MINT: Willkommen im Fachbereich

In diesem Einführungsworkshop erlernen die Schülerinnen und Schüler anhand des Miniroboters Ozobot die Funktionsweise eines Computersystems sowie Grundkenntnisse des Codierens und Programmierens. "Roboter" faszinieren meistens. Das wird zur Motivation für eine Unterrichtseinheit genutzt, die ein Kompetenzbereiche übergreifendes Projekt umfasst. Die Organisation erfolgt als Workshop. Diese Groblernziele werden verfolgt: am anschaulichen Modell – dem Miniroboter Ozobot – grundlegend die Funktionsweise eines Computersystems zu betrachten, das Verhältnis von Menschen und Maschine zu beleuchten, Digitalisierung auf der Altersstufe der Schülerinnen und Schüler verständlich zu machen und auf elementarer Ebene in "Codierung" und "Programmierung" einzuführen. Als weiteres ausdrückliches Ziel wird die Umsetzung von weitgehend selbsterarbeitendem und teambezogenem Lernen angestrebt. Die Unterrichtseinheit ist in drei Blöcke gegliedert. Block 1 ist ein sachinhaltlicher und pädagogischer Vorspann für die Lehrpersonen beziehungsweise Workshopleitenden. Die Blöcke 2 und 3 beschreiben den Unterrichts-/Workshopablauf. Die unterschiedlichen Methoden, Sozialformen und insbesondere Medien stehen teilweise zur Wahl. Davon hängt ab, welche Ausstattung und welche Materialien im Workshop benötigt werden. Insofern stellt das Material keine "schlüsselfertige" Vorlage dar, sondern es muss gegebenenfalls eine zusätzliche Ausstattung hinzugenommen werden. Der Miniroboter als der Lehr- und Lerngegenstand Nahezu alle Schülerinnen und Schüler der Altersstufe haben Zugang zum Smartphone, Tablet oder ähnlichen digitalen Endgeräten und tätigen damit Problemlösungen. Zumeist setzen sie – was zweckdienlich ausreicht – mechanisch angelerntes Bedienerwissen ein. Der Workshop zielt auf verstehendes, systematisches und planvolles Problemlösen . Bewusst wird nicht versucht, das eingeschliffene Anwenden aufzubrechen und auf eine neue Stufe heben zu wollen. Sondern das Vorwissen wird abgeholt und genutzt, der eigentliche Lerninhalt aber über den neuen, sehr anschaulichen und motivierenden Zugang mit dem Miniroboter vermittelt. Das lässt sich bereits auf einfachem Niveau bis zum Verständnis von Algorithmen und elementarer Programmierung führen. Fachübergreifende Fragestellungen lassen sich gut integrieren. Die zugehörigen Materialien sind – dem Workshopverlauf folgend – in drei Blöcke gegliedert, die als PDF-Dateien zum Download zur Verfügung stehen: Block 1 – Einführung für Lehrpersonen/Workshopleitende, Ausstattung, Materialien Block 2 – Einstieg Block 3 – Erarbeitung und Anwendung, mit Ergebnissicherung Vorkenntnisse Von den Schülerinnen und Schüler werden keine konkreten Vorkenntnisse erwartet, sondern zumeist vorhandene und dabei sehr unterschiedliche Vorkenntnisse werden erfasst und sinnvoll integriert. Die Einführung in die Programmierung beginnt von Grund auf. Eine Ausnahme besteht, wenn über Medien Vorwissen erkundet und Quizze zur Lernsicherung genutzt werden. Dann sollten die Schülerinnen und Schüler diese Programme bereits kennen und nutzen können. Didaktische Analyse In Block 1 (Einführung durch Lehrkraft) wird der Inhalt der Unterrichtseinheit unter didaktischem Blickwinkel näher ausgeführt und erläutert. Methodische Analyse Unterrichtsmethoden und Sozialformen werden wie in jedem guten Unterricht zielführend eingesetzt und gewechselt, auch um die Motivation aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus haben sie eine inhaltliche Bedeutung. Die starke Fokussierung auf Selbstlernen, das Team und eine Gemeinschaftsarbeit am Ende führt bereits auf eine in der heutigen IT-Berufs- und Arbeitswelt gängige Arbeitsorganisation hin. Sie ist davon geprägt, dass komplexe Vorhaben zerlegt und arbeitsteilig bearbeitet werden, was entsprechend organisiert wird (zum Beispiel in agilen Projekten). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen und verstehen die grundlegende Funktionsweise eines Roboters und kennen Beispiele für die Anwendung von Robotern. können kritisch reflektieren, dass der Robotereinsatz Vorteile bringen und Gefahren bergen kann. wissen, dass sich Digitalisierung und Technik rasant weiterentwickeln und können die Begriffe Automatisierung und Miniaturisierung grundlegend einordnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen im Kern die Funktion eines Algorithmus und können Algorithmus, Programm und Codierung grundlegend unterscheiden. können zu einem einfachen Algorithmus die Befehlsfolge für den Ozobot erstellen und umsetzen/aufmalen (den Ozobot "visuell programmieren"). haben ein planvolles Vorgehen eingeübt, das sie bei ihrem Weiterlernen in anspruchsvollere Programmieraufgaben als Prinzip übernehmen können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können selbstgesteuert und auch voneinander lernen. sind fähig zu zweit und/oder in kleinen Gruppen zu kommunizieren und zu arbeiten. können gemeinsam durch arbeitsteiliges Vorgehen eine Gesamtaufgabe lösen.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Paläogenetik – Vom Frühmenschen zum Homo sapiens" beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Paläogenetik. Sie klären, welche Inhalte erforscht werden und was man daraus über den heutigen Menschen und seine evolutionäre Entwicklung ableiten kann. Sie begründen ihre Erkenntnisse auf der bahnbrechenden Forschung Svante Pääbos über die DNA ausgestorbener Homini. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden. In dieser Unterrichtseinheit erkennen die Schülerinnen und Schüler, welcher nobelpreisgekrönte Wissenschaftler unser heutiges Wissen über die Paläogenetik zur Entschlüsselung der Evolution des Menschen erforscht hat und wie die Paläogenetik arbeitet. 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 Nobelpreisträger-Tagungen, um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen. Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht. Das Thema "Paläogenetik – Vom Frühmenschen zum Homo sapiens" im Unterricht Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten Inhalte, Arbeitsweisen und Bedeutung der Paläogenetik. Daraus können Sie Rückschlüsse auf die Entstehung des Homo sapiens und seine Verwandtschaft zum Neandertaler und Denisova-Menschen ableiten. Die DNA des Homo sapiens enthält prozentuale Annteile an Neandertaler- sowie Denisova-DNA. Diese Rückschlüsse wurden durch Svante Pääbos Arbeit ermöglicht. Vorkenntnisse Die Lernenden sollten den Begriff der Genetik kennen. Ebenfalls sollten Kenntnisse zum Aufbau der DNA vorhanden sein. Die Schülerinnen und Schüler sollten grob wissen, was Evolution bedeutet. Didaktische Analyse Die Schülerinnen und Schüler lernen den Begründer der Paläogenetik, Svante Pääbo kennen und beschäftigen sich mit den bahnbrechenden Ergebnissen der DNA-Untersuchungen von ausgestorbenen Menschenarten. Sie erkennen dabei, dass der Homo sapiens eine Zeit lang in Koexistenz mit Neandertaler und Denisova-Mensch lebte und es dabei zu einer Durchmischung der DNA kam. Pääbo konnte das durch die Sequenzierung von aDNA von Neandertaler und Denisova-Mensch belegen. Homo sapiens-DNA enthält immer noch Anteile an Neandertaler-DNA und Denisova-DNA. Die Erarbeitung der Informationen erfolgt durch Internetrecherchen sowie das Plakat über Svante Pääbos Arbeit als zentrales Medium. Daher sollten die Schülerinnen und Schüler digitale Endgeräte zur Verfügung haben, um auf das Plakat sowie auf die Informationen des Internets zugreifen zu können. Methodische Anlayse Mit Hilfe eines digitalen Plakats und des Internets erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung des Homo sapiens und finden heraus, welchen Beitrag die Paläogenetik dazu leistet. Zuerst recherchieren die Lernenden zum Begriff der Paläogenetik und sollen bekannte Forscher daraus nennen, zum Beispiel Svante Pääbo. Anschließend beantworten die Schülerinnen und Schüler Fragen zu einem Textabschnitt des Plakats über das Genom des Neandertalers und des Denisova-Menschen und die Arbeit Svante Pääbos. Im Folgenden bearbeiten die Lernenden einen Lückentext über den Stammbaum des Homo sapiens, Neandertalers und des Denisova-Menschen, der sich ebenfalls auf dem Plakat befindet und den Evolutionsfaktor des Genflusses einführt. Die Lernenden erkennen, dass es zu Genflüssen von Neandertaler sowie Denisova-Mensch zum Homo sapiens kam. Danach werden mit Hilfe einer Internetrecherche weitere Evolutionsfaktoren geklärt und fixiert: Mutation, Rekombination, Variabilität und Selektion. Im nächsten Schritt betrachten die Lernenden eine Grafik auf dem Plakat, welche die Wanderungen und die DNA-Durchmischung zwischen Homo sapiens, Neandertaler und Denisovaner-Mensch darstellt. Im darauffolgenden Teil lesen die Schülerinnen und Schüler einen Text, der die Arbeitsweise der Paläogenetik beschreibt. Sie erkennen die Herausforderungen dieser Disziplin, vor allem in Bezug auf die antike DNA und die Methoden der DNA-Vervielfältigung. Als Gesamtzusammenfassung beantworten die Schülerinnen und Schüler vier Fragen zur Unterrichtssequenz. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Inhalte der Paläogenetik beschreiben. berühmte Begründer der Paläogenetik nennen. die Arbeit von Svante Pääbo beschreiben. die Evolutionsfaktoren Genfluss, Mutation, Variabilität, Rekombination und Selektion definieren. die Durchmischung der DNA von Homo sapiens mit Neandertaler und Denisova-Mensch begründen. die Herausforderungen beziehungsweise Probleme in der Paläogenetik darstellen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Informationen aus einem Plakat extrahieren. Informationen aus dem Internet entnehmen und weiterverarbeiten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können eigene Ergebnisse mit Ergebnissen von Mitschülern vergleichen. kollaborativ Informationen entnehmen. in die Rolle eines Paläogenetikers schlüpfen und Herausforderungen der Disziplin nachvollziehen. Hier können Sie sich das Video zur Unterrichtseinheit anschauen.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Prismen und Körper" lernen die Schülerinnen und Schüler die Begriffe und die Eigenschaften verschiedener Körper kennen. Sie berechnen die Oberfläche und das Volumen eines Quaders und eines Würfels. Sie lernen die Volumeneinheiten mit einfachen Umrechnungen kennen. Ziel ist die Umsetzung im Sinne des selbstgesteuerten Lernens. Diese Unterrichtseinheit hat das Ziel, die Lerninhalte zum Thema "Prismen und Körper" für eine 5. Klasse der Realschule mit den Elementen des selbstgesteuerten Lernens den Schülerinnen und Schülern zu vermitteln. Die Unterrichtseinheit ist thematisch in vier Lernmodule eingeteilt. Zu jedem Modul stehen Lernkarten als interaktives H5P Element bereit: Lernmodul 1: Begriffe zu Körper und Prismen mit den interaktiven H5P Lernkarten "Körperarten" . Lernmodul 2: Netze und Schrägbilder mit den interaktiven H5P Lernkarten "Begriffe" und "Netze und Schrägbilder" . Lernmodul 3: Mantelflächenberechnung und Oberflächenberechnung mit den interaktiven H5P Lernkarten "Oberflächenberechnung" . Lernmodul 4: Volumenberechnung und Volumenberechnung II mit den interaktiven H5P Lernkarten "Volumeneinheiten" und "Volumenberechnung" . Die Inhalte der Lernmodule sind jeweils der Beschreibung der Plenumsphase aus dem Unterrichtsablauf zu entnehmen. Vorkenntnisse Für die inhaltliche Umsetzung sind für die jeweiligen Lernmodule folgende Voraussetzungen relevant: Bestimmung der Begriffe Kanten, Ecken und Flächen und Bestimmung der Eigenschaften von Würfel, Quader, Zylinder, quadratische Pyramide, Kegel und Kugel mit der Zuordnung zu den Prismen (Lernmodul 1). Die Zuordnung von Netzen und das Erstellen von Schrägbildern fokussiert auf Würfel und Quader (Lernmodul 2). Die Berechnung der Oberfläche O ist beschränkt auf Quader und Würfel (Lernmodul 3). Die Berechnung der Volumina V ist beschränkt auf Quader und Würfel (Lernmodul 4). Didaktische und methodische Analyse Diese Einheit basiert auf dem Prinzip des eigenständigen Lernens. Die Lernenden arbeiten in den Übungsphasen an den Lernmodulen wöchentlich nach eigenem Zeitplan . Die Lehrkraft klärt in den Plenumsphasen, die sich nach einem festgelegten Zeitraster orientieren, mit den Lerngruppen die Themen- und Aufgabenstellung des jeweiligen Lernmoduls. Es empfiehlt sich, mehrere solcher Phasen in einer Woche anzubieten, sodass die Lernenden sich ihre "Präsenszeit" aussuchen können. Die Rückmeldungsphase gestaltet sich individuell über die Plenumsphasen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler operieren gedanklich mit Strecken, Flächen und Körpern. stellen Körper (zum Beispiel als Netz, Schrägbild oder Modell) dar und erkennen Körper aus ihren entsprechenden Darstellungen. berechnen Volumen und Oberflächeninhalt von Prisma, Pyramide, Zylinder, Kegel und Kugel sowie daraus zusammengesetzten Körpern. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler suchen, verarbeiten und bewahren Inhalte und Materialien auf. kommunizieren und kooperieren auf verschiedenen Ebenen miteinander. setzen digitale Werkzeuge zum Lösen von Problemen ein. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren sachlich. bearbeiten und führen gemeinsam Aufgaben aus. halten sich an Absprachen und Vereinbarungen.

Überlässt man nach einmaliger Aufladung einen elektromagnetischen Schwingkreis sich selbst, so entsteht – vor allem wegen der unvermeidlichen Ohmschen Reibung – eine gedämpfte Schwingung, deren Amplitude sehr schnell gegen null gehen wird. Für viele technische Anwendungen wie etwa Radiowellen oder Mikrowellen benötigt man aber möglichst ungedämpfte Schwingungen, bei denen der stets auftretende Energieverlust durch technische Lösungen ausgeglichen wird. In diesem Beitrag werden beispielhaft zwei Schaltungen vorgestellt, die es ermöglichen ungedämpfte Schwingungen zu erzeugen. Dabei handelt es sich um die "Rückkopplungsschaltung nach Meißner" zur Erzeugung von sinusförmigen elektromagnetischen Schwingungen im niederen und mittleren Frequenzbereich sowie um die "Dreipunktschaltung" als Erweiterung der Rückkopplungsschaltung zur Erzeugung hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen. Beiden Schaltungen ist gemeinsam, dass der jeweilige Schwingkreis aus einer Spule und einem Kondensator besteht. Der ungedämpfte elektromagnetische Schwingkreis – Theorie und Beispiele Die anspruchsvolle Unterrichtseinheit zum ungedämpften Schwingkreis setzt gute bis sehr gute mathematische Kenntnisse voraus. Dies bedeutet, dass dieses Thema zum ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis nur im Rahmen der Kursphase der Sekundarstufe II behandelt werden kann. Vorkenntnisse Voraussetzungen für eine fundierte Beschäftigung mit dem ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis sind – neben Grundkenntnissen zu mechanischen Schwingungen – Kenntnisse über Auflade- und Entladevorgänge bei Kondensatoren, über die elektromagnetische Induktion und die Lenz'sche Regel sowie das Wissen über die Funktionsweise von Triode und Transistor. Didaktische Analyse Die Behandlung des anspruchsvollen Themas im Unterricht soll auch dazu führen, dass sich die Lernenden mit dem Aufbau und der Funktion von Geräten zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen näher beschäftigen wollen. Das Thema ist auch sehr gut geeignet, die Bedeutung von Differentialgleichungen zur Erklärung und Berechnung von physikalischen Zusammenhängen den Schülerrinnen und Schülern näher zu bringen – nicht zuletzt in Hinblick auf andere noch ausstehende physikalische Herleitungen in der Kursphase. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Funktionsweise von Triode und Transistor in Hinblick auf die Abläufe in einem elektromagnetischen Schwingkreis beschreiben. wissen um die große Bedeutung von elektromagnetischen Schwingungen in vielen Bereichen des täglichen Lebens. können anspruchsvolle Übungsaufgaben zur mathematischen Beschreibung der elektromagnetischen Schwingungen mittels Differentialgleichungen bearbeiten und lösen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden wertfrei diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit zu Geometrie betrachten die Lernenden Größen wie den Flächeninhalt und den Umfang der geometrischen Figuren Rechteck, Parallelogramm, Dreieck, Trapez und Kreissektor. Mithilfe von GeoGebra lassen sich die Berechnungsideen sehr anschaulich darstellen. In der Geometrie werden zur Beschreibung von Flächen Größen wie der Flächeninhalt und der Umfang betrachtet. In dieser Unterrichtseinheit erstellen die Schülerinnen und Schüler mithilfe von GeoGebra dynamisches Material zu Rechtecken, Parallelogrammen, Dreiecken, Trapezen und Kreissektoren sowie dessen geometrische Zusammenhänge für Flächeninhalte und Umfänge. Zuvor haben sie stets die Möglichkeit an sehr anschaulichen vorbereiteten GeoGebra-Dateien zu experimentieren, um Erfahrungen zu sammeln und Gesetzmäßigkeiten zu erkennen. Durch die Möglichkeit, schnell Änderungen vornehmen zu können, werden die Lernenden angeregt, selbst Fragestellungen zu ermitteln. Die Schülerinnen und Schüler entdecken außerdem Möglichkeiten, mithilfe von GeoGebra die Anschaulichkeit zu erhöhen. Lehrpläne sehen es vor, dass Schülerinnen und Schüler Flächeninhalte unterschiedlicher geometrischer Figuren ihrer Lebenswelt vergleichen, messen und schätzen. Mit GeoGebra lassen sich derartige Figuren einfach erstellen. Die Schülerinnen und Schüler können sich die Zusammenhänge für Fläche und Umfang für die grundlegenden Formen selbst erarbeiten und visualisieren, so dass ein besseres Verständnis für verschiedene Problemlösestrategien (beispielsweise Zerlegen, Auslegen von fremden Formen mit bekannten Flächentypen) entsteht, diese verwendet und eingeübt werden. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler lernen mathematische Darstellungen kennen und verwenden diese. lösen Probleme mathematisch und stellen diese am Rechner dar. modellieren mathematisch. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler produzieren und präsentieren. analysieren und reflektieren ihre erstellten GeoGebra Dateien. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren Selbstwertgefühl und Eigenverantwortung (Rückmeldungen zu Lösungsstrategien). arbeiten im Team und geben Hilfestellungen. stoßen durch offene Fragestellungen auf neue Ideen und zeigen Engagement und Motivation.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Spiele-App "TRAIN 4 Science" sowie wissenschaftliche Fragestellungen zum Klimaschutz und Klimawandel kennen. Sie setzen sich mithilfe der App mit kontrovers diskutierten wissenschaftlichen Fragestellungen auseinander und positionieren sich zu diesen. Die Idee zu "Train 4 Science" ist im Projekt "Die Zukunft des MINT-Lernens" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden. Die Klaus Tschira Stiftung hat das Projekt "TRAIN 4 Science" ermöglicht. Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, Lernende und Lehrende mithilfe der Spiele-App "TRAIN 4 Science" für fachliche Fragestellungen zum Klimawandel, die eigene Einstellung beispielsweise zum Klimaschutz und die eigenen Handlungen zu sensibilisieren. Die Schülerinnen und Schüler werden auf Fragestellungen, Akzeptanzprobleme, Entscheidungssituationen und Verhaltensänderungen aufmerksam gemacht. Sie reflektieren andere Handlungen und sich selbst und beantworten offene Forschungsfragen im Bereich der Naturwissenschaftsdidaktik und der Wissenschaftskommunikationsforschung. Spielidee In dem Spiel "TRAIN 4 Science" können die Schülerinnen und Schüler den Weg eines Zuges zu einem Gleis bestimmen und so die Antwort auf eine Frage auswählen. Ergänzende Reflexionsfragen ermöglichen die Erarbeitung von Hinderungsgründen sowie Visionen für klimapositives Verhalten, die Grundlage für Diskussionen im Klassenraum oder beim außerschulischen Lernen sein können. Die erste Version des Spiels befasst sich mit dem Thema Klimawandel. Mittelfristig sollen auch andere kontrovers diskutierte Themen (zum Beispiel Impfungen, Gentechnik, Tierversuche) in das Spiel integriert werden. Das Spiel kann als gamifiziertes Lern-, Umfrage- und Reflexionstool genutzt werden. Inhalte und Aufbau des Spiels In dem Spiel werden in den Kapiteln Wissen , Meinung , Handlungen und Reflexion wissenschaftliche Fragestellungen zum Thema Klimawandel und -schutz bearbeitet. Die drei Kapitel Wissen , Meinung und Handlungen bestehen aus Multiple-Choice-Fragestellungen. Die Spielergebnisse sind jeweils zu einem individuellen Score zu Wissen, Meinungen und Handlungsvorlieben zusammengefasst. Der Score besteht aus dem individuellen Punktestand sowie einem kurzen schriftlichen Feedback zu den Spielergebnissen. Im vierten Kapitel Reflexion beantworten die Schülerinnen und Schüler schriftlich drei Metareflexionsfragen zu Handlungsmotiven, Klimapolitik und Klimakommunikation. Die App fasst die Spielergebnisse je Kapitel und je Fragestellung am Ende des Spiels zusammen. Die Spielergebnisse können die Schülerinnen und Schüler sowie die Lehrperson gemeinsam im Klassenraum diskutieren. In der Klassenraum-Version der App kann die Lehrkraft die Gesamtauswertung über alle Schülerinnen und Schüler der Klasse generieren lassen und an die Wand projizieren. Das erste Kapitel Wissen fragt die Schülerinnen und Schüler nach Faktenwissen zum Klimawandel und dessen Auswirkungen. Das zweite Kapitel Meinung fragt die Lernenden, wie sie die Auswirkungen des Klimawandels hinsichtlich der psychologischen Distanz wahrnehmen und ob sie beispielsweise eine räumliche oder zeitliche Nähe zu den Auswirkungen des Klimawandels empfinden. Das dritte Kapitel Handlungen fragt die Schülerinnen und Schüler nach Nachhaltigkeit und Klimaschutz und sie wählen jeweils zwischen zwei Handlungsoptionen. Das vierte Kapitel Reflexion fragt die Lernenden nach der persönlichen Position und dem eigenen Handeln, welches die Schülerinnen und Schüler hinterfragen und offen reflektieren sollen. Spielfeedback Die Schülerinnen und Schüler bekommen auf der Grundlage der individuellen Scores und des kurzen Feedbacks zu den geschlossenen Fragen der ersten drei Kapitel die Rückmeldung, welche Unterschiede oder Gemeinsamkeiten zwischen ihrem Wissensstand über den Klimawandel und ihrem klimarelevanten Handeln existieren. Sie können diese Rückmeldung bei der Nachbereitung der Spiele-Nutzung berücksichtigen. Die Fragestellungen und Antworten im Kapitel Reflexion fördern das Fachwissen und die Bewertungskompetenz der Lernenden. Die Antworten können im Unterricht individuell oder in der Klasse reflektiert werden. Sie können um wissenschaftliche Befunde ergänzt und hinsichtlich möglicher Hinderungsgründe diskutiert werden. Für die Diskussion in der Klasse eignet sich insbesondere die Klassenraum-Version der App. Die Lernenden können dabei auch eigene Fragestellungen an die Wissenschaft in den Bereichen Natur- und Gesellschaftswissenschaften, Naturwissenschaftsdidaktik und Wissenschaftskommunikation formulieren und ihre Visionen für Wissenschaftskommunikation zu kontroversen wissenschaftlichen Themen mit den Spielmacherinnen und -machern von "TRAIN 4 Science" teilen. Diese sammeln die individuellen und gesellschaftlichen Hinderungsgründe und Visionen in einem "Atlas of Obstacles and Visions" und stellen ihn anonymisiert und Open Access zur Verfügung. Die Spiele-App "TRAIN 4 Science" zum Klimawandel und -schutz betrifft die Lebenswelt sowie Lebensrealität der Lernenden und Lehrenden. In dem Spiel erschließen sich die Schülerinnen und Schüler aktiv eine Welt, in der sie bedeutungsvolle Entscheidungen treffen müssen. Sie üben besonders die eigene Bewertungs- und Reflexionskompetenz. Das Spiel bietet ein Tool zum Aufbau von naturwissenschaftlicher Grundbildung als "Scientific Literacy " , zur Reflexion eigener Kenntnisse und Meinungen und zur aktiven Diskussion wissenschaftlicher Themen in der Gesellschaft. Die Lernenden üben besonders den Umgang mit Fachwissen und die Kommunikationskompetenz. Die Spiele-App eignet sich für Schülerinnen und Schüler ab der Jahrgangsstufe 7. Die Unterrichtseinheit kann mittels einer kurzen Diskussionsrunde, zum Beispiel über die Klassenraum-Version enden, wenn sie in einer Einzelstunde begonnen wird. In einer Doppelstunde kann das Spiel eingebaut und folgendermaßen nachbereitet werden: Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich über die Spielerfahrung aus, ergänzen Fachwissen, vertiefen naturwissenschaftliche Aspekte und diskutieren klimapolitische Handlungsmöglichkeiten sowie -konflikte. Sie können beispielsweise weiteren Ideen zu klimapolitischen Handlungen oder zur Kommunikation über Klimawandel und Klimaschutz oder zu einer offenen Fragestellung nachgehen. Zum Beispiel: Was ist mein ökologischer Fußabdruck? Welche klimatechnischen Lösungsansätze gibt es bereits? Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrperson benötigt digitale Kompetenzen und soll in der Lage sein, die Spiele-App in ihren Unterricht einzubetten und mit entsprechenden Sicherungsphasen thematisch so nachzubereiten, dass die Lernenden einen möglichst großen Lerneffekt haben (5.3 Aktive Einbindung der Lernenden). Sie soll die Spiele-App vor dem Unterricht heruntergeladen und ausprobiert haben, um den Einsatz und die Einbettung des digitalen Lehrmaterials in den Unterricht planen und effektiv gestalten zu können (2.1 Auswählen digitaler Ressourcen). Die Lehrperson soll den Computer, das Tablet oder das Smartphone als Endgerät sowie die Spiele-App als Software bedienen können und sie soll die Lernenden in die Spiele-App einweisen können, um allen Schülerinnen und Schülern den Zugang zur digitalen Lernumgebung zu ermöglichen (3.1 Lehren). Die Lehrperson benötigt die Fähigkeit, das Lernen von einzelnen Schülerinnen und Schülern oder Lerngruppen mittels der Spiele-App auf ein gemeinsames Ziel hin zu planen und gemeinsam durchzuführen (3.3 Kollaboratives Lernen). Sie soll die Reflexion zu den wissenschaftlichen Fragestellungen zum Klimawandel und -schutz und zur Spiele-App als digitale Lernumgebung moderieren können (5.3 Aktive Einbindung der Lernenden). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können naturwissenschaftliches Wissen begreifen. können Informationen sach- und fachgerecht erschließen und austauschen. können Fachsprache, fachliche Konzepte und Argumentationsstrukturen erschließen. können biologische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Theorien, Fakten erkennen. können biologische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Theorien, Fakten erklären und nutzen, um Sachverhalte zu verarbeiten. können naturwissenschaftliche Sachverhalte reflektieren, prüfen und bewerten. können biologische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen und bewerten. können eine intakte Natur wertschätzen. entwickeln ein Verständnis für Entscheidungen, die eine nachhaltige Entwicklung verfolgen. beteiligen sich an wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Diskussionen. entwickeln Bewertungskompetenzen. bilden und begründen eine Meinung. treffen Entscheidungen auf ethischer Grundlage und reflektieren deren Folgen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden die Spiele-App "TRAIN 4 Science" als digitales Werkzeug und Medium zum Lernen, Arbeiten und Problemlösen. kommunizieren und kooperieren digital im Klassenraum und in der Gesellschaft. finden, bewerten und nutzen digitale Lernmöglichkeiten. analysieren und bewerten Medien. verstehen und reflektieren Medien in der digitalen Welt. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren aktiv. akzeptieren und respektieren andere Meinungen und übernehmen andere Perspektiven. bilden Beziehungen, Toleranz, Empathie sowie Kritikfähigkeit. üben und akzeptieren konstruktive Kritik. entwickeln Engagement und Kreativität für naturwissenschaftliche, politische und gesellschaftliche Konflikte. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler erlangen/festigen Teilkompetenzen des kritischen Denkens. lösen schrittweise Probleme in einer Spielumgebung. üben sich im Treffen von Entscheidungen und diskutieren diese in der Gruppe. stärken ihre Kreativität, indem sie offenen Fragestellungen im Bereich Klimawandel- und schutz nachgehen.

In dieser Unterrichtseinheit werden elektromagnetische Schwingkreise thematisiert, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind: Sie werden in Smartphones, Musikanlagen, Fernsehern, Steuerungsanlagen und vielen weiteren Anwendungen benötigt und bilden die Grundlage für die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen, wie sie etwa für das Generieren von Telefonaten oder Fernsehbildern unabdingbar sind. Ausgehend von Grundkenntnissen zu mechanischen Schwingungen und den Analogien zu einfachen elektrischen – theoretisch ungedämpften – Schwingkreisen wird den Schülerinnen und Schülern das Thema nähergebracht. Nach Einbeziehung des immer vorhandenen elektrischen Widerstandes erkennen die Lernenden sehr schnell, dass eine sich selbst überlassene elektromagnetische Schwingung nicht ungedämpft sein kann, sondern in Abhängigkeit von der Zeit abnehmen und gegen Null gehen wird. Der gedämpfte elektromagnetische Schwingkreis Die anspruchsvolle Unterrichtseinheit zum gedämpften Schwingkreis setzt gute bis sehr gute mathematische Kenntnisse voraus. Dies bedeutet, dass dieses Thema zum gedämpften elektromagnetischen Schwingkreis nur im Rahmen der Kursphase der Sekundarstufe II behandelt werden kann. Vorkenntnisse Voraussetzungen für eine Beschäftigung mit dem gedämpften elektromagnetischen Schwingkreis sind – neben Grundkenntnissen zu mechanischen Schwingungen – Kenntnisse über Auflade- und Entladevorgänge bei Kondensatoren, über die elektromagnetische Induktion und die Lenz'sche Regel. Didaktische Analyse Die Behandlung des schwierigen Themas im Unterricht kann durchaus dazu führen, dass sich die Lernenden verstärkt mit dem Thema beschäftigen wollen, um technischen Geräte ihrer alltäglichen Lebenswelt etwas besser verstehen zu lernen. Das Thema ist auch sehr gut dazu geeignet, die Bedeutung von Differentialgleichungen zur Erklärung und Berechnung von physikalischen Zusammenhängen besser zu durchschauen und zu verstehen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Ursachen von gedämpften elektromagnetischen Schwingungen beschreiben und erläutern. kennen die verschiedenen Arten von gedämpften elektromagnetischen Schwingungen. können die zugehörige Differentialgleichung herleiten und anwenden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet. können die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit überprüfen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewissen Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden diskutieren zu können.