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Quantenphysik multimedial: Phase der Schallwelle

Video

Dieses Video zeigt, wie mit einer LED das Bild einer sich im Raum ausbreitenden Schallwelle aufgenommen werden kann. Um Schallwellen sichtbar zu machen, braucht es die sogenannte Phasendifferenz, also die Verschiebung des Zeigers, die sich aufgrund des Abstands vom Lautsprecher zum Mikrophon ergibt. Je weiter sich die Schallwelle vom Lautsprecher entfernt hat, desto länger ist sie unterwegs und desto stärker hat sich die Phase verschoben, relativ zur Ausgangsphase der Schallwelle beim Lautsprecher. Mit einem einfachen Trick lässt sich diese Phasenverschiebung "einfrieren": Man kopiert das Ausgangssignal des Lautsprechers zu der Position von Lampe und Mikrophon, und addiert dieses zu dem Signal, welches das Mikrophon aufnimmt. Der Winkel zwischen den drehenden Rädern, also die Phasendifferenz, bleibt nun fest und ist auch bei der sich ausbreitenden Welle sozusagen eingefroren. Die Lampe leuchtet nun bei steigendem Abstand periodisch hell und dunkel, je nach Phasendifferenz der beiden drehenden Räder. Im Minimum, also bei einer Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge, stehen die drehenden Räder gerade entgegengesetzt. Im Maximum, also bei einer ganzen Wellenlänge Phasenverschiebung, zeigen sie in dieselbe Richtung. Die Phasenverschiebung wächst kontinuierlich, sodass Hell und Dunkel sich im Abstand einer halben Wellenlänge der Schallwelle abwechseln. Wedelt man mit dem Stab nach oben und unten, kann man die Schallwelle im Raum abtasten und man erhält in der Langzeitbelichtung ein Abbild von Minima und Maxima der Schallwelle! Das hier vorgestellte Video ist Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Liebe und Partnerschaft: Was sich liebt, das heiratet.

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Liebe und Partnerschaft" erstellen die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen mit dem Handy, dem Tablet oder am Computer ihren eigenen Podcast über unterschiedliche Aspekte rund um Eheschließung, Scheidung und Trauung. Der Wunsch, eines Tages zu heiraten und eine dauerhafte Bindung einzugehen, ist bei jungen Leuten nach wie vor sehr beliebt. Fragt man gerade junge Mädchen, so haben diese nicht selten ganz konkrete Vorstellungen bezüglich der eigenen Hochzeit oder Familienplanung. Deshalb sind die Schülerinnen und Schüler in dieser Einheit aufgefordert, ein Podcast zum Thema Ehe zu erstellen. Das Material bietet Zahlen zu Eheschließung, Scheidung und Trauung sowie Gründe für eine Hochzeit oder auch Ursachen für das Scheitern einer Ehe. Die Schwerpunktsetzung der einzelnen Podcasts liegt im Ermessen der Gruppen selbst. Am Schluss erhalten die Schülerinnen und Schüler einen Evaluationsbogen, um sich und die anderen Projekte angemessen bewerten zu können. Vorkenntnisse Die Schülerinnen und Schüler sollten in der Lage sein, mit ihrem Handy Audios aufnehmen zu können. Außerdem ist es hilfreich, wenn Sie mit dem Programm Audacity umgehen können, um die einzelnen Audios schneiden zu können. Mit Hilfe von QR-Codes sollten sie Zusatzinformationen über das Internet abrufen können. Es bietet sich an, in jeder Gruppe einen Experten oder eine Expertin der Technik zu haben. Didaktische Analyse Der Umgang mit moderner Technik ist in allen Bundesländern in den Lehrplänen festhalten. Auch die Arbeitswelt fordert und erwartet, dass Schülerinnen und Schüler moderne Medien nicht nur als Anwender bedienen, sondern auch kreativ damit umgehen können. Die vorliegende Einheit versetzt die Lernenden in die Lage, vorliegendes Textmaterial in ein ansprechendes Ergebnis (Podcast) umzuwandeln. Dies ist gerade im Sinne der Kompetenzorientierung ein wichtiger Ansatz. Das vorliegende Material ist vielseitig angelegt. Neben nüchternen Zahlen und sachlichen Informationen enthält es auch interessante Reportagen und anekdotenhafte Texte. Die Schülerinnen und Schüler müssen dieses für sich auswerten, reduzieren und so zusammenfügen, dass eine gemäß ihrer Grundidee gelungene Gesamtkomposition entsteht. Methodische Analyse Sollten die Schülerinnen und Schüler noch keine Erfahrungen mit Podcasts, Audacity oder der Aufnahme von Texten haben, so bietet sich eine fächerübergreifende Arbeit mit IT an, um die technische Seite im Vorfeld zu entlasten. Andernfalls sollten die benötigten Grundfunktionen von Audacity (import, export, fade in, fade out, cut) zumindest einmal am Beamer präsentiert werden. Der zeitliche Rahmen des Projektes muss unter Umständen den örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Da die Lernenden mit unterschiedlichen Handys arbeiten, kann es zu Kompatibilitätsproblemen kommen. So hat der integrierte Recorder von Samsung ein anderes Audioformat wie iPhones und andere gängige Android Handys. Hier ist es hilfreich zu Beginn kurz zu überprüfen, ob die jeweiligen Audiodaten dann auch entsprechend verwertet werden können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Zahlen und Fakten zum Thema Eheschließung, Scheidung und Trauung kennen. lernen Gründe kennen, warum Ehen scheitern, aber auch warum Ehen funktionieren. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entnehmen Statistiken Informationen. erstellen anhand ausgewählter Materialien ein Podcast zu einem vorgegebenen Thema. arbeiten mit diversen Programmen wie audacity und freesound.org. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten gemeinsam in einer Gruppe, lernen Aufgaben zu verteilen und termingerecht zu bearbeiten. setzen Schwerpunkte und werten Materialien diesbezüglich gemeinsam aus. präsentieren das Gesamtprodukt vor der Klasse.

  • Religion / Ethik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Bevölkerungswachstum und Klimawandel – Zukunftsfragen der Menschheit

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit zu Bevölkerungswachstum und Klimawandel sowie Zukunftsfragen der Menschheit, die sich daraus ergeben, konfrontiert die Schülerinnen und Schüler anhand eines Erklärvideos mit der existenziellen Frage des Überlebens der Menschheit auf dem Planeten Erde. Hintergrund sind die überaus kontroversen Diskussionen um Überbevölkerung und Klimakatastrophen. Die Schülerinnen und Schüler werden unmittelbar mit der Malthusischen Bevölkerungstheorie und dem raschen Wachstum der Weltbevölkerung konfrontiert und dabei anhand aktueller Nachrichten zu eigenen Werturteilen hierzu veranlasst, bevor die Unterrichtseinheit danach fragt, wie in der Zwickmühle von wachsender Weltbevölkerung und drohender Klimakatastrophe eine Energiepolitik der Zukunft aussehen könnte. Diese Unterrichtseinheit ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau entstanden, das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung Schülerinnen und Schülern, Studierenden sowie dem wissenschaftlichen Nachwuchs näherbringen möchte. Die Unterrichtseinheit ergänzt dabei das Materialangebot der Mediathek der Lindauer Nobelpreisträgertagungen um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen. Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier "Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht" . Bevölkerungswachstum und Klimawandel als Zukunftsfragen der Menschheit im Unterricht Aus den in dieser Unterrichtseinheit behandelten Themen des Bevölkerungswachstums und des Klimawandels ergeben sich – neben der wirtschaftlichen und politischen Ordnung der globalen Welt –Schicksalsfragen für das Leben zukünftiger Generationen. Bevölkerungswachstum, Welternährung, Stromgewinnung und Weltklima sind dabei als Alltagsthemen gleichsam so allgegenwärtig, dass sie auch in der Gedankenwelt von Schülerinnen und Schülern präsent sind. Bei einer Auseinandersetzung mit der Thematik kommt es vor allem darauf an, bloße Meinungen anhand von Fakten zu hinterfragen und zu bewerten, denn nur so kann man zu begründeten und realistischen Werthaltungen gelangen. Die Unterrichtseinheit stellt hierzu eine ganze Reihe von Texten und Schaubildern zur Verfügung. Hilfreich, aber für die Durchführung der Unterrichtseinheit nicht dringend erforderlich, sind Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler zum Thema Klimawandel – etwa zu Treibhausgasen. Didaktische Analyse Die Unterrichtseinheit will die Beliebigkeit der aktuellen Diskussionen über Bevölkerungswachstum und Klimaveränderungen in strukturierte Bahnen lenken. Erst dadurch können begründete Aussagen darüber gemacht werden, a) wie sich die Weltbevölkerung weiter entwickeln und ob sie dann noch zu ernähren sein wird, sowie b) aus welchen Quellen sich die aktuelle Energieversorgung speist, wie die Versorgung zukünftig sichergestellt werden kann und wie es möglich wäre, die Begleiterscheinung der Weltklimaveränderung umzusteuern. Damit sich die Auseinandersetzung mit diesen Zukunftsfragen der Menschheit nicht in beliebigen Meinungsäußerungen erschöpft, ist es zwingend erforderlich, sie mit Fakten zu unterlegen. Erst dann können begründete Aussagen über reale Entwicklungen und mögliche politische und individuelle Handlungsstrategien getroffen werden. Methodische Analyse Die postindustrielle Meinungsvielfalt und -beliebigkeit kann nur durch gut recherchierte Fakten und die strukturierte und systematische Untersuchung des jeweiligen Gegenstandes überwunden werden. So wichtig es ist, beim Lernenden individuelle Wertorientierungen zu erreichen, bedarf dies doch einer Faktenbasis und einer methodisch angeleiteten Entwicklung reflektierter Parteilichkeit. Die Gestaltung der Lernszenarien in dieser Unterrichtseinheit zielt daher darauf ab, Fakten zu prüfen und auf dieser Basis persönliche Werthaltungen zu entwickeln, um diese dann in der Diskussion mit anderen und im Abgleich mit Interviewäußerungen anderer nochmals zu reflektieren. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stellen die Bevölkerungstheorie von Malthus dar und hinterfragen sie kritisch. erläutern die bisherige und voraussichtliche zukünftige Entwicklung der Weltbevölkerung und diskutieren sie in ihren Konsequenzen für die Welternährung. stellen den Ressourcenverbrauch der Weltbevölkerung dar, erläutern ihn in seinen klimapolitischen Konsequenzen und stellen diesbezügliche Überlebensstrategien vor, die sie im Diskurs argumentativ verteidigen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfassen den Informationsgehalt eines Erklärvideos und können diesen strukturiert und aufgabengenbezogen wiedergeben und anwenden. können Hintergrundinformationen im Internet gezielt recherchieren sowie Videoclips sequentiell abspielen. können Grafiken erfassen, erklären und interpretieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv in Teams zusammen, setzen sich mit den Arbeitsergebnissen anderer konstruktiv und respektvoll auseinander und vertreten Fachwissen und Werturteile im Diskurs. sprechen fremde Menschen an, interviewen sie und interpretieren ihre Aussagen richtig in ihrem jeweiligen Entstehungskontext. Hier können Sie sich das Video zur Unterrichtseinheit anschauen.

  • Geographie / Jahreszeiten / Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Politik / WiSo / SoWi
  • Sekundarstufe II
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