MINT: Willkommen im Fachbereich

ChatGPT ist ein künstliches Intelligenzsystem, welches auf Sprache reagiert. ChatGPT kann als Werkzeug im Mathematik-Unterricht eingesetzt werden, um beispielsweise das kritische Hinterfragen von Antworten zu thematisieren. Die Unterrichtseinheit startet mit einem kurzen Informationstext zum Thema "Künstliche Intelligenz und ChatGPT". Die Schülerinnen und Schüler lernen die Möglichkeiten von ChatGPT kennen und fassen diese zusammen, bevor sie konkrete Handhabungen und das kritische Hinterfragen von Ergebnissen, die durch ChatGPT generiert wurden, im Mathematik-Unterricht behandeln. Die Lernenden werden aufgefordert, eigene Fragestellungen an das künstliche Intelligenzsystem zu stellen. Der Einbezug von künstlicher Intelligenz ist in einem modernen und digitalen Mathematik-Unterricht kaum noch wegzudenken. Die Schülerinnen und Schüler erfahren durch die Unterrichtseinheit, was eine künstliche Intelligenz ist, und lernen außerdem, mit dem künstlichen Intelligenzsystem ChatGPT umzugehen. Der Schwerpunkt dieser Unterrichtseinheit liegt auf dem kritischen Hinterfragen von Aufgabenstellungen und Antworten, die durch künstliche Intelligenzsysteme generiert wurden. Die Lernenden benötigen für die Durchführung dieser Unterrichtseinheit einen Zugang zu ChatGPT sowie eine funktionierende Internetverbindung per Computer, Tablet oder Smartphone. Sie benötigen keine Inhaltlichen Vorkenntnisse. Die Lehrperson sollte vor Beginn der Unterrichtseinheit bereits mit ChatGPT gearbeitet haben, um die Lernenden im Umgang mit dem Chatbot zu unterstützen. Die Lernenden und die Lehrperson können ChatGPT auch direkt befragen, falls Fragestellungen oder Unklarheiten aufkommen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lösen Übungsaufgaben zum aktuellen Thema KI und hinterfragen ihre eigenen sowie andere Ergebnisse kritisch. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler zeigen Engagement und Motivation, dass künstliche Intelligenzsystem kritisch zu hinterzufragen. erfahren Rückmeldungen zu Fragestellungen. diskutieren und berücksichtigen Gesprächsregeln. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlernen den Umgang mit dem künstlichen Intelligenzsystem ChatGPT. nutzen die Software ChatGPT für das fachliche Lernen. hinterfragen den Umgang und die Ergebnisse von ChatGPT kritisch.

Diese Unterrichtseinheit handelt vom Aufbau der Atome und wie im Periodensystem der Elemente die Anzahl an Protonen, Elektronen, Neutronen und Schalen abgelesen beziehungsweise berechnet werden können. Diese Unterrichtseinheit beginnt mit einer Abbildung von mit Helium befüllten Ballons. Viele Lernende dürften bereits wissen, dass sich in solchen Ballons Helium befindet. Im Periodensystem der Elemente (PSE) wird gemeinsam das Element Helium ausfindig gemacht. Als Überleitung dient die Frage, weshalb sich Helium genau an dieser Stelle im PSE befindet. Zur Klärung dieser Frage wird den Schülerinnen und Schülern das Erklärvideo im Plenum vorgespielt. Daraufhin wird die relative Atommasse sehr vereinfacht eingeführt, da die genauere Erklärung der Maßeinheit u (über 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms) die Lernenden erfahrungsgemäß unnötig verwirrt. Die Berechnung der Anzahl der Neutronen schließt sich an. Am Schluss des Videos wird erklärt, wo im PSE die Anzahl an Schalen abgelesen werden kann und wie viele Elektronen in jede Schale passen. Anschließend erfolgt die Sicherung durch das Besprechen des Lückentextes. Als Zirkelschluss wird erneut die Position des Heliums im PSE aufgegriffen und zur Besprechung ein Schalenmodell eines Heliumatoms gezeigt. Anhand dieses Schalenmodells wird die Position des Heliums im PSE, die Anzahl an Protonen, Elektronen und Schalen und die relative Atommasse sowie die Berechnung der Anzahl an Neutronen wiederholt. In der Folgestunde wird das Ablesen der genannten Informationen im PSE anhand der Arbeitsblätter 2 und 3 durch die Schülerinnen und Schüler geübt. Ergänzend dazu gibt es interaktive Übungen, um das Wissen der Lernenden zu festigen und zu vertiefen. Als Motivation für diese Unterrichtseinheit dient eine Abbildung von heliumgefüllten Ballons, da einige Schülerinnen und Schüler bereits wissen, dass sich in solchen Ballons Helium befindet. Damit knüpft der Einstieg an die Lebenswelt der Lernenden und an ihre chemische Vorbildung an. Um auf das Thema überzuleiten, wird Helium im PSE ausfindig gemacht und es wird durch die Lehrkraft auf die Position des Heliums in der 1. Periode mit der Ordnungszahl 2 hingewiesen. Die Frage, was dies für den Atombau zu bedeuten hat, wird aufgeworfen. Zur Klärung dieser Frage schauen sich die Schülerinnen und Schüler das Erklärvideo an. Im Anschluss erhalten die Lernenden Arbeitsblatt 1, das einen Lückentext enthält, den sie in Paararbeit mithilfe von vorgegebenen Wörtern ausfüllen. Die Paararbeit dient dazu, dass die Schülerinnen und Schüler sich bei Unsicherheiten besprechen können. Falls gewünscht, können die Schülerinnen und Schüler das Erklärvideo als Hilfe verwenden, da sie es sich auf ihren mobilen Endgeräten erneut anschauen können. Der Vorteil hierbei ist, dass die Zweiergruppen in ihrer eigenen Geschwindigkeit das Video anschauen, stoppen und zurückspulen können. Das Erklärvideo enthält zwar Hintergrundmusik, alle nötigen Informationen sind jedoch in schriftlicher Form dargestellt, sodass kein Ton für das Verstehen des Videos benötigt wird. So wird ermöglicht, dass viele Lernende gleichzeitig in einem Klassenzimmer das Video anschauen können. Durch das vorherige gemeinsame Anschauen des Videos kennen die Lernenden den ungefähren Ablauf und können direkt an die Stelle spulen, die sie als Hilfe für das Bearbeiten des Arbeitsblattes benötigen. Zur Binnendifferenzierung können die vorgegebenen Wörter auf dem Arbeitsblatt gelöscht werden und der Lückentext lediglich mithilfe des Videos ausgefüllt werden. Dies eignet sich für die stärkeren Schülerinnen und Schüler. In der Sicherungsphase sammelt die Lehrkraft die Antworten der Lernenden auf dem Arbeitsblatt, indem die Schüler und Schülerinnen die ausgefüllten Sätze vorlesen und die Lehrkraft die Lücken auf dem Arbeitsblatt unter der Dokumentenkamera ausfüllt. Als Zirkelschluss am Ende der Stunde wird erneut das Element Helium aufgegriffen. Dieses Mal wird den Lernenden das Schalenmodell eines Helium-Atoms präsentiert und das in dieser Stunde Erlernte wird in Bezug auf die Position des Elements Helium im Periodensystem der Elemente während eines gemeinsamen Gespräches wiederholt. Die Folgestunde dient als Übungsstunde, in der die Zusammenhänge zwischen der Position eines Elements im Periodensystem und dem Atombau eingeübt und gefestigt werden. Als Motivation wird den Schülerinnen und Schülern das Element Natrium im Original präsentiert und seine Position im PSE gemeinsam ausfindig gemacht. Zur Erarbeitung erhalten die Schülerinnen und Schüler Arbeitsblatt 2, auf dem sie den PSE-Eintrag des Natriums beschriften (Ordnungszahl, relative Atommasse), die Berechnung der Anzahl an Neutronen erklären und eine beschriftete Zeichnung des Schalenmodells eines Natrium-Atoms anfertigen. Auch hier wird auf Paararbeit zurückgegriffen, damit die Schülerinnen und Schüler sich gegebenenfalls bei Unsicherheiten besprechen können. Anschließend erfolgt die Sicherung mithilfe von Präsentationen durch die Schülerinnen und Schüler, währenddessen ihre Leistung honoriert wird. Zur weiteren Übung und Festigung erhalten die Lernenden Arbeitsblatt 3, das sie nun in Einzelarbeit bearbeiten sollen, um zu überprüfen, ob sie die Thematik verstanden haben. Die Sicherung erfolgt wieder durch Präsentationen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Ordnungszahl als Angabe der Anzahl von Protonen und Elektronen eines Atoms. erklären die Berechnung der Anzahl von Neutronen eines Atoms mithilfe der relativen Atommasse. beschreiben die Periode als Anzahl von Schalen eines Atoms. ermitteln mithilfe des Periodensystems der Elemente die Anzahl an Atombestandteilen eines Atoms und fertigen eine Zeichnung des Schalenmodells an. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben während der Paararbeitsphasen soziale Kompetenzen ein. präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht.

In dieser Unterrichtseinheit geht es um die historische Entwicklung verschiedener Atommodelle –beginnend bei Dalton über Thomson und Rutherford bis schließlich zu Bohrs Atommodell, das als Grundlage für den weiteren Chemie-Unterricht dient. Diese Unterrichtseinheit beginnt mit Abbildungen der Wissenschaftler John Dalton, Joseph John Thomson, Ernest Rutherford und Niels Bohr . Den Lernenden wird eröffnet, dass diese vier Wissenschaftler sich alle mit Atomen und deren Aufbau beschäftigt haben und dass jeder von ihnen ein eigenes Atommodell entwickelte. Anschließend werden die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler vom Aufbau der Atome an der Tafel gesammelt. Daraufhin erhalten die Lernenden eine interaktive Präsentation und ein Erklärvideo , um die Arbeitsblätter 1 und 2 zu bearbeiten. Hier finden Sie die interaktive Präsentation und das Erklärvideo sowie weitere interaktive Begleitmaterialien für die Lernenden, um das erlernte Wissen zu überprüfen und zu festigen. Die Unterrichtseinheit kann mit Abbildungen der Wissenschaftler John Dalton, Joseph John Thomson, Ernest Rutherford und Niels Bohr beginnen. Den Lernenden wird eröffnet, dass es sich um Wissenschaftler handelt, die sich mit dem Aufbau der Atome beschäftigt haben und die jeweils ein eigenes Atommodell entworfen haben. Das Vorliegen verschiedener historischer Atommodelle soll die Schülerinnen und Schüler dazu motivieren, sich mit ihren eigenen Vorstellungen vom Aufbau der Atome auseinanderzusetzen. Diese werden sogleich durch die Lehrkraft an der Tafel gesammelt. Hierzu eignet sich eine Mindmap, da es die verschiedenen Vorstellungen thematisch sortiert darstellt. Es kann aber auch nur eine Liste erstellt werden. Die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler dienen als Überleitung zu den Vorstellungen der Wissenschaftler, die die Schülerinnen und Schüler anschließend in Einzelarbeit mithilfe einer interaktiven Präsentation oder eines Erklärvideos erkunden sollen. Die Lernenden können selbst auswählen, ob sie sich lieber mit der interaktiven Präsentation oder mit dem Erklärvideo beschäftigen wollen. Die Lernenden können sich abhängig von ihrem Lerntyp für die passendere Variante entscheiden. Die Lernenden, die das Video bevorzugen, erstellen eigenständig die Zusammenfassungen für die Arbeitsblätter. Die interaktive Präsentation ist geeignet für aktivere Lernende, die während des Lernens selbst in Aktion treten wollen. Sie besteht aus Abbildungen der verschiedenen Atommodelle, mit deren Hilfe jeweils Multiple-Choice-Aufgaben, Wörter-Einfügen-Aufgaben, Beschriftungs-Aufgaben und Richtig/Falsch-Aufgaben bearbeitet werden. Am Ende gibt es eine Zusammenfassung, die durch das Auswählen der richtigen Aussagen zusammengestellt wird und direkt auf die Arbeitsblätter übernommen werden kann. Während der Beschäftigung mit der interaktiven Präsentation oder mit dem Erklärvideo füllen die Schülerinnen und Schüler in Einzelarbeit die Arbeitsblätter 1 und 2 aus, die die Hauptaussagen der jeweiligen Atommodelle zusammenfassen. Die intensive Beschäftigung mit der Thematik und das eigenständige Festhalten der Zusammenfassungen auf den Arbeitsblättern soll es den Lernenden erleichtern, sich die verschiedenen Atommodelle zu merken. In der sich anschließenden Sicherungsphase, in der die Schülerinnen und Schüler ihre Zusammenfassungen zum Beispiel mithilfe einer Dokumentenkamera präsentieren, merken die Präsentierenden, dass ihre Arbeit entsprechend honoriert wird. Für die Schlusszusammenfassung werden die Vorstellungen der Lernenden vom Beginn der Stunde wieder aufgegriffen und, wenn möglich, einem der vier behandelten Atommodelle zugeordnet. Dies kann zum Beispiel mithilfe farblicher Markierungen geschehen. Diese Wiederholung des Gelernten am Ende der Stunde dient der Festigung und auch der Auseinandersetzung mit möglicherweise vorhandenen Fehlvorstellungen der Lernenden. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Daltons Vorstellung von den Atomen. erklären den Zusammenhang zwischen Rosinenkuchen und Thomsons Atommodell. erklären die Widerlegung von Thomsons Atommodell durch Rutherford. beschreiben den Aufbau der Atome nach Bohrs Schalenmodell. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht.

Elektronik-Chips sind aus unserem Alltag kaum noch wegzudenken, in fast jedem Gerät findet man sie inzwischen. Diese Unterrichtsreihe beleuchtet modular die Anfänge und die Entwicklung, erläutert das Mooresche Gesetz und wagt einen Blick in die Zukunft. Das Material kann zur Vorbereitung für den "INVENT a Chip"-Wettbewerb verwendet werden. #inventachip Die Elektronik hat unsere Lebens- und Arbeitswelt grundlegend verändert. Computer, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik – überall werden dafür elektronische Schaltungen benötigt. Dabei kommt den Chips (auch ICs genannt) eine Schlüsselfunktion zu. Doch wie hat alles angefangen und sich entwickelt? Und warum entwickeln Firmen immer mehr spezielle Chips, während andererseits die Mikrocontroller ihren Siegeszug fortsetzen? Was beschreibt das Mooresche Gesetz und behält es auch in Zukunft seine Gültigkeit? Dies sind nur einige Fragestellungen, die im ersten Teil dieser Reihe beantwortet werden sollen. Dabei werden die elektronischen Bauteile immer kleiner. Das schont nicht nur die Ressourcen, es macht auch immer leistungsfähigere Chips möglich, die sogar weniger Energie benötigen als ihre Vorgänger. Doch es gibt da auch Grenzen, die die Physik setzt. Später soll es auch um das Design eines Chips auf einem FPGA gehen. Dafür gibt es eine ganz eigene Programmiersprache, die die Hardware beschreibt und nicht die Software. Ein kleiner Schnupperkurs soll erste Einblicke gewähren. Auch die Nachhaltigkeit im Bereich Mikroelektronik wird beleuchtet, denn viele stromsparende Geräte enthalten nicht weniger, sondern mehr Elektronik, die uns beim Einsparen von Wasser, Strom und Rohstoffen hilft. Zuletzt soll noch ein Blick in die Zukunft gewagt werden. Die Verbindung von Mensch und Maschine ist ein Forschungsfeld der Zukunft. Ergänzend zu den modular einsetzbaren Arbeitsblättern finden Sie hier noch interaktive Übungen, um das Gelernte zu festigen und zu vertiefen. Das Thema Mikroelektronik ist sowohl in der Alltagswelt als auch in der Schule von erheblicher Bedeutung. Ob im Smartphone, Computer, Tablet, im Fernseher oder der Unterhaltungselektronik – überall ist Mikroelektronik zu finden. Wie diese grundlegend aufgebaut ist und wie sie sich entwickelt haben und sich entwickeln werden, sind spannende Themen. Vorkenntnisse für die Reihe sind nicht erforderlich. Die Arbeitsblätter können im Unterricht auch einzeln und in beliebiger Reihenfolge eingesetzt werden. Die Themen sind an der Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler orientiert. Die Neugierde, wie denn das eigene Smartphone oder Tablet aufgebaut ist, lässt sich leicht wecken. Die interaktiven Übungen fragen das erworbene Wissen in spielerischer Weise ab. Besonders interessierte Schülerinnen und Schüler können die weiterführenden Links nutzen. Die Lehrkräfte benötigen keine weitreichende Vorbereitung. Die Themen lassen sich mit den Arbeitsblättern auch selbst erarbeiten. Für die interaktiven Übungen wird ein Internetzugang und ein Internetbrowser benötigt. Die Arbeitsblätter selbst können sowohl digital als auch in Papierform im Unterricht eingesetzt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen den Unterschied zwischen analog und digital. verstehen, warum unsere Welt immer "digitaler" wird. lernen, was "integrierte Schaltungen" sind. erörtern das Mooresche Gesetz. bekommen einen Einblick in die Leistungsfähigkeit moderner Chips. lernen den Unterschied zwischen ASIC und Mikrocontroller kennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen Videos als Informationsquelle. vertiefen ihr Wissen mit interaktiven Übungen . Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler reflektieren ihre Alltagswelt, die von der Mikroelektronik geprägt wird. recherchieren im eigenen Lebensumfeld. simulieren eine Teamentscheidung in einer fiktiven Firma.

Für den Mathematikunterricht eignet sich bei vielen Themen der Einsatz vom Computer – beispielsweise um Probleme unter einem anderen Blickwinkel zu betrachten und vielseitiger zu erforschen. In der Geometrie bewährt sich dazu die dynamische Geometriesoftware GeoGebra. Die Schülerinnen und Schüler üben in dieser Unterrichtseinheit das computergestützte Konstruieren, Verstehen und Reflektieren geometrische Zusammenhänge und Erlernen gleichzeitig wertvolle Grundlagen im Umgang mit der Software. Diese Unterrichtseinheit baut auf der Einheit "Mit GeoGebra arbeiten – Grundlagen Teil 2" auf und handelt vom Konstruieren und Messen im zweidimensionalen Raum mit Hilfe der dynamischen Geometriesoftware GeoGebra. Auf dem ersten Arbeitsblatt dreht sich dabei alles um die Konstruktion von Dreiecken. So werden beispielsweise gleichschenklige und gleichseitige Dreiecke mithilfe von Schiebereglern konstruiert. Auch die Konstruktionsbeschreibung mithilfe des Textwerkzeuges und die Möglichkeit der Integration von gemessenen Werten (Variablen) in Texte wird thematisiert. Auf dem zweiten Arbeitsblatt werden neben der Konstruktion von rechtwinkligen Dreiecken und Ellipsen das Anzeigen von Spuren erkundet, indem Spuren von Punkten und Flächen entdeckt werden. Abschließend werden an zwei Experimentierdateien "Thaleskreis_und_mehr" sowie "Winkelbetrachtungen" besondere geometrische Eigenschaften dynamisch wiederholt. Da die Schülerinnen und Schüler unterschiedliche Voraussetzungen im Umgang mit dem Computer haben, ermöglichen die kleinschrittig konzipierten Aufgaben den Lernenden selbstständig oder in Paar-Arbeit die Arbeitsblätter zu bearbeiten. Sollten bei leistungsschwächeren Schülerinnen und Schülern dennoch Schwierigkeiten bestehen, so können die Musterlösungen alternativ als Begleittexte verwendet werden. Diese enthalten detaillierte Hinweise mit Visualisierungen. Des Weiteren gibt es zu jeder Aufgabe eine fertig konstruierte GeoGebra-Datei als Download. Um mit GeoGebra arbeiten zu können, müssen die Grundelemente erlernt und eingeübt werden. Mithilfe der beiden Arbeitsblätter entdecken die Schülerinnen und Schüler in Einzel- oder Paar-Arbeit weitere Grundlagen der dynamischen Geometriesoftware, indem sie einfache geometrische Figuren konstruieren, Abmessungen an ihnen vornehmen und Lagen erforschen. Zusätzlich können die Musterlösungen den Lernenden als Hilfestellung angeboten werden. Durch die freie Erarbeitungsphase hat die Lehrkraft die Möglichkeit leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler individuell zu unterstützen. So wird gewährleistet, dass den Lernenden der Einstieg individuell im Umgang mit GeoGebra ermöglicht wird. Durch die entstehenden Konstruktionen werden die Lernenden außerdem dazu angeregt selbst Fragestellungen zu Lageverschiebungen und neuen Konstruktionsproblemen zu entwickeln. Der Umgang mit Computern und Software ist den Schülerinnen und Schülern bekannt, so dass sie mit der Oberfläche von GeoGebra schnell vertraut 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 verwenden computergestützte Software zum Konstruieren und Messen. erforschen geometrische Beziehungen in interaktiven Dateien. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren Selbstwertgefühl und Eigenverantwortung (Rückmeldungen zu Lösungsstrategien). üben Teamfähigkeit und unterstützen sich gegenseitig. zeigen durch offene Fragestellungen Engagement und Motivation, Lösungen zu entwickeln.