Lehrstuhl für Didaktik der Physik
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Elektroinstallation im Haushalt

Die Unterrichtsmaterialien zum Download:

Darin enthalten sind:

  • zweistündige Einführung in die Elektroinstallation im Haushalt (vier Arbeitsblätter mit Lösungen),
  • sieben Mappen für die Gruppenarbeiten und die dazugehörigen Lösungen,
  • Anleitungen für die Versuchsaufbauten der Einführung und der Gruppenarbeiten,
  • weitere Informationen und Beobachtungen über die Durchführung der Gruppenarbeiten,
  • Ergebnisse der Fragebogenauswertung

 

Überblick über die Unterrichtseinheit zur Elektroinstallation

Der Aufbau der Unterrichtseinheit

Die Unterrichtssequenz zur Elektroinstallation im Haushalt wurde in einer 10. Klasse eines Gymnasiums in der Umgebung Münchens im Rahmen einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit durchgeführt. Die Einführung erstreckte sich auf zwei Stunden. Für die sich daran anschließenden Gruppenarbeiten waren drei Unterrichtsstunden inklusive der Vorbereitung für die Vorstellung der Ergebnisse der einzelnen Gruppenarbeiten vorgesehen. Für die Vorträge der einzelnen Gruppen über ihre Arbeit, wurden zwei Unterrichtsstunden benötigt, während denen genügend Zeit für die Diskussion der jeweiligen Vorträge war.

Die Einführung

Die Einführung vermittelt das nötige Grundwissen, um die Gruppenarbeiten durchführen zu können. In ihr werden folgende Themengebiete angesprochen: Hausanschluss, Erdung des PEN-Pols und die damit verbundene Problematik, sowie der Schutzleiter. Außer den technischen Bestandteilen der Elektroinstallation wird auch noch der Benutzer „Mensch“ der Elektroinstallation untersucht: Warum ist der Stromfluss durch den menschlichen Körper gefährlich? Welche Stromstärken sind tödlich? Wie groß ist der Widerstand des menschlichen Körpers und welche Stromstärken sind in der Regel ungefährlich.

Die Gruppenarbeiten

Um möglichst ideale Arbeitsbedingungen, d.h. kleine Gruppen, zu haben, wurden sieben verschiedene Gruppenarbeiten ausgearbeitet, die sich zum Teil in ihren Anforderungen unterscheiden:

  • Schutzleitergruppe
  • Sicherungengruppe
  • FI-Schutzschaltergruppe
  • Ausschaltungsgruppe
  • Wechselschaltungsgruppe
  • Kreuzschaltungsgruppe
  • Stromstoß-Schaltungsgruppe

Die Schaltungsgruppen arbeiteten mit echtem Installationsmaterial, und bauten ihre Schaltungen in Demonstrationsbretter ein. Die restlichen Gruppen arbeiteten mit selbstentworfenen und hergestellten Versuchsaufbauten (Idee und Herstellung: Stefan Luff). Mit Hilfe von Arbeitsmappen mussten die Schüler ihre Arbeitsaufgaben erledigen.

a) Die Schutzleitergruppe

Aufgabe der Schutzleitergruppe war es zu untersuchen, welche Funktion der Schutzleiter hat, und ob dieser bei einem Körperschluss das Leben retten kann. (Um dies herauszufinden war eine umfangreiche Berechnung einer aus verschiedenen Widerständen bestehenden Schaltung nötig!) Da dies nicht der Fall war, untersuchten sie noch, warum man diesen dennoch benötigt. Abschließend machten sie sich noch Gedanken darüber wie man sich im täglichen Leben vor tödlichen Stromunfällen schützen kann.

b) Die Sicherungengruppe

Die Sicherungengruppe mußte herausfinden, dass Sicherungen die Leitungen vor Schäden schützen, und studierte den Aufbau einer Schmelzsicherung und eines Sicherungsautomaten. Zudem beschäftigten sie sich damit, ob eine Sicherung ausreichenden Schutz vor einer tödliche Stromwirkung bei einem Körperschluss und bei direktem Berühren des L1-Leiters bieten kann. Auch die Antwort auf die Frage, in welchen der drei Leiter - L1, N, PE - die Sicherung eingebaut wird, mußte gefunden werden.

c) Die FI-Schutzschaltergruppe

Die FI-Schutzschaltergruppe beschäftigte sich mit dem Aufbau und der Wirkungsweise des FI-Schutzschalters. Sie untersuchten den Summenstromwandler, der wie ein Transformator funktioniert, und den Auslöser. Anschließend wurde die Frage geklärt, ob der FI-Schutzschalter vor einer tödlichen Stromwirkung schützen kann, und ob dieser Schutz in jedem Fall ausreichend ist. Abschließend wurde noch der Prüfstromkreis näher untersucht.

d) Die Ausschaltungsgruppe

Die einfachste Schaltung hatte die Ausschaltungsgruppe. Sie mußte zu einer Ausschaltung noch eine Steckdose hinzufügen, und diese zusammen mit der Steckdose in ihrem Arbeitsbrett nach dem zuvor gezeichneten Wirkschaltplan installieren. (Dieser enthält alle Verdrahtungen, Klemmdosen, Schalter, Lampen u.ä.)

e) Die Wechselschaltungsgruppe

Die Wechselschaltungsgruppe entwickelte ausgehend von einem Stromkreis mit einem Schalter eine Wechselschaltung. Nach dem gezeichneten Wirkschaltplan wurde die Wechselschaltung dann von ihnen in das vorgesehene Arbeitsbrett eingebaut.

f) Die Kreuzschaltungsgruppe

Die Kreuzschaltungsgruppe entwickelte ausgehend von einer Wechselschaltung eine Kreuzschaltung, die dann von ihnen in das Arbeitsbrett nach dem zuvor erstellten Wirkschaltplan eingebaut wurde.

g) Die Stromstoß-Schaltungsgruppe

Die Stromstoß-Schaltungsgruppe wurde über das Relais zur Funktion eines Stromstoß-Schalters hingeführt. Daraufhin zeichneten sie einen Wirkschaltplan für eine Stromstoß-Schaltung mit drei Tastern, und bauten diese anhand des Wirkschaltplanes in ihr Arbeitsbrett ein.

Schülerstimmen

Die Auswertung von entsprechenden Fragebögen zur Interessantheit des Unterrichs zeigte, dass die Anregung von Motivation und Interesse durchaus gelungen ist, obwohl es sich um den unbeliebten Bereich der Elektrizität und des Magnetismus handelt. Dazu als Beispiel einige Schülerstimmen zu der Frage, was ihnen besonders gefallen hat:

  • „dass man alles selbst herausfinden musste und dass man es auch gleich ausprobieren konnte. Dass die Versuche einfach mal interessant gestaltet wurden. “
  • „endlich etwas, was man im Leben gebrauchen kann. “
  • „Die Versuche waren optimal vorbereitet. So konnte man leicht den Versuch durchführen. Im Allgemeinen interessiere ich mich nicht besonders für Physik, aber diese „Arbeitsphase“ hat mir Spaß gemacht.“
  • „Die Einführung war gerade ausreichend für die späteren Projekte.Die Projekte sind gut in sich aufgebaut. (Man lernt von Seite zu Seite in der Mappe) Das genaue Gegenteil zum normalen Unterricht. “
  • „Mir hat es sehr gut gefallen etwas alleine herauszuarbeiten. Dadurch konnte man sich viel besser auf das Thema konzentrieren. Außerdem musste sich jeder engagieren und dadurch kam es dazu, dass man alles verstanden hat. Durch die Teamarbeit hat es auch viel mehr Spaß gemacht. Dadurch dass man die Versuche selbst durchgeführt hat, hat man auch viel mehr verstanden, was im normalen Unterricht nicht möglich ist. "