Kraftwerkskette Gosau - Unterrichtsplanung
- Thema:
- Arithmetisches Mittel, Funktionen, Graph
Vordere Gosausee
Kurzinformationen
In dieser Unterrichtssequenz arbeiten die SchülerInnen selbstständig in Kleingruppen (3-4 Personen) oder in Partnerarbeit an verschiedenen Aufgaben zur Kraftwerkskette Gosau.
Die Aktivitäten beinhalten unterschiedliche Aufgabenstellungen, in denen mathematisches und auch physikalisches Wissen angewendet werden soll.
Vorwissen und Voraussetzungen
Die SchülerInnen wissen ...
- wie die physikalischen Größen "Energie, Arbeit und Leistung" definiert sind, bzw. in welchen Einheiten diese angegeben werden.
- wie der "Wirkungsgrad" physikalisch definiert ist und kennen dessen Bedeutung als relativ nutzbare Energiemenge eines Systems.
- mit unterschiedlichen Größen (und deren Abkürzungen) umzugehen und diese richtig ineinander umzuwandeln.
- wie Mittelwerte ermittelt werden.
- wie Funktionswerte anhand einer Grafik bestimmt werden.
- wie mit vorgegebenen Formeln gearbeitet werden kann (Einsetzen, einheitenkorrektes Rechnen)
Lernergebnisse und Kompetenzen
Die SchülerInnen können ...
- ihr Wissen über die physikalischen Größen "Energie, Arbeit, Leistung und Wirkungsgrad" überprüfen.
- mittels Substitutionsprinzip und sinnerfassendem Lesen eine alternative Formel für die Energie / Arbeitsfähigkeit eines Systems (Stausee) herleiten.
- anhand einer Grafik Funktionswerte im Sachzusammenhang mit der korrekten Einheit ablesen.
- in eine Formel einsetzen und Einheiten richtig umwandeln.
- erhaltene Ergebnisse im Sachzusammenhang interpretieren.
- anhand einer Grafik Differenzen von Funktionswerten ermitteln.
Unterrichtsablauf
Einführung (5 min)
Zuerst wird der Ablauf der Unterrichtssequenz gemeinsam besprochen, die SchülerInnen werden in Gruppen eingeteilt und erhalten den Link zur Aktivität.
Alternativ kann über die Geografie des Gosaustausees oder den Aufbau eines Kraftwerks (inkl. Turbine) gesprochen werden.
Weiters kann über die Art und Weise der Energiegewinnung durch ein Speicherkraftwerk diskutiert werden.
Aktivität 1 (10 - 20 min)
Die SchülerInnen beantworten in der ersten Aufgabenstellung allgemeine Fragen zu den physikalischen Größen, die später verwendet werden. Die Lehrkraft sollte in dieser Phase durch Verständnisfragen aktiv in den Gruppen überprüfen, ob dieses Wissen vorhanden ist.
Aktivität 2 (5 - 10 min)
Im der zweiten Aufgabenstellung soll in den Gruppen eine Faustformel für den Energiegehalt eines Stausees in Abhängigkeit der Nettofallhöhe und des Gesamtvolumens des nutzbaren Wassers gefunden werden.
Dazu müssen die SchülerInnen mittels Substitutionsprinzip Informationen und Formeln aus der Angabe sinnvoll miteinander verbinden. Zudem müssen Größenordnungen richtig umgewandelt werden, um die korrekte Formel zu erhalten.
Die Lehrkraft kann in diesem Arbeitsschritt Hilfestellungen aus der Lösung bereithalten. Beispielsweise können einzelne Schritte in der Herleitung der Formel den SchülerInnen zur Verfügung gestellt werden, wenn diese nicht mehr weiter wissen.
Aktivität 3 (5 - 10 min)
In dem Arbeitsauftrag 3 müssen die SchülerInnen das Energiespeichervermögen (=Energiegehalt) des Vorderen Gosausees bezogen auf den Hallstättersee berechnen. Als Bezugspunkt für die Fallhöhe soll der Speicherschwerpunkt herangezogen werden. Dieser kann aus einer abgebildeten Graphik abgelesen werden.
Die Lehrkraft kann in der Arbeitsphase unterstützend eingreifen und z.B. erklären, wie der Speicherschwerpunkt zu ermitteln ist.
Das Einsetzen in die gegebene Formel und die Umwandlung in korrekte Einheiten stellen die Hauptschwierigkeit in dieser Aufgabe dar.
Aktivität 4 (10 - 15 min)
Die SchülerInnen bearbeiten in Einzel- oder Partnerarbeit die Aufgabenstellung 4.
In dieser Aufgabenstellung soll der technische Nutzungsgrad der Kraftwerksgruppe berechnet werden. Der Bezugspunkt für die Höhe und der Nutzungsgrad sind vorgegeben, bzw. müssen der Graphik entnommen werden.
Es müssen im Wesentlichen zwei Teilaufgaben bearbeitet werden:
- Berechnung der ungenützten Fallhöhe und der Gesamthöhe entlang der Stauseekette Die ungenützte, sowie die Gesamthöhe lassen sich anhand der Höhen-Markierungen in der Grafik leicht ablesen.
- Berechnung des technischen Nutzungsgrades Zur Berechnung des technischen Nutzungsgrades muss der Quotient aus ungenützter Fallhöhe und der Gesamthöhe gebildet werden.
- im Ablesen der Nettofallhöhen aus der vorgegebenen Grafik und das einheitenkorrekte Einsetzen in die vorgegebene Formel. Die Lehrkraft kann in dieser Phase unterstützend eingreifen, wenn z.B. Probleme beim Ermitteln der Nettofallhöhe auftreten.
- im Umformen der gegebenen Formel auf die korrekte Größe. Auch hier kann die Lehrkraft beim ersten Beispiel unterstützend eingreifen und die korrekte Umformung überprüfen, sodass bei den Folgebeispielen richtig mit anderen Zahlenbeispielen geübt werden kann.
Überprüfen des Lernerfolgs
Während der Unterrichtssequenz
- Kontrolle der Definitionen im Heft / Buch oder im Internet
- Kontrolle der Formel mit der Angabe
- Verständnisfragen durch die LehrerIn
- Selbstkontrolle der SchülerInnen durch Vergleichen mit Lösungsblättern
- Diskussion der Ergebnisse/Herleitung in einzelnen Schritten
- Evtl. Kontrolle der schriftlich festgehaltenen Ergebnisse durch die Lehrkraft
Links zu Materialien
SchülerInnenmaterial:
Die einzelnen Aktivitäten sind auch als einzelne Aufgabenstellungen verfügbar, welche in dem Buch Kraftwerksgruppe Gosau (Sammlung) zusammengefügt sind: https://ggbm.at/fahaavzv.
Somit können die einzelnen Aufgaben unabhängig von einander verwendet werden.
Die einzelnen Unterrichtsplanungen zu allen Aktivitäten sind auch in einem Buch zusammengefasst: https://ggbm.at/h4zzszn8
