Schall und Akustik – die wichtigsten Grundlagen

Diese fächerübergreifende Unterrichtseinheit widmet sich den Grundlagen von Schall und Akustik und verdeutlicht diese am Hörakustiker-Handwerk. Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Versuche und gezielte Aufgabenstellungen, wie Schall durch Schwingungen erzeugt und im menschlichen Ohr wahrgenommen werden. Dabei lernen sie unter anderem auch, zwischen Schalldruckpegel, Lautstärke, Ton, Tonhöhe, Klang, Geräusch, Knall, Infra- und Ultraschall sowie zwischen Transversal- und Longitudinalwellen zu unterscheiden. Rechercheaufträge, Videobeiträge und die Ausführung sowie physikalische Auswertung verschiedener Hörtests runden die Unterrichtseinheit ab.

Unterrichtseinheit
  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Physik / Astronomie / Musik
  • Sekundarstufe I
  • 6 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt
  • 3 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Die Unterrichtseinheit thematisiert die wichtigsten Grundlagen der Phänomene Schall und Akustik. Dabei wird anhand zahlreicher Beispiele und grundlegender Versuche gezeigt, wie Schall entsteht, sich anschließend über das entsprechende Medium ausbreitet und letztlich über das Ohr aufgenommen und für das Gehirn verarbeitet wird.

Nach einfachen Selbstversuchen und Beispielen werden physikalische Grundvorstellungen zur Schallentstehung und Schallausbreitung erarbeitet. Dazu werden – ausgehend vom menschlichen Hörbereich (16 bis 20 000 Hz) – auf die den Schall beschreibenden grundlegenden Größen wie Frequenz, Wellenlänge und Schallgeschwindigkeit detailliert eingegangen und verschiedene Schallarten wie Klang, Geräusch und Ton unterschieden. Thema ist ebenfalls die Ausbreitung von Schall in unterschiedlichen Medien.

Die Lernenden erhalten dabei die Möglichkeit, ihre Kenntnisse und Fähigkeiten im Zusammenhang mit dem Themenfeld in Einzel-, Paar- und Gruppenarbeit zu entwickeln sowie anzuwenden und im Plenum zu diskutieren.

Da Schall und Akustik zentrale Rollen im Hörakustiker-Handwerk spielen, werden im Unterrichtsmaterial stets Bezüge zu diesem Beruf hergestellt, um die physikalischen Lerninhalte zu verdeutlichen: Versuche werden mit der App Phyphox, die in der Hörakustiker-Ausbildung zum Einsatz kommen kann, durchgeführt. Mit einem Online-Hörtest ermitteln Schülerinnen und Schüler ihre individuellen hörbaren Frequenzbereiche. Nachdem der menschlichen Hörsinn erklärt wurde, wird über Gehörschutz gesprochen.

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Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Unterrichtseinheit beleuchtet das Thema "Schall und Akustik", das beispielsweise im Kernlehrplan Nordrhein-Westfalen (Gymnasium – Sekundarstufe 1) im Inhaltsfeld 3 "Schall" enthalten ist. Das Thema ist für viele Bereiche der Technik oder des Gesundheitswesens von grundlegender Bedeutung und wird in dieser Unterrichtseinheit in den Kontext des Hörakustiker-Handwerks eingebettet. Eingegangen wird auf verschiedene Hörtests, Hörbeispiele zum Erfahrbarmachen von Gehörschädigungen und Maßnahmen zum Gehörschutz.

Die Unterrichtseinheit erarbeitet Inhalte zum Thema Akustik in den Bereichen "Tonhöhe und Lautstärke", "Schallausbreitung", "Schallquellen und Schallempfänger" sowie "Lärm und Lärmschutz". Sie entwickelt die prozessbezogenen Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung gezielt weiter.

Vorkenntnisse zu den Grundlagen von Schwingungen und im Ansatz auch von Wellen sind für das Thema "Schall und Akustik" vorteilhaft, aber zur Einführung in die Grundlagen nicht zwingend notwendig.

Des Weiteren bieten sich bei der Einheit mit dem Unterthema "Schallquellen" Überschneidungen mit dem Fach Musik an. In diesem Fall empfiehlt es sich, bei den jeweiligen Unterrichtssituationen zur Schallerzeugung auf Musikinstrumente wie zum Beispiel Gitarre oder Flöte zurückzugreifen. Bei der Thematisierung des Schallempfangs am Beispiel des menschlichen Gehörs kann ein Fächerübergriff zum Fach Biologie erfolgen.

In der Unterrichtseinheit werden verschiedene Methoden der Wissensvermittlung wie beispielsweise Einzel- und Gruppenarbeit und die Arbeit im Plenum angewandt, um eine Aktivierung aller Lerntypen zu erreichen. Dabei kommen naturwissenschaftliche Methoden der Erkenntnisgewinnung wie das Entwickeln und Bearbeiten physikalischer Fragen und das experimentelle Arbeiten zum Zug. Im Bereich der Kommunikationskompetenz üben die Schülerinnen und Schüler das Erschließen und Aufbereiten von Informationen.

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • beschreiben die Erzeugung und Wahrnehmung von Schall durch Schwingungen.
  • erklären den Schalldruckpegel als Größe der Lautstärke und ordnen Beispielwerte zu.
  • kennen die Grundgrößen einer Schallschwingung und ordnen die Tonhöhe und Lautstärke physikalisch ein.
  • unterscheiden die Schallarten Klang, Ton, Geräusch und Knall.
  • erklären qualitativ die Ausbreitung mechanischer Schallwellen (Transversal- oder Longitudinalwelle) mit den Eigenschaften des Ausbreitungsmediums.
  • beschreiben Auswirkungen von Schall und Lärm auf das menschliche Gehör.

Medienkompeten

  • nutzen die App Phyphox auf ihrem Smartphone, um Schwingungen verschiedener Schallarten sichtbar zu machen.
  • führen einen Online-Hörtest durch, um individuelle Frequenzbereiche zu ermitteln.
  • entnehmen Informationen aus einem Video zum Thema "Schall und Hören" und verschriftlichen diese.
  • nutzen vorgegebene Internetquellen für die Recherche weiterführender Informationen.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten zielorientiert und kriteriengeleitet in Einzel-, Paar- und/oder Gruppenarbeit.
  • kommunizieren ermittelte Ergebnisse adressatengerecht und verknüpfen dabei Alltags- und Fachsprache situationsgerecht.

Portalanbieter

Kooperationspartner

Anbieter der Unterrichtseinheit

Auszeichnungen

Autorenteam

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Maria Lenk und Wolfgang Vogg

Maria Lenk hat 8 Jahre lang in Berlin an einer integrierten Sekundarschule in der Sekundarstufe 1 und 2 die Fächer Mathematik und Physik unterrichtet. Sie arbeite zurzeit als freiberufliche Autorin und beschäftigt sich dabei vertieft mit digitalen Lernmedien.

Wolfgang Vogg war bis zu seiner Pensionierung als OStR für die Fächerverbindung Physik/Sport am Gymnasium tätig. Darüber hinaus hat er ein Lehrbuch mit dem Titel "Elektrizität und Magnetismus in Theorie und Praxis“ sowie zahlreiche Unterrichtshilfen für alle Bereiche der Physik veröffentlicht.

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