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Einsatz im Grundschulunterricht: Zitronensaft auf Rädern

  • Zwei Metallplättchen stecken in einer aufgeschnittenen Zitrone (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Magnesium und Kupfer reagieren mit Zitronensaft
  • Glaskaraffe mit Zitronensaft und Metallplättchen, davor ein blauer Propeller (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Ein Propeller wird mit Strom aus Zitronensaft angetrieben

Bildungsplanbezüge

Exemplarisch sind hier vier Bundesländer genannt:
Am Ende der Klasse vier finden sich im Bildungsplan 2004 für Baden-Württemberg im Themenbereich „Natur macht neugierig: Forschen, Experimentieren, Dokumentieren und gestalten“ folgende Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler können Erscheinungen der belebten und unbelebten Natur und die Erfahrungen mit ihr gezielt wahrnehmen und dokumentieren; Phänomene der belebten und unbelebten Natur beschreiben und begrifflich erfassen; eigene Fragen stellen, dazu einfache Experimente planen, durchführen, diskutieren, auswerten und optimieren.
Ebenso kann der Film aber auch dem Themenbereich „Energie, Materialien, Verkehrswege: Vergleichen und bewusst nutzen“ zugeordnet werden. Als Kompetenzen werden u.a. erwartet: Die Schülerinnen und Schüler kennen konventionelle und alternative Möglichkeiten der Energiegewinnung und als beispielhafte Inhalte sind Energieformen und Energieträger im Alltag aufgeführt.

Im Bereich Arbeitswelt und Technik, Schwerpunkt: Ressourcen und Energie werden in Nordrhein-Westfalen am Ende der 4. Klasse folgende Kompetenzerwartungen erwartet: Die Schülerinnen und Schüler planen und sammeln und dokumentieren Beispiele für unterschiedliche Formen der Energieumwandlung.

Im Rahmenplan für den Sachunterricht in Rheinland-Pfalz findet man im Bereich „Natürliche Phänomene und Gegebenheiten“ – Perspektive Natur: Ausgewählte Naturphänomene mit Hilfe von fachlich gesichertem Wissen und Modellvorstellungen erklären können, einige Gesetzmäßigkeiten erforschen und anwenden, Experimente planen und durchführen.

Im Sachunterricht der Grundschule im Saarland ist für Klasse 3 und 4 das Thema Elektrizität vorgesehen. Die Leitfähigkeit verschiedener Stoffe, die Funktionsweise eines Stromkreises und die Wirkungen wie Bewegung und Licht sollen auch anhand von Versuchen nachvollzogen werden. Explizit wird hierzu das Experiment „Zitronenbatterie“ genannt.

  • Auf die Kammern mit den Metallplättchen wird Zitronensaft gegossen. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Die Zitronenbatterien werden “betankt”
  • Gelbes, flaches Gefährt wird geschoben. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Der Zitronenflitzer geht an den Start
  • Junge mit gelbem Helm. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Der junge Formel-Zitrone-Pilot in seinem maßgefertigten Rennwagen

Was bietet der Film?

Der Film beginnt mit einem einfachen Experiment: Eine Zitrone liefert Energie, indem man ein Magnesium- und ein Kupferplättchen hineinsteckt, die Plättchen mit Draht verbindet und an einen Propeller hält, der sich dann sichtbar dreht. Aus einer Zitrone wurde offensichtlich eine Batterie. Das Experiment wird erweitert, indem statt der Zitrone nur der Saft benutzt wird mit dem Ergebnis, dass sich der Propeller noch schneller dreht. Saft und Metalle reagieren miteinander, es entsteht Strom. Wenn sich die Metallplättchen berühren, fließt kein Strom mehr.

Ziel soll es aber sein, ein Auto mit Zitronensaft in Bewegung zu bringen, ein schier unmögliches Unternehmen, denn immerhin wiegt das Auto zum Schluss samt Fahrer und Batterien rund 100 Kilo und soll 200 Meter zurücklegen.

Zunächst wird es jedoch mit einem Spielzeugauto versucht, wozu man allerdings viel mehr Batterien braucht als für den Propeller. Die Magnesiumplättchen werden mit Papier umwickelt, damit sie sich nicht berühren können. Dann wird das Magnesiumplättchen der einen Batterie mit dem Kupferplättchen der anderen verbunden, Zitronensaft in den Behälter geschüttet und mit dem Auto verbunden. Es funktioniert, das Rad des Autos dreht sich.

Für die nächste Stufe, für das große Auto Marke „Zitronenflitzer“, werden insgesamt 1400 Batterien und 40 Liter Zitronensaft gebraucht, die eine Zitronensaftfabrik zur Verfügung stellt. Das Betanken nimmt Zeit in Anspruch und ist mühsam. Nach Abschluss aller Vorbereitungen setzt sich das Auto tatsächlich in Bewegung, zunächst mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von 1 km/h. Durch die chemische Reaktion entsteht aber nicht nur Strom, sondern auch Wasserstoff, was anschaulich an den Bläschen über dem Saft deutlich wird. Der Zitronensaft läuft über, die Leistung der Batterien nimmt ab und auf halber Höhe lässt die Geschwindigkeit nach. Trotzdem erreicht das Auto die 200-Meter-Marke in 8 Minuten und 53 Sekunden. Es fährt sogar darüber hinaus insgesamt 386 Meter.

Die Kinder erfahren im Film, dass der Saft von Zitronen mit zwei verschiedenen Metallen in Verbindung gebracht chemische Reaktionen hervorruft. Es entsteht Strom, der sogar ein Auto in Bewegung setzen kann.

Der Film ist spannend aufgebaut, denn er beginnt beim einfachen Experiment mit einer Zitrone und dem Propeller, steigert die Aufgabe und jedes Mal stehen die Kinder erneut vor der Frage: Klappt es oder nicht?

Sie sehen die Vorbereitung der Experimente und bekommen mit, dass sie immer umfangreicher werden. Sie erleben, dass der Zitronensaft zwar das Auto in Bewegung setzten kann und dass dabei ein angenehmer Geruch in der Luft liegt, dass aber dazu eine riesige Menge an Batterien nötig und das Betanken mühsam ist. Bei einer anschließenden Diskussion über Zitronensaft als alternativer Energielieferant wird ihnen die Argumentation leichter fallen.

Der Film dauert insgesamt 09:42 Minuten (mit Abspann) und ist in vier Teile unterteilt:

1. Energie aus Zitronensaft - 00:00 – 01:56
2. Ein Sondermodell Marke Zitronenflitzer – 01:57- 04:10
3. Letzte Vorbereitungen– 04:11 – 06:10
4. Bahn frei für den Zitronenflitzer – 06:11 – 09:42

  • Junge mit gelbem , zitronenförmigem Helm in flachem Gefährt auf einer Rennstrecke. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Es funktioniert! Beschleunigung auf einen Kilometer pro Stunde - mit Zitronensaft

Unterrichtsvorschlag

Der Film eignet sich als Einstieg in die Beschäftigung mit dem Thema Energie. Er zeigt, wie Batterien funktionieren und bietet die Möglichkeit zur Diskussion über alternative Energiespender. Angeregt durch die Sendung können weitere Experimente folgen und die Kinder befassen sich mit Luigi Galvani, dem Mann, der unwissentlich einen großen Beitrag zur Funktionsweise unserer heutigen Batterien geleistet hat.

Auf beeindruckende Weise wird hier gezeigt, wie Batterien arbeiten. Die Dimensionen, die das Experiment annimmt, machen die Fakten einprägsam. Wenn Sie in der Klasse über verschiedene Rechner verfügen, an denen die Kinder den Film wiederholen können, ist Projektarbeit mit Stationen/Lerntheke am sinnvollsten, da die Schüler so die Möglichkeit haben, selbstständig zu arbeiten. Man kann stundenweise vorgehen, aber auch einen Projekttag veranstalten, an dem der normale Stundenplan außer Kraft gesetzt werden sollte, was in der Grundschule (eventuell in Absprache mit möglichen Fachlehrern) ohne Weiteres möglich ist.

Die Schülerinnen und Schüler sollten mit der Bedienung des Films soweit vertraut sein, dass sie ihn selbstständig abrufen und nötigenfalls stoppen oder zurückspulen können. Das erste Arbeitsblatt befasst sich intensiv mit dem Inhalt des Films und auch bei Arbeitsblatt 2 ist eine solche Medienkompetenz sehr hilfreich. Da viele Kinder zu Hause am Computer arbeiten/spielen, finden Sie bestimmt auch in Ihrer Klasse PC-Experten, die den anderen helfen könnten. Wenn Sie nun Gruppen- oder Partnerarbeit wählen und die Bildung der Gruppen entsprechend steuern, gibt es sicher in jeder Gruppe einen solchen Experten. Auf jeden Fall sollten Sie den Film einmal gemeinsam mit allen Kindern angeschaut haben.

Das Projekt ist fächerübergreifend angelegt und bietet neben der sachunterrichtlichen Betrachtung (Arbeitsblatt 1-6) auch die Einsatzmöglichkeit des Films im Fach Deutsch (Arbeitsblatt 7) sowie und eine soziale Komponente: miteinander Essen zubereiten und gemeinsam essen (Arbeitsblatt 8).

Die Experimente auf Arbeitsblatt 3 unterscheiden sich vom Film, da andere Obstsorten ausprobiert werden und statt Magnesium Eisen als zweites Metall benutzt wird, da dies leichter zu besorgen ist. Die für die Experimente benötigten Dinge müssen nicht zwangsläufig für jedes einzelne Kind vorliegen, da sich die Partner/Gruppen abwechseln und absprechen können.

Bei den Zitronen-Rezepten sollten Sie darauf achten, dass die einzelnen Gerichte auf verschiedene Gruppen verteilt werden, damit nicht zu viel produziert wird.

Bei der abschließenden Diskussion über die Einsatzmöglichkeit von Zitronenbatterien als alternative Energie können die Argumente von Arbeitsblatt 4 verwendet, aber auch neue zugelassen werden. Die Kinder sollten vorher festlegen, ob sie pro oder contra argumentieren, was in der Sitzordnung entsprechend berücksichtigt werden sollte: entweder im Kreis die eine Hälfte pro, die andere contra oder man setzt die zu vertretenden Meinungen gegenüber.

Die fertigen Arbeitsblätter sollten in einer Mappe abgeheftet werden, damit bei Bedarf problemlos und schnell darauf zurückgegriffen werden kann. Als Zeitaufwand für die gesamte Einheit sollten Sie etwa acht bis zehn Unterrichtsstunden kalkulieren, da den Kindern genügend Zeit zur Durchführung der Experimente zur Verfügung gestellt werden sollte und auch in Ruhe gefrühstückt werden muss. Ideal wäre die Einheit für eine Ganztagsschule.

Einsatz der Sendung

Machen Sie sich den spannenden Aufbau zunutze und zeigen Sie den Anfang des Films in zwei Etappen: zuerst bis 00:46: „Wenn wir die Plättchen in die Zitrone stecken und sie mit Draht verbinden,…“ Die Kinder äußern Vermutungen und sehen anschließend die Auflösung im Film.

Der zweite Stopp sollte bei 02:11 erfolgen. Die Kinder werden vor die Frage gestellt, ob Zitronensaft ein Auto über 200 Meter zum Laufen bringen kann? Hier könnten Sie eine „Wette“ einsetzen: Die Kinder legen sich fest, ob sie das für möglich halten oder nicht und am Ende des Films werden die „Wettsieger“ ermittelt.

Bevor Sie den restlichen Film zeigen, machen Sie die Kinder darauf aufmerksam, dass sie genau beobachten sollen. Eventuelle Verständnisfragen können anschließend von Mitschülern und vom Lehrer beantwortet werden.

Am Anfang der Erarbeitungsphase befassen sich die Kinder noch einmal intensiv mit der Sendung, indem sie Fragen dazu beantworten (AB 01). Jetzt sollte in Gruppen bzw. mit Partnern gearbeitet werden. Die Gruppen schauen sich zuerst gemeinsam AB 01 an, um einen Überblick zu bekommen, auf was sie beim erneuten Anschauen der Sendung besonders achten müssen. Ggf. halten sie den Film an oder spulen ihn zurück, um sich der benötigten Informationen zu vergewissern.

Bevor zum Schluss im Plenum die Arbeitsaufträge und Ergebnisse besprochen werden, können Sie zur Erinnerung noch einmal gemeinsam die Kurzfassung der Sendung anschauen.

Materialliste

Für die Durchführung des ersten Experiments auf Arbeitsblatt 3 brauchen die Kinder:
- verschiedene Obstsorten
- Kupfernägel/-münzen
- Eisennägel
- Klingeldraht
- Glühbirnchen
- Bananenstecker und einen Kopfhörer

Für Arbeitsblatt 6:
- Pflanzenbücher, Lexika, Sachbücher

Für Arbeitsblatt 8:
- Zitronen
- Wasser
- Zucker
- Glas
- Zitronenpresse
- Sieb
- Sahnequark
- Vanillezucker
- Schüssel
- Schneebesen oder Mixer
- Naturjogurt
- Haferflocken
- gehackte Haselnüsse oder Mandeln
- brauner Zucker
- Schüssel
- Löffel zum Verrühren

Projektverlauf

(Quelle: SWR)