Die Übergänge zwischen festem und flüssigem Wasser, also das Auftauen und Gefrieren, finden sich im Alltag der Kinder immer wieder:

• Im Winter entdecken sie Eiszapfen an den Fenstern oder Autos.
• Beim Schlittschuhlaufen erleben Kinder, wie hart Eis ist und wie sie es mit ihren Metallkufen einritzen können. Vielleicht entdecken sie Wassertropfen an den Kufen.
• Vielleicht sind die Kinder schon einmal auf einer gefrorenen Pfütze herumspaziert oder gerutscht.
• Wenn es sehr kalt ist, gefrieren Seen oder sogar ganze Flüsse. Wenn ein Kind schon einmal auf einem zugefrorenen See Schlittschuh gelaufen ist, hat es vielleicht auch schon entdeckt, dass darunter noch Wasser ist, und kennt die Gefahr, dass das Eis einbrechen kann.
• Bestimmt haben viele Kinder schon einmal Fruchtsaft eingefroren und dann als Eis am Stiel gegessen. Dabei haben sie den Unterschied zwischen dem flüssigen Fruchtsaft und dem gefrorenen Fruchteis wahrgenommen.
• Wenn es im Frühling wärmer wird, werden die Pfützen wieder flüssig. Beim Schmelzen der Eiszapfen kann man beobachten, wie einzelne Wassertropfen sich lösen und herunterfallen.
• Wenn der Schnee von den Hausdächern oder Autos wegschmilzt, laufen manchmal richtige Bäche von Wasser am Straßenrand entlang.
• Kinder, die in der Nähe der Berge leben, kennen auch, dass im Frühjahr der Schnee auf den Bergen schmilzt und die Bäche und Flüsse mehr Wasser führen als im Winter.
• Beim Essen von einem Wassereis wärmen Kinder mit den Händen das Eis kurz an, damit man es aus der Packung nach oben schieben kann.
• Bei kleinen Unfällen werden häufig gefrorene Kühlpacks zum Kühlen verwendet. Diese sind zuerst sehr hart und werden immer weicher, je wärmer sie werden.

Es ist zu erwarten, dass Kinder im Grundschulalter bereits erfahren haben, dass Wasser, wenn es stark abgekühlt wird, zu Eis gefriert und dass Eis, das erwärmt wird, wieder schmilzt. Wir haben Grundschülerinnen und Grundschüler zum Gefrieren und Schmelzen eines Eiswürfels befragt:

• „Das Eis fühlt sich hart, glatt und kalt an.“
• „Das Eis glitscht durch die Finger.“
• „Das Eis wird flüssig.“
• „Das Wasser wird hart. Dann kann man es auch in die Hand nehmen.“
• „Der Eiswürfel wird immer kleiner und das Wasser wird immer mehr.“
• „Der Eiswürfel wird warm und dann löst er sich auf.“
• „Das Eis breitet sich aus. Wenn man Wasser in eine Flasche tut und sie einfriert, kann die Flasche platzen.“
• „Am schnellsten schmilzt der Eiswürfel, wenn ich ihn in den Mund nehme."

WORTSPEICHER

Zum Phänomen: Eis · Auftauen · Gefrieren ·Schmelzen ·Erstarren · fest · flüssig · gasförmig · Form · Pfütze · Wasserdampf · erwärmen · Zustand · Zustandsform · Abkühlen

Zur Technik: Zeitlupe · Zeitraffer · Film · Bilder · Aufnahme · Zeit · Zeitraum · Zeitabstände

Die Beschäftigung mit den verschiedenen Zustandsformen des Wassers und den Übergängen zwischen ihnen ist eine wichtige Voraussetzung, um anschlussfähige Konzepte zum Wasserkreislauf der Erde zu entwickeln. Dabei sind die Zustandsformen fest und flüssig direkt beobachtbar und daher für die Kinder leichter zugänglich als gasförmiges Wasser bzw. Wasserdampf. Auch die Übergänge, also das Gefrieren und Auftauen, sind besser zu beobachten und zu beschreiben als Kondensation und Verdunstung bzw. Verdampfen. Das Gefrieren von Eiswürfeln dauert deutlich länger als das Auftauen, und es ist schwieriger, in einem Kühlfach eine Kamera zu installieren. Denkbar wäre aber zum Beispiel, dass man im Winter im Freien Gefriervorgänge dokumentiert. Durch das Filmen können die Beobachtungen der Kinder unterstützt werden: Sie werden besser sichtbar, weil sie auf dem Bildschirm groß dargestellt werden können. Außerdem können die Aufnahmen gestoppt, wiederholt und für alle gleichzeitig auf einem Bildschirm dargestellt werden. Das erleichtert sehr den gemeinsamen Austausch, weil alle gleichzeitig auf die gleiche Darstellung zurückgreifen können. Das regt dazu an, die Beobachtungen noch einmal gemeinsam zu sammeln und zu formulieren und Hypothesen zu diskutieren. Später können die Aufnahmen auch zu Zwecken der Präsentation oder Dokumentation weiter genutzt werden.

Je nachdem, wie lange der Vorgang dauert und was mit Hilfe des aufgenommenen Videos besser sichtbar werden soll, kann es Sinn machen, den Zeitraffer zu verwenden oder Videos in Echtzeit bzw. in Zeitlupe zu arbeiten. Auch die App „Stop Motion Studio“ und ihre Verwendung kann mit den Schülerinnen und Schülern thematisiert werden. Für einen kompetenten Umgang mit digitaler Technik brauchen sie nicht nur Fertigkeiten in der technischen Umsetzung, sondern sollen sich auch Gedanken darüber machen, in welchen Zusammenhängen die Nutzung dieser App Sinn macht, was sie darüber hinaus beachten müssen, wenn sie die App nutzen (Datenschutz, Persönlichkeitsrechte) und inwiefern die Nutzung der App ihnen für ihr Vorhaben wirklich einen Mehrwert bringt.

WEITERE IDEEN

• Blitzeis: Lege einen Teller für mehrere Stunden in ein Gefrierfach. Dann tropfe einige Tropfen Wasser auf den Teller (z.B. mit einer Pipette oder einer Kugelschreiberhülle). Was kannst du beobachten? Tipp: Färbe das Wasser mit Lebensmittelfarbe ein, dann sieht man die Tropfen besser.
• Gefriert ein paar kleine Spielfiguren in jeweils einem Glas Wasser ein. Wer kann seine Spielfigur am schnellsten befreien? Benutzen könnt ihr beispielsweise: eure Hände, einen Hammer, warmes Wasser oder einen Föhn.

Zustandsformen des Wassers Wasser können wir alltäglich in seinen drei Zustandsformen erfahren: fest, flüssig und gasförmig. Die drei Zustandsformen kann man wie folgt beschreiben:

• Fest: Ein fester Stoff hat immer eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen. Man kann ihn nur durch äußere Krafteinwirkung (z. B. Druck) verändern. Feste Körper haben Oberflächen, die sie begrenzen.
• Flüssig: Ein flüssiger Stoff hat ein bestimmtes Volumen, aber keine bestimmte Form. Er nimmt die Form des Gefäßes an, in dem er sich befindet oder bildet Tropfen aus.
  
• Gasförmig: Ein gasförmiger Stoff hat keine bestimmte Form und kein bestimmtes Volumen. Er verteilt sich in dem Raum, der ihm zur Verfügung steht. Gase bilden keine Oberflächen, die sie von ihrer Umgebung abgrenzen, sondern werden in ihrer Ausbreitung von der Umgebung begrenzt.
  

Stoffe ändern ihre Zustandsform durch Energieaufnahme oder durch Energieabgabe, das heißt, wenn ihre Temperatur erhöht wird (z. B. durch eine Herdplatte, Kerzenflamme, menschliche Körpertemperatur, Sonne etc.) bzw. wenn ihre Temperatur herabgesetzt wird (z. B. Kühl-/ Gefrierschrank, Lufttemperatur etc.). Bei Wasser nennt man die Zustandsformen Eis (festes Wasser), Wasser (flüssiges Wasser) und Wasserdampf (gasförmiges Wasser). Der Übergang von Eis zu Wasser heißt „Auftauen“ und der Übergang von Wasser zu Eis „Gefrieren“. Der Gefrierpunkt bzw. Schmelzpunkt liegt bei 0 ºC.

Film und Zeitraffer

Filme bestehen aus statischen Einzelbildern (Fotografien). Der filmische Effekt, die Illusion von Bewegung, entsteht beim Betrachter/der Betrachterin, wenn Einzelbilder in schneller Abfolge gezeigt werden. Ab einer Frequenz von etwa fünfzehn Bildern pro Sekunde werden sie nicht mehr als Einzelbilder, sondern als filmische Bewegung wahrgenommen, die optisch einer realen Bewegung ähnelt. Heute werden im Kino typischerweise 24 Bilder pro Sekunde gezeigt. Konkurrierende Medien, die bewegte Bilder einsetzen, wie Computerspiele oder das Fernsehen nutzen 50, 60 oder auch mehr Bilder pro Sekunde, um der Wirklichkeit noch näher zu kommen. In der kommerziellen Filmproduktion ist ein Trend zur zunehmenden Digitalisierung der gesamten Herstellungskette zu beobachten: Die Produktion der bewegten Bilder erfolgt meist volldigital, wobei sie insbesondere durch künstlich erzeugte Bilder oder Bildteile ergänzt wird. Auch die Aufführung erfolgt zunehmend digital, wodurch Verschleiß und Qualitätsverlust des Materials entfallen. Der Zeitraffer ist eine filmische Methode zur Beschleunigung der Langzeitaufzeichnung von Bewegungsabläufen. Dadurch werden auch Änderungen sichtbar, die in Echtzeit aufgrund ihrer langsamen Natur nur schwer wahrnehmbar sind. Die Filmbilder werden einzeln aufgenommen und in schneller Frequenz wieder abgespielt. Dabei werden die Intervalle zwischen den einzelnen Aufnahmen festgelegt. Die dem Zeitraffer entgegengesetzte Methode ist die Zeitlupe.