Leuchtobjekt zuerst einen Stromkreis mit Schalter zu bauen. Dies bietet sich für  Schüler*innen an, die noch viel Unterstützung von Erwachsenen benötigen. So können sie sich an einem Tag voll auf den Stromkreis und Schalter konzentrieren und danach erst entscheiden, was sie bauen und den fertigen Stromkreis dann dafür nutzen. Die Kabel sind in einem solchen Fall nicht exakt auf das Leuchtobjekt abgestimmt, aber das macht oft nichts aus. Wenn sie zu kurz sind, kann die Batterie erhöht eingebaut werden, wenn sie zu lang sind können sie entweder noch einmal gekürzt oder einfach so hingebogen werden, dass sie nicht stören.