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Zusammenfassung der technischen Perspektive im Sachunterricht
Wintersemester 18/19
Prof. Dr. Heike Blümler...

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Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts Fach: Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts 1.Bezug zur Lebenswelt der Kinder -

Kinder sollen in der Gegenwart und in Zukunft die eigene Lebenswelt verstehen, meistern und gestalten können

-

Der Sachunterricht verbindet das Wissen aus unterschiedlichen Bezugsdisziplinen mit der Kind Orientierung

-

Die überfachlichen Ziele sind: →Problemlösestrategien entwickeln →eigenaktiv Wissen aufbauen → Konflikten konstruktiv begegnen und planvoll handeln →soziale Kompetenzen einüben, Entfaltung der Persönlichkeit und Identität

-

Technische Perspektive im Sachunterricht

2.Was ist Technik? Technik wird von Menschen gemacht, erfüllt ein Bedürfnis und beinhaltet die technischen Artefakte sowie die Produktion und Anwendung derselben, denn die Technik ist allgegenwärtig: Die Dinge unserer Umgebung haben eine „gemeinsame Herkunft“ (Schreier 2006, S. 44). Sie sind alle ein Zeugnis menschlichen Handelns, das durch Kreativität und Schöpferkraft bestimmt ist. →Fragen: Wer hat sie erfunden? und wie werden sie hergestellt? Wie funktionieren Sie? Welches Bedürfnis erfüllen sie? →Definition von Technik: Duden

Rohpol

Technik ist die Gesamtheit der Maßnahmen,

Drei

Einrichtungen und Verfahren, die dazu dienen,

also diesen Technikbegriff vor allem

naturwissenschaftliche Erkenntnisse praktisch

aus: (a) die Artefakte selbst, (b) deren

nutzbar zu machen.“

Herstellung durch den Menschen und

Bestimmungsstücke

zeichnen

(c) deren Verwendung im Rahmen zweckorientierten Handelns 3.Dimensionen und Erkenntnisperspektive der Technik →Technik wird von den Menschen gemacht, um ihr Leben zu gestalten. Technik zeichnet sich durch ihre Vielseitigkeit aus.

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts 4.die Bedeutung der Technik Die Technik dient der Bedürfnisbefriedigung des Menschen und schafft den Spielraum zur Verwirklichung von gedanklichen Entwürfen und Ideen sichert die Existenz, erleichtert die Bewältigung des Alltags. Die Technik verändert das Zusammenleben der Menschen aber wirkt sich auf die individuellen Lebensperspektiven aus, führt zu Gefahren und belastet die Umwelt. 5.Der Technikbegriff: Technik ist ein mehrheitlich menschliches Phänomen. Das Ergebnis geistig-theoretischer und praktisch-realisierter Leistung. Ein Bereich eigenständiger Theorie und Praxis. Dabei gibt es folgende Merkmale der Technik: Künstlich hergestellte Gegenstände, die so nicht in der Natur vorkommen, Bedürfnis und Abstraktion: „Am Beginn von Technik steht immer ein Bedürfnis, das eine gedankliche Auseinandersetzung auslöst.“ (Binder 2016, S. 2) Die Umwelt wird als etwas Gegebenes, aber gleichzeitig Veränderbares wahrgenommen. Die Verbindung von Handlung und Gegenstand Jedes Ding bzw. das Bild hat eine (Technik)-Geschichte. Das Bild stammt aus der Zeit des American Gotic und trägt den Titel Das „Balloon Frame House“. Die Bambusvorhänge sind aus China Importiert, die

Schiebefenster

sind

aus

europäischer

Hand

(europäische Erfindung) und das Fensterglas ist eine deutsche Technologie. Die Brillengläser des Mannes wurden im 13. Jahrhundert erfunden. Das Knopfloch ist eine Erfindung des 13 Jahrhunderts, denn Knöpfe gibt es seit prähistorischer Zeit, sie wurden nur mit Schlingen verschlossen. Die Kamee Brosche eine viktorianische Kopie geht auf das 6. Jahrhundert vor Christus zurück. Die Kleidung dagegen wurde mit der Eisenbahn geliefert. Der Stoff auch kurz Demin wurde nach der französische Stadt Nimes benannt in die USA durch Levi-Strauss eingeführt. Der Messingknopf ähnelt den Stahlknöpfen, die in der Fabrik von James Watt hergestellt wurden, die Borte der Schürze wurde dagegen maschinell hergestellt. 6. Alle Dinge erfüllen menschliche Zwecke und Bedürfnisse -

Verbesserung und Erweiterung der Lebensbedingungen und –perspektiven

-

Überwindung der von der Natur auferlegten körperlichen und geistigen Begrenzungen durch technische Entwicklungen

-

Aber: Die „ursprüngliche Eingepasstheit“ (Roth 1974, S. 23) des Menschen in die Natur wird immer weiter aufgehoben, Sinne und Instinkte gehen verloren oder werden weniger wirksam.

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts 7.Die Kraft der Technik Unabhängig von den Vor- und Nachteilen technischer Errungenschaften, gibt es diesen inneren Motor des Menschen, diese schöpferische „Urkraft“, die technische Entwicklungen immer wieder anstößt und weiter antreibt. Technik ist mehr als nur Mittel zur Komplettierung und Verbesserung des Mängelexemplars „Mensch“, sondern basiert originär auf einer ausgeprägten schöpferischen Veranlagung des Menschen. Sie ist eine zentrale menschliche Ausdrucksform, die den geistigen Fähigkeiten ein praktisches Anwendungsfeld bietet → Technisches Handeln ist im Menschen angelegt, es gehört zu den Grundbedürfnissen und ist Ausdruck seiner Kreativität. (Roth 1974)

8. Die „schöpferische Urkraft“ des Menschen → Beobachtet man die enorme Neugierde und den interessegeleiteten Wunsch junger Kinder, Phänomenen und Prozesse der Natur und Technik aus ihrer Lebenswelt auf den Grund zu gehen, handelnd einzugreifen und zu gestalten, wird diese schöpferische Veranlagung des Menschen unmittelbar erfahrbar. 9.Was gehört zur Technik Werden Produkte von Menschen gemacht und für bestimmte Zwecke verwendet, spricht man von Technik. Zur Technik gehören folgende Dinge: -

Technische Produkte, die einen Zweck erfüllen sollen

-

Menschliche Handlungen mit Werkzeugen, Maschinen und Anlagen, mit denen diese Produkte hergestellt werden

-

Die Nutzung der technischen Produkte bei der Arbeit, zur Lebenserhaltung und in der Freizeit.

-

Die Wartung technischer Systeme und die organisierte Entsorgung

10.Kinder und Technik Die Kinder haben unmittelbares Interesse an Technik, denn Sie hinterfragen vieles und wollen etwas erschaffen. Unbekannt sind für die Kinder: Funktionszusammenhänge, der produktive, schaffende Charakter der Technik, die Abhängigkeit von Mittel und Zweck, die Technikgeschichte und die Technikfolgenabschätzung 11.Aufgaben des Sachunterricht mit technischer Perspektive Wirkt kompensatorisch auf die hochkomplexe technisierte Welt Bietet einen Spielraum, in dem sich die Kinder aktiv mit exemplarischen technischen Themen auseinandersetzen können

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts Knüpft an die Erfahrungswelt der Kinder an und berücksichtigt deren Vorwissen Führt in die Handlungs-, Denk- und Arbeitsweisen der Technik ein und zeigt die gesellschaftliche Dimension von Technik auf Befähigt

zur

technisch-praktischen

Handlungsfähigkeit

und

damit

zu

Kompetenzerlebnissen

12.Ziele einer elementaren technisches Bildung -

technisch-praktische Handlungsfähigkeit ausbilden; lebenspraktisches technisches Können und Wissen erweitern

-

in

eigenen

Versuchen

des

Herstellens

und

Konstruierens

den

produktivschöpferischen Charakter der Technik erfahren -

Mittel-Zweck-Bindung wahrnehmen

-

einfache technische Funktions- und Handlungszusammenhänge verstehen

-

Bedingungszusammenhänge

von

Technik,

Arbeit

und

Wirtschaft,

Naturwissenschaften und Gesellschaft erkennen und reflektieren sich

mit

Folgewirkungen

von

Technik

(z.B.

Arbeitsplatzverlust

durch

Automatisierung, Umweltbelastung) reflektierend auseinandersetzen -

Hemmnisse, Ängste und Inkompetenz Gefühle im Umgang mit Technik abbauen geschlechtsspezifische Einstellungen zur Technik thematisieren

-

Eine rationale und kritische Haltung zur Technik aufbauen

➔ Begründung der technischen Bildung: Technik darf nicht allein von Ingenieuren und Politikern verantwortet werden. Um Technik zu verstehen und eine humane und zukunftsfähige Technik mitdenken, mit verantworten und mitgestalten zu können, sind grundlegende Kenntnisse

über

Technik

mit

ihren

Wirkungs-

und

Bedingungszusammenhängen erforderlich 13.Kinder und Technik Kinder

Wer versteht mehr von Technik? Mädchen

nutzen Technik

und sind

von ihren

oder Junge? Beide gleich viel?

Folgewirkungen betroffen verfügen

über

ein

Bedienungs-

und

Umgangswissen Mädchen

und

Jungen

haben

eine

unterschiedliche Einstellung zur Technik ➔ Untersuchungen zeigen, dass sich das Verhältnis zur Technik nur durch positive Kompetenzerlebnisse verändern lässt (Mammes 2001).

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts 14.Bedingungsfaktoren Technik ist stets ein Kompromiss zwischen dem vom Menschen Gewünschten, dem technisch Machbaren, dem Bezahlbaren und dem von der Natur Verkraftbaren. →Es bestehen starke Wechselwirkungen zwischen Natur, Gesellschaft und Technik. 15. Die Rolle der Natur und Naturwissenschaft Bei der Entwicklung neuer technischer Lösungen dient die Natur als Vorbildfunktion. Doch die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung ist aber nicht immer, die Basis der Technik.

Ein

Beispiel

dafür

wäre

die

Entwicklung des Flugzeugs anhand von Ikarus. Denn die Sage von Ikarus und Dädalus besagt das ein Traum vom Fliegen nicht immer einfach gewesen

war.

Hier

nochmal

die

kurze

Zusammenfassung von Ikarus und seinem Vater: Dädalus war ein Nachfahre des Gottes Hephaistos und ein begnadeter Techniker. Doch er war auch sehr eifersüchtig: Als einer seiner Schüler die Säge erfand, stürzte er diesen besagten Schüler des Daches. Aber, um sich nicht vor dem Gericht in seiner Heimatstadt Athen verantworten zu müssen, floh er mit Ikarus. Dort baute er für König Minos (Kreta) das sagenhafte Labyrinth ohne Ausgang doch er erfand auch eine mechanische Kuh für die Frau des Königs, denn diese hatte sich in einen Stier verliebt. Aus dieser Liebe zwischen Frau und Stier ging der Minotaurus hervor, der halb Tier, halb Mensch war. Als der König dieses erfuhr sperrte er das Ungeheuer ein. Dädalus und Ikarus durften daraufhin die Insel nicht mehr verlassen. Da die beiden aber fliehen wollten suchten sie sich einen Plan: Weil Minos alle Schiffe kontrollierte musste es auf den Luftweg gehen und die beiden wollten sich Flügel bauen und durch die Luft fliehen Als der Tag der Flucht gekommen war, stieg Dädalus mit seinem Sohn auf einen hohen Felsen nahe dem Meer und schärfte Ikarus noch einmal ein, ja nicht zu hoch (die Sonne könnte das Wachs schmelzen, mit dem die Federn an den Flügeln befestigt waren) oder zu tief

(die

Gischt

des

Meeres

könnte

seine

Flügel

durchnässen)

zu

fliegen.

Dann flogen die beiden los und waren bald schon über dem offenen Meer. Der junge Ikarus genoß das Fliegen und stieg übermütig immer höher in den Himmel hinauf. Doch dann geschah es: Er kam der glühenden Sonne zu nahe und was sein Vater prophezeit hatte, trat ein. Ikarus verlor seine Federn, stürzte tief hinab ins Meer und ertrank. Die Insel, auf der man später seinen angespülten Leichnam fand, heißt heute noch ihm zu Ehren "Ikaria". Aber was spielte die Sage für eine wichtige Rolle in der Entwicklung des Flugzeuges? ➔ Ausgangspunkt war der Wunsch zu fliegen und das Vorbild aus der Natur

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts ➔ Otto Lilienthal (1848-1896) befasste sich theoretisch und versuchspraktisch 18 Jahre mit den naturwissenschaftlichen Grundlagen des Fliegens (Mechanik; Werkstoffauswahl; Aerodynamik*). 350 Meter reichte sein längster Gleitflug. 1896 starb Lilienthal an den Folgen eines Absturzes aus 20 Metern Höhe. ➔ Orville und Wilbur Wright entwickelten die Arbeiten von Lilienthal weiter. 1903 startete ihr erster Motorflug (12 Sekunden, 225 Meter weit). → Lehre von der Bewegung gasförmiger Stoffe, besonders der Luft 16.Die Rolle der Persönlichkeit Denis Papin wurde im Jahr 1647 in Frankreich geboren und vermutlich 1712 in England gestorben. Papin wird Doktor der Medizin und befasst sich überwiegend mit physikalischen Problemen. Dann Arbeitet Papin in Paris, London und Venedig und wird von der Uni Marburg als Professor in den Lehrstuhl für Mathematik berufen. Im Jahr 1696 erhält er eine Anstellung beim Landgrafen Karl von Hessen und arbeitet an der Technik für die Wasserkünste im Park Wilhelmshöhe. Seine Entwicklungen waren: Dampfdruckkochtopf, Unterwasserfahrzeug, Schaufelradboot mit Dampfzylinder. Der Dampfkessel von Denis Papin DENIS PAPIN erfand den Dampfkessel (Druckkochtopf - heute Schnellkochtopf), das Sicherheitsventil und die atmosphärische Dampfmaschine. (erste Wärmekraftmaschine, Kolbendampfmaschine) - Der Siedepunkt einer Flüssigkeit ist diejenige Temperatur, bei der der Sättigungsdruck des Dampfes gleich dem äußeren Gasdruck an der Flüssigkeitsoberfläche ist - Der Siedepunkt einer Flüssigkeit steigt mit zunehmendem Druck und fällt mit abnehmendem Druck. Papins atmosphärische Dampfmaschine bestand aus einem Zylinder, einem Kolben und einem Seil mit 2 Rollen.

Die

Dampferzeugung

erfolgte

durch

Wärmezufuhr. Durch Kondensation des Dampfes im Zylinder und des auf den Kolben wirkenden Luftdrucks gelang das Anheben eines schweren Eisenstückes. Erstmalig war die Umwandlung von Wärmeenergie in Hubarbeit gelungen. Zum Anheben großer Lasten stieß Papin an Grenzen: Keine Werkstatt in Hessen konnte einen großen Eisenzylinder ausbohren und einen plangeschliffenen Kolben dazu anfertigen. KARL VON HESSEN, bei dem Papin beschäftigt war, weigerte sich eine Mechaniker Ausbildungsstätte einzurichten. Papin wanderte nach England aus. 1708 erreichte er mittellos England, wo bereits andere

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts Techniker ähnliche Erfindungen gemacht hatten. Verarmt und vergessen starb DENIS PAPIN zwischen 1712 und 1714. Die Dampfmaschine ist Eine Verbesserung gegenüber Papins Maschine erreichte Newcomen 1712, indem er die Kondensation des Dampfes durch Einspritzen von kaltem Wasser in den Zylinder initiierte; dadurch wurde die Kondensation und damit das Kolbenspiel beschleunigt. Des Weiteren fand die Dampferzeugung in einem separaten

Dampfkessel

statt.

Newcomens

Dampfmaschine wurde hauptsächlich zum Entwässern von

Bergwerken

verwendet.

Allerdings

lag

der

Wirkungsgrad dieser Maschine bei 0,5%, d.h. die Dampfmaschine verbrauchte fast ebenso viel Kohle, wie aus

der

Grube

gefördert

wurde

und

war

damit

unwirtschaftlich. Die Dampfmaschine wurde jedoch immer weiterentwickelt und die Dampferzeugung fand im separaten Kessel statt. Dampfzuleitungen, Balancier anstatt Seil- und -Rollen-System /Balance = lat. für Gleichgewicht. Hier nochmal ein kurzes Bild zur Weiterentwicklung der Dampfmaschine im Überblick: die erste Dampfmaschine im Jahr 1690 von Papin, Newcomen 1712 und die Dampfmaschine von Watt im Jahre 1769. Denn erst durch die Erfindung von James Watt wurde der Wirkungsgrad der Dampfmaschine verbessert (3 %). Er erfand: 1765 den separaten Kondensator (dadurch keine Abkühlung im Zylinder = geringerer Energieverbrauch), 1782 die doppeltwirkende Dampfmaschine mit Planetengetriebe (der Dampf wird abwechselnd auf beide Seiten des Kolbens geleitet, sodass in beide Richtungen Druck ausgeübt wird) und 1788 den Fliehkraftregler. Doppeltwirkende Dampfmaschine mit Planetengetriebe. Bei der doppelt wirkenden Dampfmaschine wird die Leistung gesteigert, indem beide Kolbenbewegungen, das Heben und das Senken, genutzt werden. Der Dampf wird abwechselnd von oben und unten in den Zylinder geleitet. Wenn der Dampf oberhalb des Kolbens einströmt, bewegt der Dampfdruck den Kolben nach unten. Anschließend wird die Dampfzufuhr oben gesperrt und dafür unten geöffnet. Der Dampfdruck wirkt nun in die Gegenrichtung. Gleichzeitig wird die gegenüberliegende Seite mit dem Kondensator verbunden, sodass der Dampf entweichen kann.

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts Das Planetengetriebe Anfangs wurde die Dampfmaschine hauptsächlich als Pumpmaschine in Bergwerken eingesetzt. Für den Antrieb anderer Maschinen war eine Dampfmaschine nötig, die eine möglichst gleichmäßige Drehbewegung lieferte. Zur Übertragung der auf- und abgehenden Kolbenbewegung in eine Drehbewegung des Schwungrad entwickelte Watt 1781 das Planetengetriebe. Der Fliehkraftregler Die Erfindung des Fliehkraftreglers 1788 war der Beginn der modernen Regelungstechnik. Er

bewirkte,

dass

durch

Öffnen

und

Schließen

einer

Drosselklappe

die

Arbeitsgeschwindigkeit der Dampfmaschine konstant blieb: Bewegt sich der Fliehkraftregler nicht, ist die Drosselklappe vollständig geöffnet. Bewegt sich der Kolben, beginnt auch der Fliehkraftregler sich zu drehen. Die meist gusseisernen Kugeln werden durch die Fliehkraft nach oben und außen gezogen und schließen so, über einen Hebel- und Gelenkmechanismus, die Drosselklappe. Die Dampfzufuhr wird verringert (negative Rückkopplung). Die Dampfmaschine in der Verkehrstechnik 1801 wurde das erste praktisch einsetzbare Dampfschiff von dem britischen Ingenieur William Symington gebaut. Die „Charlotte Dundas“ wurde von einer doppeltwirkenden Dampfmaschine angetrieben und erreichte eine Leistung von 10 PS. Das Dampfschiff wurde nach einiger Zeit stillgelegt, denn man befürchtete, der durch die Schaufelräder verursachte starke Wellenschlag, könnte das Ufer des Kanals beschädigen. Drei Jahre später im Jahr 1804 baute Richard Trevithick die erste Dampflokomotive. Zunächst entwickelte er einen Straßen-Dampfwagen, doch die Straßenverhältnisse waren sehr schlecht, so dass er sein Dampffahrzeug auf die bereits aus dem Bergbau bekannten Schienen verlegte. Die Dampflokomotive erwies sich als funktionsfähig, doch die Schienen zerbrachen unter der schweren Lokomotive. 1852 konstruierte der Franzose Henri Giffard das erste mit einer Dampfmaschine angetriebene Luftschiff. Das Luftschiff bestand aus einem zigarrenförmigen Gasballon, der von einer 3 PS starken Dampfmaschine angetrieben wurde, welche eine dreiblättrige Luftschraube bewegte. Damit legte er eine 28 km lange Strecke mit einer Geschwindigkeit von 8 km/h zurück. Bei einem zweiten Versuch drei Jahre später explodierte das Luftfahrzeug und der Ballon wurde zerstört. 17. Die Rolle der Technik in der Gesellschaft Förderung und Verhinderung von Technikentwicklungen: Die Wirtschaft basiert auf Wachstum und Konsum. Ob und wie Technik gefördert wird, hängt von ökonomischen

Einführung in die technische Perspektive des Sachunterrichts Faktoren ab. Nur wenn ein deutlicher Nutzen zu erwarten ist, kommt eine Erfindung zur Anwendung. Alexander von Heron erfand im 1. Jahrhundert den metallenen Dampfkreisel, der mithilfe von Wasserdampf eine Hohlkugel zum Kreisen brachte. Als Antriebsmaschine kam dieses Gerät nicht zum Einsatz, weil Skl...