MINT: Willkommen im Fachbereich

Mit dieser Unterrichtseinheit erhalten Ihre Schülerinnen und Schüler ein detailliertes Wissen über den universellen Energieträger Adenosintriphosphat, kurz ATP. Zum einen wird auf die Bildung sowie die Funktion des Moleküls eingegangen und zum anderen wird die Bedeutung des Moleküls im menschlichen Körper diskutiert. Adenosintriphosphat ist das wichtigste Molekül, wenn es um die Speicherung und zur Bereitstellung von Energie in Lebewesen geht. Es ist für viele Stoffwechselprozesse von entscheidender Bedeutung und lebensnotwendig. Ohne ATP findet kein Leben statt. Diese Rolle als wichtigster Energielieferanten sollte im Unterricht thematisiert und verdeutlicht werden. In der Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler zunächst mit dem Aufbau des Moleküls und vergleichen strukturelle Ähnlichkeiten zu den bereits bekannten Nukleinsäuren. Neben dem Aufbau des Moleküls wird der Fokus zunächst auf die Unterscheidung und das Zusammenwirken von endergonischen und exergonischen Stoffwechselprozessen gelegt. Im Anschluss werden im Zuge der chemiosmotischen Theorie der ATP-Synthese, die zur Entstehung eines Protonengradienten notwendigen Stoffwechselprozesse sowie die eigentliche Funktion der ATP-Synthase im Detail besprochen. Zuletzt wird die Wichtigkeit dieses Moleküls für den menschlichen Körper hervorgehoben, indem die verschiedenen Wirkungsorte thematisiert werden. Die Einheit von Dr. Matthias Nolte wurde überarbeitet und im Zusammenhang mit MS Wissenschaft erstellt. Das Unterrichtsmaterial eignet sich für den Unterricht in der gymnasialen Oberstufe im Fach Biologie. Es orientiert sich vor allem an dem Rahmenlehrplan für die Länder Berlin und Brandenburg, lässt sich aber problemlos in alle anderen Rahmenlehrpläne der Bundesländer einbetten. Das Material kann insbesondere für das Thema "Stoffwechsel und Informationsweiterleitung auf zellulärer Ebene" angewandt werden. Die Einheit liefert einen detaillierten Überblick über das Molekül Adenosintriphosphat, dessen Aufbau und Funktion sowie dessen bedeutende Rolle bei biologischen Stoffwechselprozessen. Sie liefert damit einen klaren Lebensweltbezug. Das Material eignet sich für Grundkurse und Leistungskurse, sowie auch für heterogene Lerngruppen. Neben verschiedenen Lernmethoden und Sozialformen stellt die Unterrichtseinheit auch optionale Zusatzaufgaben zur Verfügung. Mit Hilfe der Infotexte können die Aufgabenstellungen in den meisten Fällen selbstständig bearbeitet werden. Einige Aufgaben enthalten eine zusätzliche Aufforderung zur Recherche, sodass ein kritischer Umgang mit Quellen und die eigene Fähigkeit zu recherchieren geschult werden. Vorkenntnisse in Bezug auf das Basiswissen des Stoffwechsels sollten vorliegen. Hierzu gehören beispielweise grundlegende Kenntnisse im Rahmen der Zellbiologie wie der Aufbau von eukaryotischen Zellen sowie insbesondere die Vorgänge an der Doppelmembran (zum Beispiel der aktive und passive Transport durch die Membran). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlangen detailliertes Wissen über das Molekül ATP. befassen sich mit dem Aufbau und der Funktion von ATP. lernen die Bedeutung von ATP im menschlichen Körper kennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene Medienangebote für ihre Recherche. wählen digitale Inhalte und Informationen selbstständig aus. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden ihr Wissen auf fächerübergreifende Fragestellungen an. bearbeiten Aufgabenstellungen zusammen mit anderen Schülerinnen und Schülern. kommunizieren sachlich und geben ihr Wissen an andere Schülerinnen und Schüler weiter.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, wie Kochsalzkristalle aufgebaut sind und welche Eigenschaften diese haben. Mithilfe von fünf Quizzen, einem Arbeitsblatt und einer Einstiegspräsentation können die Schülerinnen und Schüler einzelne Lernziele dieser Unterrichtseinheit erarbeiten. Die Lehrkraft unterstützt mithilfe der Einstiegspräsentation und Unterrichtsgesprächen. Als Highlight erstellen die Lernenden eigene Ionengittermodelle. Zu Beginn zeigt die Lehrkraft ein Bild eines Corona-Virus. Die Schülerinnen und Schüler sammeln Symptome einer Corona-Infektion, die visualisiert werden, und besprechen Ageusie (Geschmacksverlust). Dann zeigt die Lehrkraft Zucker und Salz in Kristallform und fragt, wie man die Stoffe ohne Geschmackssinn unterscheiden kann. Im ersten Teilziel mikroskopieren die Schülerinnen und Schüler Zucker und Salz und dokumentieren ihre Erkenntnisse. Sie erkennen, dass Zucker monokline und Salz würfelförmige Kristalle bildet. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Kristallaufbau von Salz und beobachten die Kristallisation per H5P-Bilderfolge. Sie lernen, dass Kochsalz aus Ionen besteht, und arbeiten dies in einem Lückentext aus, der mit einem weiteren H5P-Quiz überprüft wird. Anschließend erstellen die Schülerinnen und Schüler mit Zahnstocher und Gummibärchen ein NaCl-Ionengittermodell und diskutieren dessen Schwächen. Schließlich lesen die Schülerinnen und Schüler über drei Eigenschaften von NaCl (hoher Schmelzpunkt, spröde, elektrische Leitfähigkeit) und notieren diese. Zum Abschluss lösen sie ein zusammenfassendes Quiz. Im Unterrichtsgespräch unterstützt durch eine Präsentation leitet die Lehrkraft zur folgenden Frage über: Wie könnte man Zucker und Kochsalz unterscheiden, wenn man an Ageusie leidet? Naturwissenschaftlich erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Paararbeit beziehungsweise Gruppenarbeit die unterschiedlichen Kristallstrukturen von Zucker und Kochsalz durch Mikroskopieren. Beim Zeichnen sollte die Lehrkraft dazu ermutigen, einen aussagekräftigen Kristall möglichst genau zu zeichnen. Bei digitalen Heften kann auch mit dem digitalen Endgerät, zum Beispiel Tablet durch das Okular des Mikroskops fotografiert werden und die Fotos in das Heft eingefügt werden. Mit Hilfe des H5P-Quiz "Infografik-Zucker-Salz" beobachten die Schülerinnen und Schüler selbstständig die Bilderfolge zur Kristallisation. Beim Erstellen der Modelle in Gruppenarbeit muss die Lehrkraft eventuell mit Hinweisen unterstützen und den Schülerinnen und Schüler den Tipp geben, dass sie mit einer einzigen Ionenschicht beginnen sollen. Des Weiteren können Hinweise zur Anzahl der Ionen in einer Schicht gegeben werden. Vor dem Ausfüllen und Lesen des Textes über das Modell von NaCl im Unterrichtsgespräch (im Anschluss an die Gruppenarbeit) kann die Lehrkraft, falls Bedarf besteht, mit Hilfe der Folie die NaCl-Struktur erklären. Nach dem Erarbeiten der Eigenschaften bietet sich ein weiteres zusammenfassendes Unterrichtsgespräch an, indem die Eigenschaften durch die Klasse in eigenen Worten erklärt werden. Die Einheit ist so gestaltet, dass die Schülerinnen und Schüler möglichst viel selbstständig und eigenverantwortlich erarbeiten. Sie könnte mit einigen Hinweisen auch als Arbeitsauftrag für eine Lerngruppe durchgeführt werden. Sollte die Lerngruppe noch nicht in Berührung mit H5P-Formaten gekommen sein, so müsste die Lehrkraft hier eventuell unterstützen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Kochsalz und Zucker mikroskopisch. erklären die Entstehung und erstellen das Modell eines Ionengitters von NaCl. erklären drei Eigenschaften von NaCl mit Hilfe des Ionengitters. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten H5P-Quizze. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Informationen mit Informationen von Mitlernenden. bauen in einer Gruppe ein Modell.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler den Aufbau und die Lebensweise von Hefe-Organismen kennen und beschäftigen sich in einer kooperativen Gruppenarbeit eingehender mit der Herstellung von Bier als großtechnische Anwendung von Hefe. Für eine tiefgreifende Auseinandersetzung werden den Lernenden verschiedene Zugänge in Form interaktiver Übungen geboten. Über einen stillen Impuls steigt die Klasse in das Thema ein. Die unterschiedlichen Anwendungsgebiete von Hefe werden mit Hilfe einer Präsentation gezeigt. Um Hefe-Organismen im Original kennenzulernen, mikroskopieren die Lernenden eine Suspension aus Trockenhefe. Die Lernenden fotografieren die Hefezellen mit Hilfe eines Tablets oder Smartphones durch das Mikroskop und übertragen die Skizze oder das Foto auf das AB. Mit Hilfe einer Infografik wird der detaillierte Aufbau einer Hefezelle erarbeitet. Als Selbstüberprüfung dient ein H5P Drag and Drop . Durch eine kurze Internetrecherche informieren sich die Lernenden über weitere Merkmale, wie beispielsweise der Größe von Hefe-Zellen. Gestützt durch ein H5P Column erarbeiten die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe eines dokumentierten Versuchs die Lebensbedingungen von Hefe. Sie lernen, dass Hefezellen sowohl über Zellatmung als auch durch alkoholische Gärung Energie gewinnen können. Mit Hilfe eines Lückentextes erarbeiten sie die zugrundeliegenden Stoffwechselvorgänge. Per H5P Drag and Drop sichern die SuS Wortgleichungen der Zellatmung und der alkoholischen Gärung. Die Erarbeitung der Vermehrung von Hefe-Organismen durch Knospung wird durch einen Audiobeitrag gestützt. In einer kooperativen Gruppenarbeit informiert sich die Klasse über das Bierbrauen, eine der wichtigsten industriellen Anwendungen von Hefe. Jede Gruppe stellt dabei einen Schritt des Prozesses mit Hilfe einer vorgefertigten Infografik und eines Informationstextes vor. Bei Bedarf kann die Krankheit Soor thematisiert werden, die zeigt, dass Hefen auch Krankheiten verursachen können. Hier müssen die Lernenden Fragen dazu beantworten. Als Gesamtzusammenfassung lösen die SuS ein H5P-Quiz . Zu Beginn der Unterrichtseinheit betrachten die Lernenden eine PowerPoint-Folie mit verschiedenen Produkten, die alle mithilfe von Hefe hergestellt wurden. So wird ein lebensweltlicher Bezug geschaffen und das Thema eingeleitet. Falls die Gemeinsamkeit nicht erkannt wird, hilft eine gezielte Frage oder die Bildbeschriftung. Anschließend lernen die Schülerinnen und Schüler Hefe als Organismus kennen, indem sie eine Hefe-Suspension mikroskopieren. Wichtig ist hierbei die sparsame Verwendung der Suspension und eine genaue Beobachtung. Für gute Fotos empfiehlt sich, das Tablet oder Smartphone ruhig über das Okular zu halten. Beim Zeichnen auf dem Arbeitsblatt sollen nur wenige Zellen (3–4) vergrößert und detailliert dargestellt werden. Mit einer H5P-Infografik erarbeiten sich die Lernenden den Zellaufbau der Hefe und die Funktionen der Organellen. Die Lebensbedingungen und Stoffwechselprozesse werden mithilfe einer interaktiven H5P-Column-Anwendung erkundet. Dabei lernen die Schülerinnen und Schüler die Prozesse der Zellatmung und alkoholischen Gärung kennen und halten diese als Wortgleichungen fest. Ergänzend können Summenformeln notiert werden. Zum Abschluss befassen sich die Lernenden mit zwei Beispielen: Bierbrauen und Mundsoor. In Gruppen erarbeiten sie den Brauprozess und präsentieren die Ergebnisse, unterstützt durch eine Infografik und optional einen Film. Das Beispiel Mundsoor zeigt, dass es verschiedene Hefearten gibt. Ein abschließendes Quiz sichert die wichtigsten Erkenntnisse. Die Einheit bietet durch verschiedene interaktive Methoden vielfältige Zugänge, fördert eigenständiges Arbeiten und ermöglicht eine nachhaltige Auseinandersetzung mit dem Thema Hefe. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erklären den Aufbau einer Hefezelle. beschreiben den Stoffwechsel der Hefe. verschriftlichen die Prozesse der Zellatmung und der alkoholischen Gärung in Form einer Wortgleichungen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können digitale Informationen mit dem Original vergleichen. können mikroskopische Fotos nachzeichnen. können Informationen aufnehmen und präsentieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren in der Gruppe. bearbeiten kooperativ Arbeitsaufträge. präsentieren erarbeitete Informationen adressatengerecht.

In dieser interaktiven Unterrichtseinheit lernen Schülerinnen und Schüler spielerisch, wie sich Vektoren bei einer Drehung um 90° und -90° verändern. Abwechslungsreiche Aufgaben, gezielte Reflexionsphasen und ein motivierender Wettbewerb mit Highscore-Liste sorgen für einen spannenden und nachhaltigen Zugang zum Thema. In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Drehung von Vektoren" ermöglichen Arbeitsblätter und interaktive Übungen den Schülerinnen und Schülern, sich selbstständig den Zusammenhang zwischen den Koordinaten von Ur- und Bildvektor bei der Drehung um 90° beziehungsweise -90° anzueignen und auf unterschiedliche Aufgabenstellungen anzuwenden. Im Verlauf des Unterrichts kommen neben der geometrischen Veranschaulichungs- und Experimentierumgebung auch vertiefende, interaktive algebraische Übungen zur Festigung des Erlernten und zur Unterrichtsdifferenzierung zum Einsatz. Zwischen dem Arbeiten mit digitalen Geräten liegen immer wieder Phasen, die die Computerarbeit unterbrechen. In diesen Phasen werden Ergebnisse verbalisiert, diskutiert und schriftlich festgehalten. Dabei kommt es zu einer wichtigen Entschleunigung der intensiven Arbeit am Computer. Eine zusätzliche, nicht zu unterschätzende Motivation während der Übungsphase bietet ein Wettbewerb, bei dem die Schülerinnen und Schüler ihre erreichte Punktezahl in eine Highscore-Liste eintragen können. Voraussetzungen Die Schülerinnen und Schüler sollten bereits Kenntnisse von der Koordinatendarstellung eines Vektors besitzen. Ferner muss die Abbildung durch Drehung grundlegend im Unterricht behandelt worden sein. Das Arbeiten mit den interaktiven Übungen setzt keine speziellen Softwarekenntnisse voraus. Die Unterrichtseinheit selbst umfasst fünf herkömmliche Arbeitsblätter und sieben interaktive Übungen, die mit jedem Internet Browser und auf allen digitalen Endgeräten dargestellt werden können. Drehung um +90° - Erarbeitungsphase, Expertenvortrag und Zusammenfassung Nach der Erklärung der Funktionsweise der interaktiven Übung (oder Verwendung von Video 1) sollen die Schülerinnen und Schüler nun in einem ersten Schritt die von ihnen online gelösten Aufgaben ("Drehung um 90° - Einführung") auf dem von der Lehrkraft vorbereiteten und ausgegebenen Arbeitsblatt (Arbeitsblatt 1) festhalten. Beim Lösen der Aufgaben mit der Veranschaulichung sollen sie herausfinden, welcher allgemeine Zusammenhang zwischen den Koordinaten der Vektoren besteht und diesen auf der Rückseite ihres Arbeitsblatts mit Bleistift schriftlich und in eigenen Worten fixieren. In einem zweiten Schritt sollen sie dann die Aufgaben ohne Veranschaulichung lösen, indem sie ihre vorher gefundene Regel anwenden und diese damit verifizieren oder falsifizieren. Im nächsten Unterrichtsschritt stellt eine Schülerin oder ein Schüler den gefundenen allgemeinen Zusammenhang in einem Expertenvortrag den Mitschülerinnen und Mitschülern vor. Die Lehrkraft fixiert die gefundenen Ergebnisse auf dem Arbeitsblatt 1. Im Anschluss daran übernehmen alle Schülerinnen und Schüler diesen Eintrag. Vertiefung durch Variation der Aufgabenstellung Nun folgt eine Vertiefung durch Variation der Aufgabenstellung. Die Schülerinnen und Schüler sollen dabei die Aufgaben der interaktiven Übung ("Drehung von Vektoren -Übung -1") bearbeiten. Dazu gibt die Lehrkraft das Arbeitsblatt 3 aus und bearbeitet im Klassenverband die erste Aufgabe ("Drehung von Vektoren um +90"). Die Lernenden scannen dann den QR-Code und gelangen so zur Aufgabe. Im Rahmen des Differenzierungsprozesses kann die Lehrkraft in diesem Unterrichtsabschnitt schwächere Schülerinnen und Schüler individuell fördern oder deren Arbeitsweise gezielt beobachten. Die Stellung der Hausaufgabe ("Arbeitsblatt Hausaufgabe - Teil 1") beendet die Drehung um +90°. Drehung um -90° Die unterrichtliche Vorgehensweise ist analog zur Drehung um +90°. Auch hier stehen das Video (Video 2), das Arbeitsblatt (Arbeitsblatt 2), die interaktiven Übungen ("Drehung um -90° - Einführung" und "Drehung von Vektoren -Übung 2-"), das Arbeitsblatt 3 mit der zweiten Aufgabe ("Drehung von Vektoren um - 90") und der zweite Teil des Hausaufgabenblatts zur Verfügung. Differenzierung in einer Folgestunde Im Unterricht kommt es häufig vor, dass leistungsstarke Schülerinnen und Schüler Aufgaben, die von allen gelöst werden, als langweilig empfinden. Sie fühlen sich nicht gefordert. Die Folge können auftretende Unterrichtsstörungen sein. Darauf sollten Lehrkräfte im Unterricht achten und Aufgaben bereitstellen, die dem entgegenwirken können. Während Schülerinnen und Schüler von Arbeitsblatt 3 die dritte Aufgabe und anschließend die interaktive Übung ("Drehung von Vektoren um ± 90") bearbeiten, können alternativ von leistungsstarken Schülerinnen und Schülern die Aufgaben auf dem Arbeitsblatt 4 in Verbindung mit den interaktiven Übungen ("Vektoren drehen - Profi -1-‘ und ‚Vektoren drehen - Profi -2-") bearbeiten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entdecken den Zusammenhang von Urvektorkoordinaten und Bildvektorkoordinaten bei der Drehung um 90° entdecken den Zusammenhang von Urvektorkoordinaten und Bildvektorkoordinaten bei der Drehung um -90° können die gewonnenen Erkenntnisse auf unterschiedliche Aufgaben anwenden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler experimentieren mit Darstellungen und lernen, dynamische Visualisierungen als Hilfsmittel zu nutzen. erkennen Verbindungen von Veranschaulichungen und Formeldarstellung. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stärken während der Paararbeit ihre Kommunikations- und Teamfähigkeit. üben sich in der verbalen Präsentation und Begründen von Ergebnissen.