Schülerinnen und Schüler lernen den Unterschied zwischen der in der Sonne ablaufenden und der technisch kontrollierten Kernfusion sowie die damit verbundenen verschiedenen Reaktortypen kennen. Vorgänge auf der Teilchenebene werden anhand einer Flash-Animation des Max-Planck Instituts für Plasmaphysik visualisiert. Auf der Grundlage der im Physikunterricht erworbenen Kenntnisse über Atomkerne sollen sich die Schülerinnen und Schüler ein Bild von der Kernfusion machen. Sie lernen die Chancen und Risiken dieser Technologie kennen und erfahren, welche Hindernisse Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler überwinden müssen, damit die verlockende Vision der Kernfusion Realität und zum "global player" im Energie-Mix der Zukunft wird. Das Thema knüpft unmittelbar an die Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler an (Ölpreissteigerungen, Störfälle in Atomkraftwerken). Die Unterrichtseinheit bietet einen ersten Einblick in eine vielversprechende und innovative Methode der Energieerzeugung und verdeutlicht die Bedeutung und Notwendigkeit der Grundlagenforschung. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch einen ITER - der Weg zu neuer, sauberer Energie ergänzt. Er informiert über die experimentelle Fusionsforschungsanlage der großen Industrienationen. Bis zum Jahr 2020 soll ITER im südfranzösischen Cadarache seinen Dienst aufnehmen. Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Ein weiteres Angebot der Gesellschaft ist das Fragen-Portal : Lernende und Lehrpersonen können hier Fragen an Forscherinnen und Forscher stellen. Unterrichtsverlauf und Materialien Fachliche Voraussetzungen, Einbettung des Themas in den Unterricht und der Verlauf der Doppelstunde werden hier skizziert. ITER - der Weg zu neuer, sauberer Energie Für die Fortführung des Themas im Unterricht finden Sie hier weitere Informationen, Grafiken und Links zur internationalen Fusionsforschungsanlage. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgänge bei der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium sowie das Ergebnis beschreiben können. das Funktionsprinzip des Magnetfeldkäfigs zum Einschließen des heißen Plasmas am Beispiel der beiden grundlegenden Reaktortypen Stellarator und Tokamak kennenlernen und erklären können. die Gefahren bei der Nutzung der Kernfusion erarbeiten und im Vergleich mit anderen Formen der Energieerzeugung bewerten. die Kernfusion als potenzielle, nahezu unerschöpfliche Energiequelle der Zukunft erkennen. Thema Wann "zündet" die Idee der Kernfusionstechnologie? Autorinnen und Autor Roland Wengenmayr, Dieter Lohmann, Sabina Griffith Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II, nach didaktischer Reduktion auch Klasse 9 und 10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (Arbeit in Kleingruppen), Adobe Animation Planung Tabellarischer Verlaufsplan Fachliche Voraussetzungen Bevor die Unterrichtseinheit durchgeführt werden kann, müssen die Schülerinnen und Schüler bereits grundlegende Kenntnisse über den Aufbau von Atomkernen erworben und die Sonne als Ort für natürlich ablaufende Kernfusionsreaktionen kennengelernt haben. Auch die dort dominierende "Proton-Proton-Reaktion 1" sollte bereits bekannt sein. Für einen schnellen Wissenszugewinn wäre es zudem hilfreich, wenn die Lernenden Vorwissen über andere Formen der Energiegewinnung - erneuerbare Energien, Kernkraft oder fossile Brennstoffe - besitzen. Einsatz (nicht nur) in der Oberstufe Die Unterrichtseinheit ist in erster Linie für den Physik- und Technikunterricht der Sekundarstufe II an Gymnasien und Gesamtschulen konzipiert. Nach einer Anpassung der Arbeitsblätter (Erklärung von Fachbegriffen, geringerer Schwierigkeitsgrad der Arbeitsaufträge) ist auch eine Nutzung in den Jahrgangsstufen 9 und 10 an Gymnasien, Realschulen oder Gesamtschulen möglich. Anbindung an Lehrpläne In (fast) allen Bundesländern bieten die Lehrpläne und Richtlinien Einsatzmöglichkeiten für die hier vorgestellte Unterrichtseinheit. Ausführliche Informationen dazu und Vorschläge für einen fächerübergreifenden Unterricht zum Thema Kernfusion finden Sie auf der Webseite max-wissen.de (siehe "Links zum Thema"). Natürliche und technisch kontrollierte Kernfusion Um das bereits erworbene Grundlagenwissen aufzufrischen und zu festigen, beginnt die Doppelstunde mit einer Sicherungsphase, in der die Schülerinnen und Schüler das Prinzip der Kernfusion in der Sonne ausführlich beschreiben und erklären. Danach zeigt die Lehrperson das Bild eines geplanten Fusionsreaktors. Die Schülerinnen und Schüler sollen möglichst selbstständig einen Zusammenhang zwischen den Motiven herstellen und die "künstliche", also technisch kontrollierte, Kernfusion als Thema der Doppelstunde benennen. Unterrichtsimpulse per Beamer oder Tageslichtprojektor Schon hier wird von den Lernenden erwartet, einfache Hypothesen zur Funktionsweise von "künstlichen" Reaktoren auf der Basis ihres Vorwissens aufzustellen. Diese Vorschläge sollen dann in der Diskussion mit anderen Lernenden gegebenenfalls präzisiert, korrigiert oder widerrufen werden. Je nach Leistungsstand des Kurses kann die Lehrerin oder der Lehrer in dieser Phase zusätzliche Unterrichtsimpulse (Folien mit Grafiken oder Bildern, Texte) bereithalten, damit ein schneller und motivierender Lernforschritt gelingt. Um die Erarbeitungsphase effektiv zu gestalten und Schülerinnen und Schüler zu motivieren, werden alt bewährte Medien (Arbeitsblätter mit Texten und Abbildungen) mit digitalen Medien kombiniert. Eine Flash-Animation vom Max-Planck Institut für Plasmaphysik verbildlicht abstrakte Inhalte wie die Deuterium-Tritium-Kernfusionsreaktion und liefert zusätzliche Informationen. Schülerinnen und Schüler können dabei auch die Zündungsbedingungen für die Fusionsreaktion experimentell erkunden. Zeiteinteilung Der Zeitbedarf der Unterrichtseinheit beträgt 90 Minuten. Bietet der Stundenplan nur kürzere Einheiten, kann der Unterricht nach der ersten Erarbeitungsphase, dem Zusammentragen der Resultate, der Ergebnissicherung sowie der zweiten Problemfindungsphase beendet werden (siehe Verlaufsplan). Das Arbeitsblatt 2 und die dazugehörigen Begleitinformationen ("Ein Käfig für das heiße Plasma") können dann im Rahmen der Hausaufgabe zum Einsatz kommen. Thema der folgenden Unterrichtsstunde wäre dann "Kernfusion und Radioaktivität" (Arbeitsblatt 3). Die Fusionsforschungsanlage ITER Nach der Doppelstunde kann das vollständige Schema eines zukünftigen Fusionskraftwerks erarbeitet werden (siehe MAX-Heft "Die Sonne im Tank"). Eine ausführliche Auseinandersetzung mit der in Planung befindlichen internationalen Fusionsforschungsanlage ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) kann das Wissen der Schülerinnen und Schüler weiter ausbauen. Bis zum Jahr 2020 soll ITER im südfranzösischen Cadarache seinen Dienst aufnehmen. Wenn alles klappt, könnten in der Mitte des 21. Jahrhunderts erste kommerzielle Fusionsanlagen mit der Produktion von Strom und Wärme beginnen. Besuch eines außerschulischen Lernorts Wenn möglich, sollte die Unterrichtsreihe durch den Besuch einer Forschungseinrichtung abgerundet werden. Als Exkursionsorte kommen folgende Ziele in Frage: Garching: ASDEX Upgrade Der Tokamak ging 1991 in Betrieb. Die Anlage untersucht Kernfragen der Fusionsforschung unter kraftwerksähnlichen Bedingungen. Greifswald: Wendelstein 7-X Der Stellarator, der gegenwärtig im IPP-Teilinstitut entsteht, wird ein optimiertes Magnetfeld testen, das die Probleme früherer Stellarator-Konzepte überwinden soll. Karlsruhe:Tritiumlabor, Institut für Technische Physik (ITEP) Der Arbeitsschwerpunkt des Labors liegt auf der Fusionsforschung für ITER und dem Karlsruher Tritium Neutrino Experiment (KATRIN). Energieversorgung der Zukunft Der globale Energieverbrauch wird sich bis zum Ende dieses Jahrhunderts verdreifachen, schätzen die Experten. Gleichzeitig schwinden unsere Vorräte an fossilen Brennstoffen und die ökologischen Folgen ihrer Nutzung belasten die Umwelt gravierend. Damit drängen sich zwei Fragen auf: Wie werden wir in Zukunft die Energieversorgung der Menschen gewährleisten? Und wie können wir dies tun, ohne dabei klimaschädliche Treibhausgase freizusetzen? Nationales Handeln ist unzureichend "Angsichts der Dimension dieser Herausforderung ist nationales Handeln allein völlig unzureichend", sagte der Generalsekretär der Vereinten Nationen, Ban Ki-Moon, im September 2007 in seiner Rede zur Klimapolitik. "Keine Nation kann diese Aufgabe alleine meistern. Keine Region kann sich von den Folgen des Klimawandels abkapseln." Mit der Unterzeichnung des ITER-Vertrages haben sich die großen Industrienationen, darunter China, Europa, Indien, Japan, Korea, Russland und die USA, zusammengeschlossen, um gemeinsam nach einer Lösung zu suchen. ITER (lateinisch "der Weg") soll demonstrieren, dass sich durch Kernfusion Energie in großem Maßstab erzeugen lässt. Russische Pionierarbeit ITER basiert auf dem Tokamak-Prinzip, das im Jahr 1952 von den sowjetischen Physikern Andrei Sacharow (1921-1989) und Igor Jewgenjewitsch Tamm (1895-1971) am Kurtschatow-Institut in Moskau entwickelt wurde. In einem Tokamak-Reaktor schließen zwei sich überlagernde Magnetfelder das Plasma ein: erstens ein toroidales Feld, das durch äußere Spulen erzeugt wird, und zweitens das Feld eines im Plasma fließenden Kreisstroms. In dem aus den beiden Feldern kombinierten Magnetfeld laufen die Feldlinien dann schraubenförmig um. Die größte Fusionsmaschine Zusätzlich benötigt der Tokamak noch ein drittes, vertikales Feld, das die Lage des Stroms im Plasmagefäß fixiert und den Plasmarand formt. Abb. 2 und Abb. 3 (zur Vergrößerung der Ausschnitte bitte anklicken) zeigen Schemata des Reaktors. Das heiße Plasma ist in Abb. 2 pinkfarben dargestellt. Aus den Grafiken wird durch die eingezeichneten Menschen die Dimension der Anlage deutlich. Die Bilder können Sie hier in höherer Auflösung herunterladen. Viele weitere Grafiken, Fotos und Informationen finden Sie auf der englischsprachigen ITER-Homepage . ITER ist eine experimentelle Anlage Viele Fusionsreaktoren sind seit den ersten Pioniertagen gebaut worden und haben bewiesen, dass die Kernfusion - die Reaktion, die Sonne und Sterne erstrahlen lässt - auch auf der Erde möglich ist. ITER, die bis heute größte jemals gebaute Fusionsmaschine, soll nun beweisen, dass Kernfusion eine Alternative zur Lösung des weltweiten Energie- wie des Umweltproblems ist. Auch wenn ITER selber noch keinen Strom produzieren wird, so werden doch im Rahmen dieses Projekts die Technologie und die Materialien auf ihre Serienreife hin getestet, sodass der nächste Schritt hin zu einem kommerziellen Fusionskraftwerk nicht mehr weit ist. Sommer 2010 - Baubeginn in Frankreich Standort von ITER ist Cadarache in Südfrankreich. Im Sommer 2010 beginnen der Bau der ersten Gebäude und die Aushebung des Tokamak-Fundaments. Währenddessen sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit mit weiteren Vorarbeiten beschäftigt. So wird zum Beispiel in Karlsruhe an Prototypen für die Vakuumpumpen gearbeitet, während in Hefei (China) die riesigen toroidalen Magnetfeldspulen für ITER gebogen werden (Abb. 4, zur Vergrößerung bitte anklicken).

In dieser Unterrichtseinheit zu "Max und Moritz" werden die Lernenden dazu angeregt, Wilhelm Buschs scheinbar lustige Geschichte aus einer anderen Perspektive zu betrachten und zu bewerten. Die Schülerinnen und Schüler begegnen dem Klassiker "Max und Moritz" zunächst über das Konterfei Wilhelm Buschs in Form eines Puzzles, gefolgt von ersten Informationen über den Autor und sein Werk. Durch die Arbeitsblätter zum Vorwissensstand informiert sich die Lehrkraft über die Lernausgangslage der Schülerinnen und Schüler und bereitet sie auf die folgende Arbeit mit dem Text vor. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt dabei auf dem Hinterfragen des Verhaltens der Protagonisten und der Suche nach möglichen Gründen dafür. Die Schülerinnen und Schüler lernen dadurch, auch ihr eigenes Verhalten zu reflektieren und über mögliche Ursachen und Begründungen nachzudenken. Anmerkungen zur Didaktik Max und Moritz ist eine scheinbar lustige "Lausbubengeschichte", die Generationen von Leserinnen und Lesern zum Schmunzeln brachte und die in aller Welt bekannt wurde. Aber wollte Wilhelm Busch uns mit seiner Geschichte wirklich nur gut unterhalten? Das sieht ihm gar nicht ähnlich, wenn man sich seine weiteren Geschichten anguckt, in denen auch gemordet, gequält, geärgert und gemobbt wird. Hinter der spaßigen und unterhaltsamen Fassade verbirgt sich gallige satirische Gesellschaftskritik an der damaligen Zeit. Durch seine Protagonisten wie Max und Moritz, die fromme Helene oder auch Hans Huckebein hält er dem autoritätshörigen, verlogenen und spießigen Bürgertum den Spiegel vor. Wir aber sehen uns nicht in dem Spiegel - oder wie sonst lässt sich erklären, dass es zu Max und Moritz bisher kaum kritische Aufarbeitungen gibt? In dieser Unterrichtseinheit werden die Schülerinnen und Schüler dazu angeleitet, sich nicht nur an der Lektüre zu erheitern, sondern auch und gerade über die Motive nachzudenken, aus denen heraus Max und Moritz ihre Mitmenschen ärgern und sogar ihren Tod dabei in Kauf nehmen. Die beiden Protagonisten, einmal aus einer anderen Perspektive betrachtet, werden so auf einmal von Tätern zu Opfern, und ihre "Streiche" haben möglicherweise andere und ernstzunehmende Hintergründe. Darüber nachzudenken erschließt eine veränderte Sichtweise und Bewertung. Dies eröffnet den Schülerinnen und Schülern auch die Möglichkeit der selbstkritischen Reflexion: Sie lernen, die Motive eigenen Handelns zu hinterfragen und über verborgene Beweggründe nachzudenken. Anmerkungen zu den ausgewählten Arbeitsmethoden Zu Recht nehmen Arbeitsmethoden in den neuen Curricula einen besonderen Stellenwert ein. Sie müssen jedoch in einen sinnvollen Anwendungsbereich eingebettet und inhaltlich darauf abgestimmt sein. Außerdem müssen sie sich in angemessener Weise wiederholen, damit sie verinnerlicht werden und weitgehend automatisiert angewendet werden können. Die für diese Unterrichtseinheit ausgewählten Arbeitsmethoden sind auch fächerübergreifend anzuwenden. Sie bieten den Schülerinnen und Schülern an, sich in unterschiedlichen Ausdrucksformen zu üben und durch Kreativität in Sprache und bildlicher Darstellung eigene Gedanken zu generieren und bewusst zu machen. Dies gilt als Voraussetzung zur selbstkritischen Auseinandersetzung auch mit sich selbst. Die Aufgabenstellungen sind oftmals "rätselhaft" verpackt und motivieren nicht nur zu aktiver Mitarbeit, sondern fordern auch zu mehr Konzentration auf das Thema heraus, als es ein oberflächliches Lesen von Informationen mit anschließender linearer Abfragerei tun würde. Das Angebot gut überlegter Arbeitsmethoden und Aufgabenstellungen muss Denkprozesse initiieren und über die bloße Fokussierung auf richtige oder falsche Ergebnisse hinausgehen. Der Prozess der Lösungsfindung, die Reflexion derselben und die Ausbildung individueller Lernstrategien samt den dazu erforderlichen Kompetenzen stehen im Vordergrund der Methodenwahl. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeitsmethoden orientiert sich an der Initiierung von Kommunikations- und Denkprozessen. Die Schülerinnen und Schülern sollen unter anderem über den Austausch miteinander zu ihren Ergebnissen kommen, denn Unterricht ist immer auf Sprache und deren differenzierter und fachspezifischer Anwendung aufgebaut. Eigenständiges und selbstständiges Lernen ist mit allen Implikationen unerlässlich für die erfolgreiche Weiterentwicklung individuellen Lernens und ein erwünschtes und zentrales Anliegen für den Unterricht in jeder Klassen- und Altersstufe. Durch den Austausch finden Identitätsbildung und die Ausbildung eines kritisch-reflektierten Bewusstseins statt. Diesem Prozess muss Raum und Möglichkeit zur Entäußerung gegeben werden durch gemeinsame Gespräche im Plenum, im Stuhlkreis, durch Aufgabenstellung und Methodenwahl. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben und festigen ihre Lesefähigkeiten und -fertigkeiten im Umgang mit der Geschichte "Max und Moritz". erschließen sich Textinhalte und stellen sie in nachvollziehbare Begründungszusammenhänge. üben den Perspektivwechsel und kommen so zu differenzierten Bewertungen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten selbstständig ein Themenheft zur ausgewählten Lektüre. üben sich in kommunikativen Arbeitsformen in der Partner- und Gruppenarbeit sowie im Plenum. recherchieren im Internet weitere Werke von Wilhelm Busch. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben sich im Zuhören und Argumentieren. nehmen die Argumente ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler auf und beziehen sie in die eigenen Gedanken mit ein. reflektieren ihr eigenes Verhalten und ihre eigenen Vorlieben und formulieren Begründungen.

Mit Unterrichtsmaterialien der Max-Planck-Gesellschaft erarbeiten Schülerinnen und Schüler, wie Brennstoffzellen funktionieren und welche technischen Herausforderungen sie an die Forschung stellen. Auch die Frage, ob Brennstoffzellen-Autos automatisch umweltfreundlich sind, wird untersucht. An Bord eines Raumschiffs ist Platz Mangelware - und so stattete die NASA schon in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts ihre Raumfahrzeuge mit kompakt gebauten und energieeffizienten Brennstoffzellen aus. Die "leise Knallgasreaktion" von Wasserstoff und Sauerstoff liefert Astronauten nicht nur Energie, sondern als einziges "Abfallprodukt" auch noch das lebenswichtige Wasser. Aber auch im Alltag wären Brennstoffzellen nützlich, da sie eine deutlich längere Lebensdauer als Batterien oder Akkus haben. In Laptops, Handys und MP3-Playern könnten sie Batterien und Akkus ersetzen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet derzeit wasserstoffbetriebene Membran-Brennstoffzellen zur Notstromversorgung in Flugzeugen. Eine positive Umweltbilanz haben Brennstoffzellen aber nur, wenn der Wasserstoff umweltfreundlich erzeugt wird, zum Beispiel durch die Elektrolyse von Wasser mit Sonnenergie. Wenn Sie Theorie und Praxis miteinander verbinden möchten: Einige Schülerlabore bieten Experimente mit Brennstoffzellen an (siehe Links zum Thema ). Die Thematik bietet viele Anknüpfungspunkte an Lehrpläne (Redox- und Elektrochemie, Fähigkeit zur Beteiligung an gesellschaftlichen Diskursen über Naturwissenschaft und Technik) und eignet sich für einen fächerübergreifenden Unterricht. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch Beiträge aus der GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) ergänzt. Diese bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen. Themen der Unterrichtseinheit Laptops oder Handys, die von winzigen Brennstoffzellen gespeist werden, Kleinkraftwerke auf Wasserstoffbasis, die Wohnhäuser mit Energie und Wärme versorgen und umweltfreundliche "Wasserstoffautos" - Forscherinnen und Forscher entwickeln zurzeit immer neue Ideen, wie Brennstoffzellen im Alltag genutzt werden können. Allerdings sind die meisten Brennstoffzellen-Typen von der Serienreife noch weit entfernt. Zum einen fehlt es an den technischen Möglichkeiten zur umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff. Das Ausweichen auf Methanol als Brennstoff könnte dabei helfen, die Technologie zu einer Alternative zu fossilen Brennstoffen werden zu lassen. Auf der Suche nach den perfekten Werkstoffen für die Brennstoffzelle von Morgen ist man zwar auf einem guten Weg - auch mithilfe der Nanochemie - aber eben noch nicht am Ziel. Bezug zur Nanotechnologie Damit die "kalte Verbrennung" von Wasserstoff funktioniert, müssen beide Elektroden der Brennstoffzelle mit einem Katalysator beschichtet sein. Am Max-Planck-Institut für Kohlenstoffforschung in Mühlheim an der Ruhr werden dafür Metall-Nanopartikel entwickelt, die für eine große katalytisch aktive Oberfläche sorgen. Die Metalloxid-Nanoteilchen werden zunächst auf einem Trägermaterial - das können feine Rußkörnchen sein - fixiert, danach zu einer porösen Elektrode zusammengepresst und anschließend zum Metall reduziert. Materialien der Max-Planck-Gesellschaft Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Unterrichtsverlauf und Materialien Der Verlauf der Doppelstunde und die Anbindung des Themas an die Lehrpläne werden kurz skizziert. Hier finden Sie auch eine Übersicht der Materialien. GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema Die hier zusammengestellten Artikel (PDF-Download) bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen. Die Schülerinnen und Schüler sollen: Brennstoffzellen als alternative Energiequellen für Fahrzeuge oder Mobilfunkgeräte kennen lernen. die Umweltfreundlichkeit von Brennstoffzellen realistisch einschätzen können. das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle erarbeiten und erklären können. erkennen, welche Probleme Forscherinnen und Forscher auf dem Weg zum serienreifen Produkt noch überwinden müssen. Fast alle Schülerinnen und Schüler besitzen einen tragbaren Computer, ein Handy oder eine Digitalkamera. Mit der Meldung "Akku fast leer - bitte laden" sind sie daher vertraut. Das unerwünschte Phänomen wird als Einstieg in die Thematik genutzt: "Damit diese ärgerliche Meldung bald seltener wird, arbeiten Forscherinnen und Forscher intensiv an der Entwicklung von Brennstoffzellen." Der Unterrichtseinstieg schafft einen konkreten Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler und sorgt so für (hoffentlich) großes Interesse. Er zeigt zudem, dass Forschung kein Selbstzweck ist, sondern auch einen konkreten Anwendungsbezug hat und das Leben der Menschen erleichtern kann. Selbsttätige Aneignung von Wissen Im Rahmen der ersten Erarbeitungsphase steht die selbstständige Informationsaneignung im Mittelpunkt des Unterrichts. Die Schülerinnen und Schüler sollen dabei nicht nur Text- und Bildmaterialien auswerten und Inhalte zusammenfassen, sie müssen die erarbeiteten Ergebnisse auch auf ein komplexes grafisches Schema übertragen. Um die selbsttätige Aneignung von Wissen zu forcieren, erledigen die Lernenden die Aufgaben in Kleingruppen (drei bis vier Personen). In der Diskussion mit den anderen Teammitgliedern sollen dabei mögliche Unklarheiten und Verständnisschwierigkeiten besprochen und beseitigt werden. Blick hinter die "Kulissen" der Forschung Da die Möglichkeiten des unmittelbaren Lernens beim Thema Brennstoffzellen eingeschränkt sind, sollen die Schülerinnen und Schüler im zweiten Teil der Unterrichtseinheit zumindest anhand eines Arbeitsblatts einen Blick in die spannende Welt der Brennstoffzellenforschung werfen. Anhand des Themas "Neue Membranen für bessere Brennstoffzellen" lernen sie, wie die noch vorhandenen Mängel der Brennstoffzellen beseitigt werden könnten, um zu einem besseren Produkt zu gelangen. Sie werden aber auch dafür sensibilisiert, dass noch viel Grundlagenforschung zu leisten ist, bis Brennstoffzellen zu einer wirklichen technischen Lösung im Alltag werden können. Die Lehrpläne der Bundesländer für das Fach Chemie bieten vielfältige Anknüpfungspunkte für den Einsatz der Materialien in der Sekundarstufe II. Hier einige Beispiele: Bedeutung der Chemie für die Gesellschaft und für die Bewältigung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen (Nordrhein-Westfalen) Von der Wasserelektrolyse über die Knallgasreaktion zur Brennstoffzelle (Nordrhein-Westfalen) Entwicklung der Fähigkeit, am gesellschaftlichen Diskurs über Naturwissenschaft und Technik teilzunehmen (Sachsen) Redoxreaktionen und deren Bedeutung für die Herstellung ortsunabhängiger Spannungsquellen (Bayern) Unter dem Leitgedanken "Erneuerbare Energien - Klimaretter oder teure Prestigeobjekte?" könnte ein fächerübergreifendes Unterrichtskonzept stehen, zu dem die hier vorgestellte Brennstoffzelleneinheit gut passen würde: Chemie Grundlegende Aspekte zu Brennstoffzellen und anderen erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Biokraftstoffe oder Biomasse, werden vorgestellt. Physik Hier steht neben Solarenergie und Strom aus Wasserkraft oder Windkraftanlagen vor allem die Kernfusion im Focus: Grundlagen und Schwierigkeiten der Umsetzung werden thematisiert. Biologie Hier werden ökologische Probleme untersucht, die sich aus der Nutzung erneuerbarer Energien ergeben, zum Beispiel die Auswirkungen von Windanlagen auf den Vogelzug oder die Folgen von Staudämmen für Flussökosysteme. Geographie, Wirtschaft Im Erdkundeunterricht nimmt das Thema Klima einen breiten Raum ein: anthropogene Ursachen für den Treibhauseffekt und die globale Erwärmung werden diskutiert. Auch die Abhängigkeit der Weltwirtschaft von fossilen Brennstoffen sollte thematisiert werden. Politik Die Lernenden beschäftigen sich mit dem Streit um die Ökosteuer und den Problemen bei der Durchsetzung einer nationalen oder weltweiten Energiewende. Auch das Erneuerbare-Energien-Gesetz in Deutschland und die Möglichkeiten und Grenzen internationaler Abkommen zum Schutz der Atmosphäre werden beleuchtet. Die GDCh-Wochenschau informiert über aktuelle Themen aus der chemischen Forschung und Entwicklung. Zum Unterrichtsthema passende Beiträge sind für Lehrerinnen und Lehrer bei der Vorbereitung des Unterrichts eine Fundgrube für interessante und weiterführende Informationen. Schülerinnen und Schüler können die Artikel im Rahmen von WebQuests oder zur Vorbereitung von Referaten nutzen. Einige für diese Unterrichtseinheit relevante Artikel stellen wir hier kurz vor. Die vollständigen Beiträge stehen als PDF-Download zur Verfügung. Die Aktuelle Wochenschau der GDCh Jede Woche finden Sie auf der Webseite der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) einen Beitrag zur chemischen Forschung und Entwicklung. Der Übersichtsartikel fasst die Argumente von Befürwortern und Kritikern einer Wasserstoff-Wirtschaft zusammen: Zwar ermöglicht die Wasserelektrolyse eine energieeffiziente Erzeugung von Wasserstoff aus dem reichlich vorhandenen Rohstoff. Einer realisierbaren Wasserstoff-Wirtschaft stehen jedoch noch ungelöste Probleme beim Transport und bei der Lagerung des Brennstoffs im Weg. Zu den Sicherheits- und Verteilungsproblemen kommt im Vergleich zu herkömmlichen Energieträgern noch die niedrige Energiedichte pro Volumeneinheit als Nachteil hinzu. Wie der Disput bis zum Anbruch eines regenerativen Energiezeitalters verlaufen wird, ist offen. Energie aus der Brennstoff-Oxidation ohne thermisch-mechanische Umwege Was als Vorteil der Brennstoffzelle erscheint - die Erzeugung elektrischer Energie direkt aus der Oxidation eines Brenngases ohne Umweg über eine Flamme, eine Gas- oder Dampfturbine und einen Generator - entpuppt sich bei der Realisierung als große Hürde. Die aggressiven chemischen Bedingungen um den Verbrennungsvorgang herrschen nämlich in der Brennstoffzelle auch dort, wo elektrischer Strom über korrosionsanfällige Kontakte zwischen verschiedenen Materialien fließen muss. Ohne High-Tech keine Brennstoffzelle Nur High-Tech-Werkstoffe, die dementsprechend teuer sind, halten den Anforderungen des Brennstoffzellen-Betriebs stand. Die damit verbundenen Kosten sind zur Zeit mit einem wirtschaftlich konkurrenzfähigen Produkt noch nicht vereinbar. Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle Neben dem allgemeinen Aufbau und der Funktionsweise von Brennstoffzellen werden die Vorteile einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle dargestellt. Sie kann ihre eigene Abwärme dazu nutzen, den Wasserstoff, den sie "verzehrt", aus Erdgas ohne zusätzlichen Energieaufwand freizusetzen und erzeugt weniger Kohlenstoffdioxid als vergleichbare konventionelle Blockheizkraftwerke. Ihre prinzipielle Funktionsfähigkeit wurde bereits gezeigt. Bis zur Entwicklung marktgerechter Lösungen müssen aber noch viele Herausforderungen bewältigt werden. Kryospeicherung und Drucktanks erscheinen nicht praktikabel Transport und Speicherung von Wasserstoff bringen bei der Nutzung von Brennstoffzellen Probleme mit sich, die bis heute nicht gelöst werden konnten. Die Verflüssigung von Wasserstoff in Vorratstanks an Tankstellen und in Tanklastwagen ist mit einem erheblichen Verlust an nutzbarer Energie verbunden. Eine kryogene Speicherung in den kleinen Tanks der Endverbraucher ist nicht praktikabel: Trotz extrem aufwendiger Isolierungen käme es bereits nach einigen Tagen zu Abdampfverlusten. Eine physikalische Speicheralternative sind Drucktanks. Aber auch hier geht Energie verloren. Zudem steigen mit dem Druck in den Tanks auch die Sicherheitsanforderungen. Chemische Alternativen Eine kurze Übersicht zeigt, dass es einerseits eine Vielzahl von Ansätzen zur Entwicklung von Wasserstoff-Speichermaterialien gibt, dass andererseits aber noch kein System gefunden werden konnte, bei dem sich ein realistisches Potential für den Einsatz in Autos abzeichnet. Auf diesem Gebiet werden noch enorme Anstrengungen erforderlich sein, wenn man in der Zukunft nicht von Kryo- oder Hochdruckspeichersystemen abhängig sein will. Der Beitrag skizziert folgende Speichermöglichkeiten: Benzin und Diesel Die Wasserstoffspeicherung mit Kohlenwasserstoffen wie Benzin und Diesel hätte den großen Vorteil, dass es keinerlei Infrastrukturprobleme gäbe, ist jedoch für den Antrieb von Autos aus technischen Gründen nicht praktikabel (hohe Temperaturen, aufwendige Gasreinigung). Methanol Trotz ähnlicher Probleme (Gasreinigung) wurden mit Methanol betankte Prototypen erfolgreich getestet. Allerdings ist die Einrichtung einer Methanol-Infrastruktur parallel zur existierenden Infrastruktur für Diesel und Benzin wirtschaftlich unattraktiv. Hydride und Imide Wesentlich attraktiver erscheinen Hydride, die reversibel Wasserstoff aufnehmen oder abgeben können. Trotz vielversprechender Ansätze ist ein großer Teil der komplexen Hydride bisher wenig oder kaum untersucht. Es besteht daher durchaus Hoffnung, dass auf diesem Gebiet noch technisch relevante Systeme entdeckt werden könnten. Metal-Organic-Frameworks (MOFs) Die hochporösen metallorganischen Gerüstverbindungen zeigen in einigen Versuchen sehr hohe Speicherkapazitäten. Inwieweit diese Systeme die geweckten Erwartungen einlösen können, wird die Zukunft zeigen. Dreidimensionale Netzwerke lagern kleine Moleküle ein In den letzten Jahren fanden bemerkenswerte Entwicklungen im Bereich der porösen Materialien statt. Durch den modularen Aufbau metallorganischer Gerüstverbindungen lässt sich die Porengröße sogar maßgeschneidert an die Größe kleiner Moleküle wie Wasserstoff oder Methan anpassen. Damit gelten MOFs als aussichtsreiche Kandidaten für die Speicherung von gasförmigen Energieträgern. Hohe Methandichten bei Raumtemperatur Während Wasserstoff in MOFs nur bei niedrigen Temperaturen gespeichert werden kann, ist die Lage im Fall von Erdgas wesentlich günstiger. Methan (Hauptbestandteil von Erdgas) wird von MOFs bereits bei Raumtemperatur aufgenommen und auch wieder reversibel abgegeben. Es erreicht in den MOF-Poren nahezu die Dichte einer Flüssigkeit. Durch diese Technologie kann man den zur Speicherung einer bestimmten Methanmenge notwendigen Druck deutlich senken, was die Sicherheit erhöht. Die Verwendung von porösen Materialien als Speichermedien befindet sich jedoch noch in der Erprobungsphase. Der Beitrag skizziert verschiedene Wege zur Herstellung von Wasserstoff. Elektrolysetechnologien und deren Betriebsbedingungen werden vorgestellt. Am Beispiel der Niedertemperatur-Elektrolyse bei Standardbedingungen werden Wirkungsgrade und Zellspannungen betrachtet. Zudem wird über eine Versuchsanlage in Saudi Arabien zur Erzeugung "Solaren Wasserstoffs" mit Strom aus einem Solarfeld berichtet, an dessen Bau das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt war. Mit der Anlage konnte gezeigt werden, dass Wasserstoff per Elektrolyse mit einem Wirkungsgrad von etwa 70 Prozent regenerativ hergestellt werden kann. Als Brennstoffzelle für den kleinen Leistungsbereich wird in der Regel die Membranbrennstoffzelle verwendet, da ein Systemstart bei Raumtemperatur möglich ist. In Kombination mit einem Speicher für die Energieträger Wasserstoff oder Methanol sind kleine Brennstoffzellen eine Konkurrenz für Batterien und Notstromaggregate. Während Batterien - insbesondere die Lithium-Batterie - aber richtige "Kraftpakete" sind, sind Brennstoffzellensysteme eher "Energiepakete". Der Artikel stellt ihre Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile der Brennstoffe Wasserstoff und Methanol vor. So lange die regenerative Wasserstoffgewinnung, zum Beispiel über riesige Solaranlagen, noch nicht serienreif realisiert ist, schlägt Erdgas die Brücke zur Wasserstoffwirtschaft. Ein Vorteil von Erdgas ist seine heute schon nahezu flächendeckende Verfügbarkeit in den Haushalten. Somit können Brennstoffzellen-Heizgeräte nahtlos in bestehende Heizsysteme integriert werden. Feldtests sollen den Markt für die neue Technologie sondieren und vorbereiten. Dieter Lohmann ist ausgebildet für das Lehramt an Gymnasien und arbeit als Redakteur beim Online-Magazin Scinexx .

Diese Unterrichtseinheit fokussiert die Musikrichtung des Swing am Beispiel der Stücke "New York, New York" und "Fly Me To The Moon". Die Unterrichtsstunden zum Swing können thematisch eingebettet werden in eine längere Unterrichtseinheit zum Jazz, dessen Vorläufern, Ausprägungen und Entwicklungen und durch Betrachten eines Konzertvideos des deutschen Sängers Max Mutzke mit der SWR-Bigband aus dem Jahr 2025 einen musikalischen Bogen zur Gegenwart spannen. Schwerpunkte der Einheit Die Musikrichtung Swing ist seit dem Tod des deutschen Sängers Roger Cicero im Jahr 2016 gerade bei Jugendlichen etwas aus der Mode gekommen und aus ihrem musikalischen Blickfeld geraten. Im Jahr 2025 versucht der stimmgewaltige deutsche Sänger Max Mutzke zusammen mit der SWR-Bigband dieses Genre wiederzubeleben und in den medialen Fokus zu rücken. Dennoch kennen Teenager oftmals aus Filmen und Serien die Welthits von Frank Sinatra "New York, New York", "My Way" oder "Fly Me To The Moon". Diese Unterrichtseinheit dient dazu, diese beschwingte Musikrichtung vorzustellen, die wichtigsten musikalischen und geschichtlichen Informationen darzustellen und gemeinsam ein Stück zu musizieren. Zielsetzung Nachdem die Schülerinnen und Schüler im Idealfall bereits den Jazz und seine Vorläufer ( Worksongs , Spirituals & Gospels und Blues ) kennengelernt haben, sollen sie nun einen weiteren Aspekt des Jazz kennenlernen: den Swing. Da vermutlich wenige Schülerinnen und Schüler eine genaue Vorstellung von dieser Musikrichtung haben, sollen sie den Swing in dieser Unterrichtseinheit sowohl theoretisch, anhand ausgewählter Merkmale und anhand berühmter Musiker (Max Mutzke, Robbie Williams, Glenn Miller, Benny Goodman, Frank Sinatra, Michael Bublé), kennenlernen und auch praktisch am Stück "Fly Me To The Moon" erfahren. Dieses Stück kann auch gemeinsam musiziert werden, entweder gesungen zur Karaoke-Version oder mit Klavier oder Gitarre begleitet. Ein einfaches Arrangement ist in dieser Unterrichtseinheit enthalten. Kompetenzerwerb Die Schülerinnen und Schüler lernen theoretisch und praktisch die Musikrichtung Swing kennen. Sie vertiefen ihr bereits vorhandenes Wissen und hören und vergleichen verschiedene Musikstücke aus der Vergangenheit mit neueren Interpretationen. Zudem wird gemeinsam musiziert und gesungen. Relevanz des Themas Wie Jazz allgemein, so ist auch der Swing erfahrungsgemäß eine Musikrichtung, die auf eher wenig Interesse und Popularität bei Jugendlichen stößt, wenngleich er durch Künstler wie Michael Bublé, Robbie Williams oder zuletzt Max Mutzke immer wieder einen aktuellen Schub erfahren hat. Dennoch ist das Behandeln dieser Musikrichtung im musikalischen Themenkreis Jazz unverzichtbar. Deshalb ist es wichtig, den Schülerinnen und Schülern auch heute noch diese wichtige und bedeutsame Stilrichtung nahezubringen. Dabei soll die Klasse auf abwechslungsreiche, nachvollziehbare und emotionale Weise einen Zugang zum Swing finden, der an ihre Lebenswelt anknüpft und ihr musikalisches Verständnis vertieft. Der aktuelle Konzertfilm von Max Mutzke mit der SWR-Bigband trägt dazu bei. Dies geschieht in dieser Unterrichtseinheit zum einen durch einen Kontrast, indem man den Swing direkt nach dem eher traurigen, melancholischen Blues behandelt, und zum anderen durch die Behandlung berühmter Swing-Stücke, die den Lernenden bereits bekannt sind. Vorkenntnisse Grundsätzlich sind keine speziellen Vorkenntnisse notwendig. Einige Stücke sollten den Schülerinnen und Schülern zum Beispiel aus dem Englischunterricht (Thema USA) oder aus dem privaten Umfeld bereits bekannt sein. Didaktisch-methodische Analyse Die Unterrichtseinheit bietet eine Reihe von Sozialformen und eine Abwechslung von Methoden. Verschieden Phasen zwischen Plenum, Gruppenarbeit, aktivem Zuhören und gemeinsamen Musizieren wechseln sich ab. Vorbereitung Die Lehrkraft wählt die verschiedenen Video- und Hörbeispiele vorab aus; je nach digitaler Ausstattung können die Arbeitsblätter in digitaler Form oder laminiert in Papierform den Schülerinnen und Schülern bereitgestellt werden. Ebenso sollte sich die Lehrkraft vorher im Klaren darüber sein, auf welche Weise die Ergebnisse der Lernenden präsentiert werden sollten und inwiefern die eigenen und die musikalischen Fähigkeiten der Klasse ausreichen, um beispielsweise das Stück "Fly Me To The Moon" gemeinsam zu musizieren. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler aktivieren ihr Vorwissen und lernen den Swing praktisch und theoretisch kennen. lernen verschiedene stiltypische Stücke und Musiker des Swing kennen. lernen die Merkmale des Swing und die historischen Hintergründe kennen und stellen einen musikalischen Bogen zu einem aktuellen Swing-Konzert her. musizieren gemeinsam "New York New York" und "Fly Me To The Moon" und erfahren praktisch den ternären Rhythmus in einer Übung. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen den Umgang mit Dokumentenkamera und Laptop/PC, beziehungsweise mit dem iPad und einer digitalen Tafel. lernen das Präsentieren von Ergebnissen je nach Ausstattung des Klassenraums. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler halten sich an Gesprächsregeln im Unterrichtsgespräch. sind diszipliniert beim Anhören von bekannten und unbekannten Stücken. arbeiten gut und respektvoll mit ihrer Partnerin oder ihrem Partner. hören sich verschiedene Meinungen an und kreieren gemeinsam neue Musik.

Dieses Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler in die Grundlagen der Tabellenkalkulation ein. In zwei Stufen üben sie den Aufbau eines Tabellenblattes, die Arbeit mit Zellen und Zellbereichen, die Anwendung statistischer Funktionen und vieles mehr.Die Materialien wurden vom MINT EC e. V. in Zusammenarbeit mit dem Learning Lab der Universität Duisburg-Essen entwickelt. Der Verein MINT-EC ist eine Initiative der Wirtschaft zur Förderung mathematisch-naturwissenschaftlicher Gymnasien und zur Qualifizierung von MINT-Nachwuchskräften in Deutschland. Das Duisburg Learning Lab dient der Ausbildung von Studierenden und Lehrenden im Bereich Konzeption und Entwicklung mediengestützter Lernangebote.Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Aufbau eines Tabellenblattes und adressieren Zellen. passen Spaltenbreite und Zeilenhöhe an die Bedürfnisse an. tragen Inhalte in Zellen wie Texte und Zahlen ein und formatieren diese grundlegend (Schriftart, Schriftattribute). erklären Fehler bei Formeln und beim Kopieren und korrigieren diese sachgerecht. sortieren Tabellen nach verschiedenen Kriterien. verwenden einfache arithmetische und statistische Funktionen (SUMME, MIN, MAX, MEDIAN, arithmetisches MITTEL). verwenden den Datentyp Prozent richtig und berechnen relative Häufigkeiten. erstellen, formatieren und erläutern zu Daten grafische Darstellungen und wenden diese sachgerecht an (Säulen- und Balkendiagramm, Kreisdiagramm). Materialien zur Informationstechnischen Grundbildung Beiträge und Resultate aus den vielfältigen Aktivitäten des nationalen Excellence-Schulnetzwerks MINT-EC und seiner Netzwerkschulen werden in der Schriftenreihe "Materialien zur Informationstechnischen Grundbildung" zusammengeführt und veröffentlicht. In verschiedenen Themenclustern erarbeiten MINT-EC-Lehrkräfte und Schulleitungen Schul- und Unterrichtskonzepte, entwickeln diese weiter und nehmen dabei neue Impulse aus Wissenschaft und Forschung und aus aktuellen Herausforderungen der schulischen Praxis auf.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Biologie der Klassen 11-13 vermittelt den Schülerinnen und Schülern die dreidimensionale Hämoglobinstruktur als Thema. Sie erkunden die komplexe Welt der Proteine, deren Aufbau und Funktionen, einschließlich der Transportfunktion durch Zellmembranen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten ein vertieftes Wissen über Proteine. Innerhalb der Unterrichtseinheit werden der Aufbau sowie die Funktion der Proteine detailliert besprochen. Es werden sowohl die funktionellen Gruppen der Aminosäuren als auch die Bildung einer Peptidbindung zwischen Aminosäuren betrachtet. Dann können die verschiedenen Funktionen der Proteine anhand eines Gruppenpuzzles erarbeitet und das Wissen mittels Anwendungsaufgaben gesichert werden. Abschließend beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Transportprotein Hämoglobin, sowie dessen Funktion als Carrier von Sauerstoff von der Lunge ins Gewebe. Wahlweise können sie sich mit der Wirkweise von Kohlenstoffmonoxid auf molekularer Ebene und den damit verbundenen Gefahren auseinandersetzen, indem sie eine Anwendungsaufgabe in Paar- oder Gruppenarbeit lösen. Oder aber sie beschäftigen sich mit dem weiterführenden Thema der Entstehung einer Anämie. Die Lernenden sind in der Lage die strukturellen Besonderheiten der Aminosäuren zu beschreiben und wissen wie zwei Aminosäuren kovalent miteinander verbunden sind. Die Schülerinnen und Schüler definieren und unterscheiden die vier verschiedenen Ordnungsebenen der Proteine. Darüber hinaus wenden sie ihr zuvor erarbeitetes Wissen bei Anwendungsaufgaben an und erweitern ihre Kenntnisse über Transportproteine anhand des Beispiels Hämoglobin. Der Fokus liegt auf der Erarbeitung von Fachwissen in Bezug auf Proteine. Neben fachspezifischen Kompetenzen erlernen die Schülerinnen und Schüler aber auch Sozialkompetenzen wie Kommunikations- und Teamfähigkeit. Zudem verbessern sie ihre Recherchefähigkeit, indem sie verschiedene Medien und Informationsquellen durchsuchen. Das Analysieren digitaler Inhalte fördert darüber hinaus einen kritisch reflektierten Umgang mit dem Internet, was gerade im Zuge der Entwicklung KI-generierter Inhalte von großer Wichtigkeit ist. Proteine sind bundesweit in allen Rahmenlehrplänen des Faches Biologie zu finden. Sie gehören zu den Hauptnährstoffen und sind Bestandteile der Nahrung. Sie besitzen eine große Vielfalt verschiedener Funktionen wie den Transport von Stoffen, der Regulation verschiedener Stoffwechselprozesse oder als Bestandteil des Immunsystems. Für Menschen sind sie essenziell. Das vorliegende Unterrichtsmaterial kann für die Einführungsphase "Struktur und Funktion von Proteinen und Enzymen" in der Sekundarstufe II verwendet werden. Die Einheit ist binnendifferenziert angelegt, wodurch Grundkurse und Leistungskurse mit dem Material arbeiten können. Es stellt Lernmethoden wie Think-Pair-Share oder Gruppenpuzzle zur Verfügung. Die Aufgabenstellungen können in verschiedenen Sozialformen wie Einzelarbeit, Paararbeit oder Gruppenarbeit gelöst werden. Bei Bearbeitung des ersten Arbeitsblattes sollte auf die Linktipps hingewiesen werden, da die Visualisierung der Strukturebenen den Schülerinnen und Schülern dabei hilft, ihr Verständnis zu verbessern. Ein Lernvideo über den Prozess der Proteinfaltung auf fortgeschrittenem Niveau kann für heterogene Lerngruppen genutzt oder im Leistungskurs gezeigt werden. Es erlaubt einen Einblick in die Forschungsarbeit der Arbeitsgruppe um Herrn Prof. Harald Schwalbe an der Goethe-Universität und kann als Vertiefung angeboten werden. Mithilfe einer Zusatzaufgabe kann die Transportfunktion von Proteinen durch die Membran vertieft werden. Hierbei wird auf die Unterschiede zwischen passivem und aktivem Transport durch die Membran eingegangen. Ein angefügtes Lernvideo erlaubt das selbstständige Erarbeiten des vertiefenden Wissens. Das Gruppenpuzzle ermöglicht als kooperative Lernmethode eine kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler und vertieft durch Erklären des eigenen Expertenthemas das Verständnis. Das in der Sekundarstufe I vermittelte Basiswissen in Bezug auf menschliche Stoffwechselprozesse wird vorausgesetzt. Ein grundlegendes Fachwissen hinsichtlich funktioneller Gruppen und Bindungen ist darüber hinaus hilfreich. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau sowie die vier Ordnungsebenen der Proteine kennen. verstehen verschiedene Funktionen der Proteine. erarbeiten sich vertiefendes Wissen über das Transportprotein Hämoglobin. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich Wissen anhand verschiedener Informationstexte. recherchieren selbstständig im Internet und trainieren ihre Fähigkeit Quellen reflektiert auszuwählen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler geben ihr Wissen an andere Mitschülerinnen und -schüler weiter. arbeiten in Gruppen zusammen und verbessern dabei ihre Kommunikations- und Teamfähigkeit. von der Saal, K. (2020) Biochemie. Springer-Verlag GmbH Deutschland. ISBN: 978-3-662-60689-6; S. 10 ff; S. 16 ff. L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, R. B. Orr (2025) Campbell Biologie Gymnasiale Oberstufe. Pearson Benelux B. V. ISBN: 978-3-86894-451-8; S. 97 ff.; S. 148 ff.; S. 1281 ff. Larsen R. Physiologie der Atmung. Anästhesie und Intensivmedizin für die Fachpflege. 2016 Jun 14:696–708. German. Doi: 10.1007/978-3-662-50444-4_52. PMCID: PMC7531425. IMD: Was sind Autoimmunerkrankungen? https://www.imd-berlin.de/spezielle-kompetenzen/autoimmunshyerkrankungen Max-Planck-Gesellschaf: Proteinfaltung https://www.mpg.de/21261/proteinfaltung Max-PLanck-Institut: Stau in der Preoteinfabrik https://www.mpi-muenster.mpg.de/156357/20150604_stau-in-der-proteinfabrik [letzter Abruf jeweils: 06.05.2026]

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Evolution: Entstehung der Welt" lernen die Schülerinnen und Schüler die Evolutionstheorie von Charles Darwin kennen. Das angestrebte Wissen basiert auf naturwissenschaftlichen Erkenntnissen und führt Ursache-Wirkungsbeziehungen auf diese zurück. Eine ideologie- und mythenfreie Darstellung erhebt den Anspruch an aufgeklärte Wissensvermittlung im Unterschied zur Schöpfungsgeschichte des Alten Testaments. Die Unterrichtseinheit für die Klassen 4 bis 6 stellt den Lernenden kleinschrittig und didaktisch reduziert die evolutionäre Entwicklung vor. Schlüsselbegriffe der Einheit sind Fossilien, Entwicklung und Entstehung von Leben, die Erdzeitalter, Bedrohung und Aussterben von Arten sowie die evolutionären Prinzipien von Darwin: Natürliche Variation einer Art / Anpassung (Survival of the fittest) / Wie neue Arten entstehen. Zum Verständnis von Wissenschaft Zu Beginn der Einheit sollte ein grundlegendes Verständnis zur Bedeutung von "Wissenschaft" im Unterschied zu Fiktion und Mythen geschaffen werden. Den Schülern und Schülerinnen werden bekannte Textsorten vorgestellt, besipielsweise Max und Moritz, Harry Potter, Märchen. Die Schülerschaft lernt, dass diese Textsorten unterhaltsame Lektüre sind, die aber nicht als Abbild der Wirklichkeit verstanden werden dürfen. Demgegenüber steht wissenschaftliches Arbeiten mit Beweisführung, Dokumentation und Überprüfbarkeit. Unterrichtsablauf Die Unterrichtseinheit wird mit der Frage eröffnet, wie sich die Schülerinnen und Schüler die Entstehung des Lebens auf der Erde vorstellen. Unterschiedliche Hypothesen werden notiert. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Naturwissenschaftler Charles Darwin kennen und setzen sich mit dem Begriff "Evolution" auseinander. Der Begriff Fossil sollte als Beweismittel für Darwins Theorien thematisiert werden. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten gemeinsam, welche biologischen Grundlagen gegeben sein müssen, damit sich Leben auf unserem Planeten entwickeln kann. Die Entwicklung von Kleinstlebewesen zu immer höher entwickelten Tieren wird in einer Abbildung dargestellt. Mithilfe dieser erkennen und benennen die Schülerinnen und Schüler die nächstfolgenden evolutionären Entwicklungsschritte. Sie lernen außerdem die Einteilung der unvorstellbar langen Zeitspanne in Erdzeitalter kennen. Anhand von Beispielen (etwa des Maulwurfs) erläutert die Lehrkraft die Notwendigkeit der Übereinstimmung von physiologischer und anatomischer Ausstattung aller Lebewesen mit ihrer Umwelt. Anhand des Anpassungsbeispiel der Darwinschen Finken wird Darwins Zitat erarbeitet: "Survival of the fittest". Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden, dass hiermit nicht die Aufforderung gemeint ist, der "Stärkere" setzt sich durch, sondern dass die Fähigkeit von Flexibilität und Reaktionsvermögen auf die Umweltverhältnisse das Überleben einer Art sichern. Auch in der heutigen Zeit gibt es zahlreiche aktuelle Meldungen über das Aussterben bedrohter Tierarten. Die Lehrkraft kann zu diesem Thema Recherche-Aufgaben an Gruppen verteilen oder aber Vertreter von Tierschutz- und Umweltschutzverbänden in die Schule einladen. Von den Ergebnissen werden Plakate gestaltet, die die Schulöffentlichkeit informieren. Die Schülerinnen und Schüler lernen im weiteren Verlauf, dass das erste Leben aus Einzellern bestand und ausschließlich im Wasser, im Urmeer, entstehen konnte. Die Begriffe "Zelle" und "Zellteilung" werden altersgemäß vorgestellt, damit die Lernenden schlussfolgern können, dass aus Einzellern durch Zellteilung Mehrzeller werden. Durch Umwelteinflüsse verändert sich das Urmeer und die Einzeller und Bakterien verändern und entwickeln sich laufend weiter. Das Urmeer wird sehr "voll", das Nahrungsangebot wird knapper. Gleichzeitig entwickeln sich an Land Pflanzen und bieten neue Ressourcen. Aus den Fischen entwickeln sich Landtiere. Das Beispiel Wolf und Hund dokumentiert diese Veränderung für die Schülerinnen und Schüler einprägsam, da beide Tierarten den Schülerinnen und Schülern bekannt sind. In allen Erdzeitaltern kommt es zum Aussterben bestimmter Tierarten. Diese Tatsache sollte in den Zusammenhang mit aktueller Umweltpolitik gestellt werden und die Lernenden motivieren, sich für den Erhalt natürlicher Lebensbedingungen einzusetzen. Die Entwicklung von menschenähnlichen Primaten hin zum Homo Sapiens Sapiens ist ein unvorstellbar langer Prozess. Die wesentlichen Entwicklungsschritte werden beschrieben, sodass die Lernenden entdecken, dass "Evolution" kein abgeschlossener, sondern ein sich permanent weiterentwickelnder Prozess ist. Wie sich Mensch und Lebensweisen ändern und weiterentwickeln, wird in Karikaturen dargestellt und regt die Schülerinnen und Schüler an, sich weitergehende Gedanken zu machen und kreative Beispiele zu entwerfen. Zu unterschiedlichen Themen lassen sich Interessensgruppen bilden, die ihren Blick in die Zukunft auf Plakaten gestalten und präsentieren. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen evolutionäre Prinzipien kennen, nach denen sich das Leben auf der Erde entwickelt hat. benennen und begründen den Unterschied zwischen Glauben und Wissenschaft. lernen wissenschaftliche Methoden kennen, mit denen Darwin seine Theorie begründet. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren im Internet zu vorgegebenen Fragestellungen. deuten Symbole und Fossilien. arbeiten selbstständig, verstehen Aufgabenstellungen und setzen diese gezielt um. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler gehen mit den Beiträgen ihrer Mitschüler und Mitschülerinnen würdigend um. beziehen die geäußerten Gedanken ihrer Mitschüler und Mitschülerinnen in ihre eigenen Überlegungen mit ein. äußern sich zielführend und themenzentriert.

Auf dieser Seite haben wir Informationen und Anregungen für Ihren Physik-Unterricht zum Thema Atomphysik zusammengestellt. Ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Dieser Artikel ist die Basis aller Lehrer Online-Unterrichtseinheiten zum Einsatz von RCLs. Hier finden Sie grundlegende Informationen zu folgenden Themen: Prinzip von RCLs, allgemeiner und spezifischer Mehrwert von RCLs, Konzeption des RCL-Portals, Überblick zu RCLs auf dem RCL-Portal und Einordnung von RCLs unter den Physikmedien. Wie macht man aus einem MCL ein RCL? Um aus einem von Hand durchgeführten Experiment - einem Manually Controlled Laboratory (MCL) - ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) zu machen, müssen Experiment und Experimentator über Schnittstellen zum Internet miteinander verbunden werden (Abb. 1). Experimentseitig wird das MCL mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Aktoren sind meist Schrittmotoren, die das zu bewegende Element - wie beim RCL zum Fotoeffekt die Räder mit Grau- und Farbfiltern (Abb. 1) - sehr genau positionieren. Sensoren sind je nach RCL zum Beispiel Lichtsensoren, Geiger-Müller-Zählrohre, Schalter oder - wie beim Fotoeffekt - eine Fotozelle. Interface Das an einen Computer angeschlossene Interface mit Microcontroller und anpassbarer Sensor/Aktor-Elektronik übernimmt die Steuerung der Datenströme von und zu den Sensoren/Aktoren. Bereits jetzt kann ein Experimentator das RCL lokal vor Ort über ein Terminal-Programm mit dem programmierten Befehlssatz des Microcontrollers bedienen (Nahsteuerung). Ein auf dem Computer installierter Webserver mit Informationen zum RCL auf statischen Webseiten und mit der Bedienung des RCLs auf dynamischen Webseiten ermöglicht den Zugriff auf das RCL über das Internet (Fernsteuerung). Bildübertragung per Webcam Die Interaktivität zwischen dem RCL und dem Experimentator wird durch Videobilder von einer oder zwei Webcams (Beobachtung von Versuchseinstellungen und Versuchsergebnissen) und den dynamischen Webseiten (Auswahlfelder für Versuchseinstellungen, Ein- und Ausgabe von Versuchsdaten) hergestellt. Experimentatorseitig werden lediglich ein Internetzugang und ein Computer mit javafähigem Browser benötigt. Gestaltung von RCLs Die Entwicklung von RCLs ist zeitaufwändig und kostenintensiv. Die Investitionen müssen sich bei einer entsprechenden Gestaltung des RCLs und dem Einsatz der Internettechnologie in einem allgemeinen Mehrwert gegenüber MCLs auszahlen. Dazu werden folgende Aspekte beachtet: Authentizität zum MCL RCLs in der Raumfahrt müssen teilweise vollautomatisiert ablaufen. RCls zum Lernen von Physik müssen dagegen möglichst authentisch in der Durchführung zu einem MCL sein, um den Schülerinnen und Schülern Möglichkeiten und Anknüpfungspunkte für ihr eigenes Lernen zu geben. Dazu gehört, dass das RCL in ähnlicher Weise wie das MCL bedient (zum Beispiel Einschalten von Versuchsgeräten) und auf eine automatisierte Auswertung der Versuchsdaten verzichtet wird. Außer der schriftlichen Versuchsauswertung mit einem Taschenrechner können hierbei Tabellenkalkulationsprogramme und Computeralgebrasysteme genutzt werden (siehe Einordnung von RCLs unter den Physikmedien ). Barrierefreie Zugriffsmöglichkeit Der Zugriff auf die RCLs des RCL-Portals ist jederzeit, weltweit, kostenlos, ohne zusätzliche Software und ohne Anmeldung möglich. Ein Buchungssystem wird zukünftig auch die Reservierung von RCLs bieten (siehe Das RCL-Portal ). Intuitive Bedienbarkeit Die Bedienung der meisten RCLs erfolgt mit wenigen Bedienelementen bei maximaler Interaktivität des Nutzers mit dem RCL (siehe Das RCL-Portal ). Vollständigkeit Mit der Lernumgebung zum RCL kann der Nutzer ohne zeitaufwändige Suche von Informationen das RCL durchführen (siehe Das RCL-Portal ). Nachbaubarkeit Durch Dokumentation und durchgehenden Aufbau des RCLs mit Open-Source-Software ist ein Nachbau durch Schülerinnen und Schüler mit möglichst geringen Kosten möglich (siehe Zusatzinformationen ). Gestaltungsfreiheit Der Aufbau von RCLs bietet große Freiheiten in der Gestaltung der Experimentiermöglichkeiten mit dem RCL (siehe Spezifischer Mehrwert von RCLs ). Vorteile gegenüber MCLs und Kompensation von Nachteilen Ein zu flüchtiger Blick auf RCLs verleitet leicht zu der Aussage, dass eine Zwischenschaltung des Internets zwischen Experimentator und Experiment aufgrund der Distanz zu einem Verlust an Qualität gegenüber dem MCL führt. Das Dokument "vorteile_nachteile_RCL.pdf" informiert in Tabellenform über die Vorteile von RCLs gegenüber MCLs und zeigt, wie Nachteile von RCLs kompensiert beziehungsweise vorteilhaft genutzt werden können. Die Realisation eines RCLs nach dem mechanistischen Schema, die Versuchsdurchführung "irgendeines" Experiments fernbedienbar zu machen, ist wenig Erfolg versprechend, weil die Anforderungen an ein qualitativ hochwertiges RCL sehr komplex sind. Die nachfolgenden Leitfragen stellen die Entscheidung für oder gegen die Umsetzung eines in Planung befindlichen RCLs auf eine rationale Basis. Nur so lässt sich ein Mehrwert des realisierten RCLs gegenüber anderen Medien gewährleisten. Leitfragen zum Lehr-Lern-Kontext Ist das Thema des Experiments in der Physik, im Alltag und als Anwendung physikalischer Gesetze bedeutsam? Ist das Thema des Experiments auch Lehrplanthema? Ist das Experiment nicht an Schulen verfügbar (zu teuer)? Wird das Experiment im Unterricht nicht oder nur selten eingesetzt (zu zeitaufwändig, zu kompliziert, zu anspruchsvoll)? Haben Schülerinnen und Schüler Lern- oder Verständnisschwierigkeiten mit dem Thema des Experiments? Ist das Experiment nicht als Schülerversuch durchführbar (zu gefährlich: hohe Spannungen, gefährliche Strahlungen, giftige Substanzen)? Leitfragen zum Experiment Gibt es ausreichende und vielfältige Experimentiermöglichkeiten? Kann eine ausreichende Anzahl quantitativer Messungen durchgeführt werden? Sind über den Standardversuch hinausgehende Messungen möglich? Handelt es sich um ein völlig neues oder von Lehrgeräte-Herstellern nicht lieferbares Experiment? Kann das Experiment als Multi-Use-RCL mit vielen Experimentiermöglichkeiten im Rahmen eines Themengebiets realisiert werden? Leitfragen zur RCL-Realisation Ist der finanzielle und zeitliche Aufwand bei der Realisation durch den Mehrwert des RCLs gerechtfertigt? Ist die Verwendung von Standardkomponenten möglich? Sind alle Versuchsmaterialien beschaffbar oder herstellbar? Ist ein RCL wirklich das geeignete Medium (Simulationen und Messvideos als Alternativen)? Ist das Experiment bis jetzt noch nicht als RCL verfügbar? Können zeitabhängige Versuchsabläufe im Webcam-Bild dargestellt werden (Problem Datenübertragungsrate)? Folgende Punkte sind im Hinblick auf den Erwerb experimenteller Fertigkeiten und Fähigkeiten mit RCLs relevant: Die Anzahl der Experimente, die Schülerinnen und Schüler in Schulen selbst durchführen können, sind durch fehlendes Experimentiermaterial, zu große Klassen, zu hohen zeitlichen Aufwand oder dadurch, dass fast alle Oberstufenexperimente Lehrerdemonstrationsexperimente mit geringen Beteiligungsmöglichkeiten für die Lernende sind, stark begrenzt. Bei RCLs entfällt zwar der Aufbau und die haptische Durchführung des Experiments, was jedoch schneller höhere experimentelle Fähigkeiten in den Fokus rücken lässt. Bei der Nutzung von RCLs als Hausexperimente haben die Schülerinnen und Schüler genügend Zeit, um unbeeinflusst von anderen Lernenden und der Lehrkraft im eigenen Lerntempo experimentelle Fertigkeiten und Fähigkeiten zu üben. Das RCL-Portal zeichnet sich durch die folgenden Eigenschaften aus: Da auf RCLs im Internet weltweit zugegriffen werden kann, sind alle RCLs in englischer und deutscher Sprache, zwei zusätzlich in italienischer und französischer Sprache, verfügbar. Nutzer, die RCLs in ihre Landessprache übersetzen möchten, werden von der AG Didaktik der Physik an der TU Kaiserslautern unterstützt. Der Zugang zum RCL-Portal ist kostenlos und anmeldungsfrei (auch unter einem zukünftigen Buchungsystem). Die technischen Voraussetzungen sind: Ports 8080, 8081 (Windkanal), 8082 (Radioaktivität) und 8083 (Weltpendel Kaisersesch) müssen freigeschaltet sein. Zur Darstellung der Videobilder ist ein Browser mit installierter JRE (kostenloser Download) und mindestens DSL 1000 erforderlich. Zielgruppen des RCL-Portals sind technisch oder naturwissenschaftlich interessierte Laien, Schülerinnen und Schüler sowie Präsenz- oder Fernstudierende. Struktur der RCL-Webseiten Unter dem Hauptmenüpunkt "Labs" findet man die einzelnen RCLs. Nach der Auswahl eines RCLs gelangt man zu dem für alle Experimente einheitlich gestalteten Versuchs-Menü aus Einstieg (Einführung und Zielsetzung), Aufbau (Beschreibung und Daten), Theorie (theoretische Grundlagen und Hinweise zur Versuchsdurchführung), Aufgaben (experimentelle Fragestellungen), Labor (Versuchsdurchführung mit dem RCL), Diskussion (weiterführende Fragestellungen), Material (Versuchsmaterial, didaktisches Material und Literaturhinweise) und Betreuung (Inhaltliche Verantwortung und Versuchsentwickler). Abb. 2 (zum Vergrößern anklicken) zeigt einen Screenshot des RCLs "Windkanal". Struktur der Laborseiten Neben der linken Menüleiste (Abb. 2) werden die Videobilder (maximal zwei) der Webcams sowie die zur Durchführung und Auswertung des Versuchs unmittelbar benötigten Hinweise und Daten angezeigt. Im Bedienfeld rechts daneben kann der Experimentator über Buttons, Auswahllisten, Ein- und Ausgabefelder das RCL steuern. Mit dem Button "RCL RESET" lässt sich bei einer auftretenden Fehlfunktion der Webserver ferngesteuert neu starten. Verfügbarkeit der RCLs Da RCLs Liveexperimente sind, kann immer nur ein Experimentator die Kontrolle über das RCL haben. Ihm steht eine vom RCL abhängige, heruntergezählte Experimentierzeit zwischen zwei und fünf Minuten zur Verfügung (siehe Abb. 2, Bedienfeld oben). Innerhalb dieser Zeit setzt jede Aktion im Bedienfeld die noch verfügbare Experimentierzeit auf den Anfangswert zurück. Damit bleibt das Experiment auch für andere Nutzerinnen und Nutzer verfügbar, die die verbleibende Experimentierzeit angezeigt bekommen und die Aktionen des Experimentators im Videobild der Webcam(s) mitverfolgen können. Um in der Lehre das RCL mit Sicherheit verfügbar zu haben, wird zurzeit ein Buchungssystem entwickelt. Auf dem RCL-Portal sind derzeit die RCLs Elektronenbeugung, Lichtgeschwindigkeit, Fotoeffekt, Beugung und Interferenz, U-I-Kennlinen (zwei Varianten), Roboter im Labyrinth, Windkanal, Maut, Heißer Draht, Optische Pinzette, Optische Computertomographie, Radioaktivität, Rutherfordscher Streuversuch und Oszilloskop verfügbar. Eine verbesserte Variante von Beugung und Interferenz, Weltpendel, Optische Fouriertransformation/Ordnung und Unordnung werden bis Ende 2008 verfügbar sein. Der Datei "ueberblick_RCL_portal.pdf" können zu diesen fast 20 RCLs folgende Angaben entnommen werden: Fachgebiet, Zielgruppe und Lehrplanbezug Das RCL ist einem oder mehreren Fachgebieten zugeordnet. Es ist angegeben, ob das RCL in Sekundarstufe I, Sekundarstufe II oder der Universität und ob es im Rahmen der exemplarisch ausgewählten Lehrpläne von Rheinland-Pfalz eingesetzt werden kann. Single- oder Multi-Use-RCL Single-Use-RCLs sind solche, die in einem Themen- oder Fachgebiet der Physik nur einmalig eingesetzt werden. Häufig sind das Experimente zur Bestimmung von Konstanten. Dagegen decken Multi-Use-RCLs inhaltlich mit ihrer Vielfalt an Experimentiermöglichkeiten fast ganze Themengebiete der Physik ab. Motivation/Lernkontext Es ist angegeben, ob das RCL eher in einem anwendungsorientierten, einem alltagsorientierten oder einem innerphysikalisch Kontext eingesetzt werden kann. In den letzten zwei Jahrzehnten sind im Zuge der Entwicklung von Multimedia und Internet zahlreiche "Species" digitaler Medien entwickelt worden (Abb. 3, zum Vergrößern anklicken). Speziell der Vermittlung physikalischer Inhalte dienen Physikmedien wie Simulationen, Realexperimente sowie Informations- und Lehr-/Lernsysteme. Kognitive Werkzeuge entlasten die Lernenden von Routinearbeiten und regen sie gleichzeitig zu einer vertiefenden Informationsverarbeitung an. Unter den Realexperimenten sind RCLs und die digitale Messwerterfassung Live-Experimente, während bei der Videoanalyse, den interaktiven Bildschirmexperimenten (IBEs) und den Messvideos zunächst ein Video des Experiments aufgenommen und dann zeitversetzt das Experiment wiederholt und ausgewertet wird. Mit Live-Experimenten kann der gleiche Versuch beliebig oft wiederholt werden, was insbesondere bei der Gewinnung größerer Datenmengen und von statistischen Aussagen notwendig ist. Während Realexperimente und speziell RCLs der Untersuchung ausgewählter Realitätsbereiche dienen, werden diese mit Simulationen anhand bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten vom Programmierer (Applets, Physlets und Simulationsprogramme) oder von den Lernenden selbst (Modellbildung) nachgebildet und untersucht. Die Ergänzung von RCLs durch Simulationen ermöglicht die physiktypische Wechselwirkung von Experiment und Theorie. Innerhalb des RCL-Konzepts, das Experiment durch den Verzicht auf eine automatisierte Auswertung möglichst authentisch zum MCL zu gestalten, spielen die kognitiven Werkzeuge Tabellenkalkulation und Computeralgebrasysteme zur Auswertung und Weiterverarbeitung von Versuchsdaten sowie zum Vergleich von experimentellen und theoretischen Daten eine große Rolle. Die Schülerinnen und Schüler sollen Atommodelle kennen. die alpha-, beta und gamma-Strahlung kennen. künstliche Kernumwandlungen kennen. das Aufstellen von Zerfallsgleichungen beherrschen. erkennen, dass der Unterschied zwischen gesteuerter und ungesteuerter Kettenreaktion für die Nutzung der Kernenergie immens wichtig ist. Thema Atomphysik - vom Atommodell zur Kernenergienutzung Autor Jens Tiburski Fach Physik Zielgruppe Klasse 9, Klasse 10 zur Prüfungsvorbereitung Zeitraum 1-3 Stunden, je nach didaktischem Ort Technische Voraussetzungen Computerarbeitsplätze in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit); VRML-Plugin (zum Beispiel BlaxxunContact ), Java , Video-Player (zum Beispiel DivX oder RealOne Player ) Einsatz im Unterricht Der Einsatz der Sammlung von interaktiven Übungen und 3D-Animationen zur Atomphysik sollte unterrichtsbegleitend erfolgen. Nach der Behandlung des jeweiligen Themas im Unterricht (Arbeitsblätter als Word-Dokumente im Download-Paket "atomphysik_materialien.zip") können Übungsphasen im Computerkabinett den Unterricht lebendiger gestalten und zur Binnendifferenzierung genutzt werden. Die Verwendung der 3D-Animationen soll dabei die Anschaulichkeit erhöhen und die Visualisierung der Aufgabenstellung gerade bei den "unsichtbaren" Sachverhalten im submikroskopischen Bereich vereinfachen. Hinweise zur Nutzung der interaktiven Arbeitsblätter In der Klassenstufe 9 hat sich der Einsatz des Beamers bewährt, wenn die Schülerinnen und Schüler die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt waren. Für die Eingaben in die Formularfelder der interaktiven Übungen sollte ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise erfolgen. Dies führt zu erhöhter Konzentration und weniger Frusterlebnissen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber infolge falscher Rechtschreibung als falsch beantwortet wurden. Auch Partnerarbeit von Lernenden mit guten Deutschkenntnissen zusammen mit Schülerinnen und Schülern, welchen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), ist hier gut möglich. Technische Hinweise Um die 3D-Modelle öffnen zu können, ist ein VRML-Plugin nötig. Alle animierten GIFs und interaktiven 3D-Animationen der verwendeten Übungen wurden vom Autor der Unterrichtseinheit mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio erzeugt. Dieses Programm ist für die pädagogische Arbeit als Freeware verfügbar (~ ~http://www.sn.schule.de/~ms16l/virtuelle_schule/Projektwoche_2008/index_projekt.htm~~). Die Schülerinnen und Schüler sollen eine zeitgemäße Atomvorstellung kennen. die Entstehung von Licht beschreiben können. Kenntnisse über die geschichtliche Entwicklung von Modellen haben. physikalische Größen darstellen und interpretieren können. den Zusammenhang zwischen Linienspektren und atomaren Übergängen kennen. die Spektralanalyse anwenden und physikalisch erklären können. Thema der Unterrichtseinheit Das Elektronium-Modell Autor Patrick Bronner Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Klasse 10 (Fortsetzung in Sek II möglich) Zeitraum 9 Stunden (mit Lernzirkel zum Thema "Analogie Licht-Schall": 14 Stunden) Technische Voraussetzungen Demonstrationsrechner mit Beamer, kostenlose Plugins Quicktime-Player und Java3D Methoden Lernzirkel, Gruppenarbeit, Kugellager, Gruppenpuzzle, Theaterspiel, Schülerreferat, Lehrervortrag Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgänge bei der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium sowie das Ergebnis beschreiben können. das Funktionsprinzip des Magnetfeldkäfigs zum Einschließen des heißen Plasmas am Beispiel der beiden grundlegenden Reaktortypen Stellarator und Tokamak kennenlernen und erklären können. die Gefahren bei der Nutzung der Kernfusion erarbeiten und im Vergleich mit anderen Formen der Energieerzeugung bewerten. die Kernfusion als potenzielle, nahezu unerschöpfliche Energiequelle der Zukunft erkennen. Thema Wann "zündet" die Idee der Kernfusionstechnologie? Autorinnen und Autor Roland Wengenmayr, Dieter Lohmann, Sabina Griffith Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II, nach didaktischer Reduktion auch Klasse 9 und 10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (Arbeit in Kleingruppen), Flash-Player (kostenfreier Download) Planung Tabellarischer Verlaufsplan Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Ein weiteres Angebot der Gesellschaft ist das Fragen-Portal : Lernende und Lehrpersonen können hier Fragen an Forscherinnen und Forscher stellen. Unterrichtsverlauf und Materialien Fachliche Voraussetzungen, Einbettung des Themas in den Unterricht und der Verlauf der Doppelstunde werden hier skizziert. ITER ? der Weg zu neuer, sauberer Energie Für die Fortführung des Themas im Unterricht finden Sie hier weitere Informationen, Grafiken und Links zur internationalen Fusionsforschungsanlage. Ein Remotely Controlled Laboratoy (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Die hier vorgestellte Unterrichtsreihe in der Atomphysik nutzt die mediendidaktischen Eigenschaften des RCLs "Rutherfordscher Streuversuch". Lernende können das an Schulen nur selten vorhandene Demonstrationsexperiment als Hausexperiment durchführen, Messdaten in Gruppen zusammentragen und auswerten. Diese werden mit den Vorhersagen der Atommodelle von Dalton, Thomson und Rutherford verglichen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse aus der Mechanik, Elektrostatik und Radioaktivität zur Erklärung der Streuung von Alpha-Teilchen anwenden. mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" die Streuung von Alpha-Teilchen experimentell untersuchen. die Vorhersagen zur Streuung der Alpha-Teilchen nach dem Daltonschen, Thomsonschen und Rutherfordschen Atommodell mit den Messergebnissen vergleichen. Arbeitsergebnisse sachgerecht präsentieren. Thema Entdeckung des Rutherfordschen Atommodells mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" Autor Sebastian Gröber Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Sekundarstufe II, Grundstudium Physik und Chemie Zeitraum 10-15 Unterrichtsstunden, je nach Lerngruppe und Unterrichtszielen Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Zur Auswertung der Messergebnisse: Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) oder Computeralgebrasystem (zum Beispiel (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:646351) als kostenfreie 30-Tage-Testlizenz) Zur Simulation der Ablenkung von Alpha-Teilchen: Modellbildungsprogramm (zum Beispiel kostenlose Version von Powersim oder Coach 6 Studio MV. Der Rutherfordsche Streuversuch gehört zu den zentralen Versuchen der Physik. Historisch bildet das mit ihm abgeleitete Rutherfordsche Atommodell den Übergang von früheren Atomvorstellungen (antike Atommodelle und Thomsonsches Atommodell) zu unserer heutigen Atomvorstellung, nach der ein Atom aus einem positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Atomhülle besteht. Der Rutherfordsche Streuversuch liefert ebenso die physikalischen Grundlagen für die heutige Standardmethode der elementspezifischen Analyse von Festkörperproben mittels Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Damit ist dieser Versuch sowohl allgemeinbildend für Lernende in Schule und Hochschule als auch fachbildend für Studierende der Physik und Chemie. Vorteile und Lernpotentiale des RCL Welche Vorteile hat das RCL gegenüber dem traditionellen Experiment? Welches Lernpotenzial hat der Rutherfordsche Streuversuch? Steckbrief und Materialien zum RCL ?Rutherfordscher Streuversuch? Informationen zum Versuchsaufbau, zu den Experimentiermöglichkeiten und Link zum RCL; kommentierte Materialien der Unterrichtseinheit zum Herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die reibungsbehaftete Bewegung der Öltröpfchen in Luft qualitativ erklären können. das Ziel "Ladungsbestimmung" des Millikan-Versuchs erkennen. möglichst eigenständig die Formel einer Messmethode zur Bestimmung der Öltröpfchenladung herleiten. einzeln oder in Gruppen mit dem RCL "Millikan-Versuch" Messdaten erheben, zusammentragen und in Diagrammen darstellen. die Ladungsquantelung als Hypothese formulieren und bestätigen sowie die Elementarladung bestimmen. Beschießt man ein Plättchen aus Graphit mit beschleunigten Elektronen, dann beobachtet man auf einem Fluoreszenzschirm ein Muster aus konzentrischen Ringen. Das Erstaunliche dabei ist, dass mit dem "Materieteilchen" Elektron von der Struktur her die gleichen Beugungsmuster erzeugt werden wie mit elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlung). Mit dem RCL "Elektronenbeugung" können Schülerinnen und Schüler dieses Phänomen im Vergleich zum traditionellen Unterricht in einem ersten Schritt eigenständiger und ohne den lenkenden Einfluss der Lehrkraft entdecken und beginnen, es zu verstehen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse zur Röntgenbeugung an polykristallinen Kristallen im Versuch zur Elektronenbeugung anwenden. erkennen, dass Elektronen Welleneigenschaften zugeordnet werden können. ihre Arbeitsergebnisse an der Tafel oder mit einer PowerPoint-Präsentation vorstellen. Thema Elektronenbeugung - das Elektron als Welle Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Bei der Messung der Ringradien kommen ein Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) und ein Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zum Einsatz. Die Schülerinnen und Schüler sollen qualitative Experimente zum Fotoeffekt deuten können. Hypothesen zum Zusammenhang zwischen Größen des eingestrahlten Lichts und Größen der ausgelösten Elektronen formulieren. den Zusammenhang zwischen der Energie der Elektronen und der Frequenz beziehungsweise der Intensität des Lichts mit dem RCL "Fotoeffekt" untersuchen. begründet angeben können, welche Versuchsergebnisse zum Fotoeffekt sich im Wellenmodell nicht erklären lassen und wie diese im Fotonenmodell erklärt werden. technisch-physikalische Anwendungen des äußeren und inneren Fotoeffekts kennen lernen. Thema Fotoeffekt und Fotonenmodell des Lichts Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum etwa 4 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder zuhause, javafähiger Browser Software Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel), Computeralgebrasystem ( Maple ) oder spezielles Datenanalyseprogramm (zum Beispiel Origin ) für die Hochschule Wellen- und Fotonenmodell des Lichts sind in ihrer Struktur sehr unterschiedlich: Ist beim Wellenmodell die Lichtenergie über den Raum verteilt, abhängig von der Amplitude und unabhängig von der Frequenz der elektromagnetischen Welle, so ist beim Fotonenmodell die Lichtenergie in einzelnen Fotonen konzentriert und frequenzabhängig. Schülerinnen und Schüler mit dem Fotoeffekt vom Wellen- zum Fotonenmodell zu führen, ist nicht einfach: Anhand eines Versuchs sollen relevante experimentelle Ergebnisse gewonnen und als im Wellenmodell nicht erklärbar erkannt werden. Das Fotonenmodell wird eingeführt und der Fotoeffekt damit erklärt. Die Unterrichtseinheit folgt diesem Weg und versucht die genannten Schritte zum besseren Verständnis für die Lernenden möglichst klar gegeneinander abzugrenzen. Das RCL "Fotoeffekt", eine Tabelle und Aufgaben sind dazu die wichtigsten Medien und Materialien dieser Unterrichtseinheit. Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien Lernvoraussetzungen, Unterrichtsverlauf, Steckbrief des RCLs "Fotoeffekt" und Arbeitsmaterialien zur Unterrichtseinheit

Die Verknüpfung des Ausbildungsberufs "Kaufmann/Kauffrau für Bürokommunikation" mit der Zusatzqualifikation für Telekommunikation vermittelt Schülerinnen und Schülern ein speziell auf die Telekommunikationsbranche zugeschnittenes Wissen. Diese Unterrichtseinheit bietet dafür ein Beispiel. Die Festlegung der relevanten Unterrichtsinhalte im Teilgebiet "Telekommunikationstechnik" erfolgte in gemeinsamer Absprache und Zusammenarbeit zwischen dem Max-Weber-Berufskolleg und ausbildenden Unternehmen. Die DSL-Technologie stellt in diesem Zusammenhang einen grundlegenden Inhalt des zu vermittelnden Stoffgebietes der Festnetztechnologie dar. In dieser Stunde soll es um das Thema DSL-Installation gehen. Das primäre Stundenziel besteht darin, wesentliche Aspekte eines DSL-Beratungsgesprächs gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern zu erarbeiten. Im Vordergrund der Betrachtung stehen die fachlichen Gesichtspunkte der DSL-Installation beim Kunden, die handlungsorientiert und fächerübergreifend in ein Verkaufsgespräch eingebunden werden. Das vorrangige Ziel dieser Stunde besteht darin, dass die Schülerinnen und Schüler wesentliche Aspekte einer DSL-Kundenberatung erarbeiten und diese in ein Verkaufsgespräch einbinden. Unterrichtsablauf Das vorrangige Ziel der heutigen Stunde besteht darin, dass die Schülerinnen wesentliche Aspekte einer DSL-Kundenberatung erarbeiten und diese in ein Verkaufsgespräch einbinden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Anforderungen und technischen Voraussetzungen eines Kunden und zeigen ihm die Vorteile und den Nutzen des neuen Produktes (im Vergleich zu einem ISDN-Anschluss) auf. erläutern dem Kunden wesentliche Unterschiede der Tarifierung und der anfallenden Kosten und sprechen eine entsprechende Empfehlung aus. erweitern einen bestehenden ISDN-Anschluss um die erforderlichen Installationskomponenten eines DSL-Anschlusses. stellen anhand einer einfachen Installationsanleitung die Funktionen und das Zusammenspiel der DSL-Installationskomponenten dar und erläutern dieses. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben den Umgang mit Kundenanfragen und Beratungsempfehlungen zur DSL-Technologie. lernen die praxisnahe Umsetzung technischer Bedienungsanleitungen. Zur Sensibilisierung für die Thematik wird als anfänglicher Impuls ein Rollenspiel von drei Schülerinnen vorgeführt. Die Schülerinnen simulieren eine Verkaufssituation in einem Shop eines Providers: Ein Kunde wünscht ein neues Produkt und eine Verkaufsberatung für seine steigenden Kommunikationsanforderungen. Die Lerngruppe nennt das erforderliche Produkt und leitet darauf aufbauend wesentliche Inhalte des Beratungsgesprächs ab, die an der Tafel festgehalten werden. In einem themendifferenzierten Arbeitsauftrag erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Gruppen die möglichen Aspekte einer Verkaufsberatung zu einem DSL-Produkt: Gruppe 1 Gruppe 1 begründet, warum dem Kunden ein DSL-Anschluss zusätzlich zum bestehenden ISDN-Anschluss empfohlen wird, und erarbeitet die wesentlichen Unterschiede der beiden Technologien. Gruppe 2 Gruppe 2 berät den Kunden hinsichtlich der Kosten, indem sie einen optimalen Tarif für diesen Kunden anhand der gegebenen Anforderungen ermittelt. Gruppe 3 Gruppe 3 berät den Kunden bezüglich der erforderlichen Installation und Funktionen der einzelnen DSL-Komponenten. Praxisnähe Durch aktuelle Rückfragen in einigen Telekommunikationsshops und durch Auskunft der Unternehmen ist mir bekannt, dass zahlreiche An- und Rückfragen zu den DSL-Produkten gestellt werden. Die Kunden wenden sich telefonisch an das Call-Center beziehungsweise an die Hotline des betreffenden Providers oder suchen die nächste Verkaufsstätte auf, um Fragen zu klären. Insbesondere vor dem Hintergrund des "Berufsalltags" der Auszubildenden ist die zu bearbeitende Arbeitsaufgabe der heutigen Stunde sehr praxisnah. Exemplarische Bearbeitung Alle Arbeitsgruppen erhalten Arbeitsaufträge, die auf eine mögliche Variante der DSL-Installation (so genannte DSL-Einzelplatzinstallation) reduziert sind. Die Kombination des DSL-Anschlusses mit dem Anschluss eines ISDN-Telefons und einem PC wird exemplarisch für andere DSL-Installationsvarianten behandelt. Die ausschließliche Bearbeitung einer DSL-Einzelplatzinstallation verfälscht nicht den Grundgedanken der Arbeitsaufgabe und stellt einen grundlegenden Baustein für weitere DSL-Installationen dar. Die drei Arbeitsgruppen präsentieren ihre Arbeitsergebnisse am Overheadprojektor oder in einem Rollenspiel (didaktischer Zirkel). In der Sicherungsphase und in der Hausarbeit bestimmen die Schülerinnen und Schüler den optimalen Tarif für unterschiedliche Kundenanforderungen.