Wissen Sie eigentlich wie Ebbe und Flut entstehen? Irgend etwas mit dem Mond? Oder wegen der Drehung der Erde? Keine Sorge. Selbst der große Galileo Galilei (1564-1642) lag mit seiner Gezeiten-Theorie falsch. Also mal ganz von vorne ...Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit zur Gezeitenwirkung des Monds basiert auf interaktiven Webseiten mit dynamischen GeoGebra-Applets. Animierte Simulationen schaffen Visualisierungsmöglichkeiten, die auf dem Papier und an der Tafel nicht realisierbar sind und das Verständnis erleichtern. Lehrende oder Lernende können mithilfe der Maus am Computer die Zeichnungen und Konstellationen kontinuierlich verändern und so bestimmte Fragestellungen verfolgen und dynamisch überprüfen. Dies ermöglicht einen aktiv-entdeckenden Zugang zu den geophysikalischen Sachverhalten. Interaktive Animationen verdeutlichen das Prinzip der Umwälzbewegung Anlass für die Erstellung dieser Lerneinheit waren wiederholte Anfragen interessierter Schülerinnen und Schüler, wie die Gezeiten und speziell der "mondabgewandte Flutberg" entstünden. Die dabei zu Tage tretenden Fehlvorstellungen sind auch in manchen Büchern und im Internet zu finden. Prinzipiell lassen sich zwei verschiedene Ansätze zur Erklärung der Gezeitenkräfte unterscheiden: Das Modell der Umwälzbewegung, bei dem Erde und Mond ihren gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen, und das Modell der Fallbewegung, bei dem die (ausgedehnte) Erde im inhomogenen Gravitationsfeld des Monds "frei fällt". Die hier vorgestellte Lernumgebung verdeutlicht das Prinzip der Umwälzbewegung mithilfe von interaktiven Animationen, die sich bei der Veranschaulichung der grundlegenden Sachverhalte als sehr hilfreich erwiesen haben. Erneuerbare Energien aus Gezeitenkraftwerken Die Beschäftigung mit den Gezeiten ermöglicht einen interessanten "Haken" zum Thema Erneuerbare Energien: Die starke Strömung bei Ebbe und Flut lässt sich zum Antrieb von Turbinen und damit für die Produktion von elektrischem Strom nutzen. Das älteste Gezeitenkraftwerk wurde bereits 1968 an der Nordküste der französischen Bretagne gebaut. Das Kraftwerk liefert jährlich 600 Millionen Kilowattstunden an elektrischer Energie. Damit kann immerhin eine Stadt wie Mannheim mit Strom versorgt werden. Einsatzmöglichkeiten und Gestaltung der Materialien Die dynamischen Arbeitsblätter können zur Einführung, Wiederholung oder selbstständigen Erarbeitung des Stoffs eingesetzt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen Fachbegriffe im Zusammenhang mit den Gezeiten kennen und genau differenzieren können. das Prinzip der Umwälzbewegung ("Revolution ohne Rotation") verstehen. die Entstehung der Gezeitenkräfte des Monds und das Zustandekommen von zwei Flutbergen erklären können. verbreitete Fehlvorstellungen und unzulängliche Erklärungen der Gezeiten entlarven können. didaktisch reduzierte Modelle von der Komplexität der realen Sachverhalte unterscheiden können. Hilfreiche physikalische Lernvoraussetzung für das Verständnis sind Grundkenntnisse über Kräfte. Insbesondere deren Addition kann über eine weitere dynamische Lernumgebung, die auch in den Materialien zur Entstehung der Gezeiten verlinkt ist, demonstriert werden: GeoGebra.org: Addition von Kräften Die Lernumgebung verdeutlicht die Addition von Kräften und schafft damit eine Grundlage für das Verständnis der Gezeitenentstehung. Die Problematik der Verwendung von Zentri fugal kräften und den damit einhergehenden Wechsel in das rotierende Bezugssystem wurde aufgrund eines erfahrungsgemäß leichteren Zugangs in Kauf genommen (zum Beispiel Demonstration der "fliegenden Haare zweier sich umtanzender Schülerinnen). Einige der gerade bei diesem Thema zahlreich auftretenden, verkomplizierenden und weiterführenden Aspekte wurden in das abschließende Kapitel der Lernumgebung "Darf's ein bisschen mehr sein?" ausgelagert. Für die Lerneinheit bieten sich zwei Einsatzmöglichkeiten an: Begleitende dynamische Visualisierung der Erklärung geophysikalischer Sachverhalte während der Neudurchnahme im Unterricht Selbständige, aktiv-entdeckende Erarbeitung des (eventuell bereits im Unterricht thematisierten) Stoffs durch die Lernenden Textgestaltung, "Mouse-Over-Effekte" Erläuternde Texte wurden bewusst prägnant gehalten, um eine zügige und selbstständige Erarbeitung zu unterstützen. Bei Präsentationen können die Texte als Leitfaden dienen. Wichtige Begriffe sind farblich hervorgehoben. Zeigt man mit der Maus auf die dunkelrot markierten, werden eine kurze Definition oder Zusatzinformationen eingeblendet (Mouse-Over-Effekte). Zur Gewährleistung eines möglichst linearen Lernablaufs wurden Hyperlinks nur sehr sparsam eingesetzt. Interaktive GeoGebra-Applets Auf eine Bedienungsanleitung der Applets wurde verzichtet. Erfahrungsgemäß entdecken Schülerinnen und Schüler die interaktiven Möglichkeiten bei einer ernsthaften Beschäftigung mit den Darstellungen schnell selbst. Der kleine Abspielknopf (meist links unten; Abb. 1 zur Vergrößerung bitte anklicken) in den Applets erlaubt eine kontinuierliche Animation der Zeichnungen. Für das Einstellen bestimmter Konstellationen erweist sich aber auch die manuelle Justierung des Zeitreglers (Schieberegler) als hilfreich. Parameter oder Einblendungen können jederzeit auch während der Animation verändert werden (bei dem in Abb. 1 gezeigten Screenshot eines Applets zum Beispiel die Darstellung der verschiedenen Kräfte). Für die Größe der Applets wurde ein Kompromiss zwischen Übersichtlichkeit und hardwaretechnischen Voraussetzungen (zum Beispiel in Schulen weit verbreitete alte Beamer und Monitore mit kleinen Auflösungen) angestrebt, was bei Darstellungen astronomischer Dimensionen nicht immer einfach ist. Tipp: Nutzen Sie die Taste F11 zur Vollbild-Darstellung der Webseiten.

In diesem Lernmodul lernen die Schülerinnen und Schüler einige Möglichkeiten zur Stromerzeugung aus dem Meer kennen und lösen dazu verschiedene Aufgabenstellungen.Alle, die schon einmal mit den Füßen in der Meeresbrandung standen, konnten die Kraft der Wellen spüren. Obwohl ein Großteil der Erdoberfläche von Meer bedeckt ist, wird diese Energiequelle bisher nur in geringem Umfang zur Stromerzeugung genutzt. Viele Ideen befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. In diesem interaktiven Lernmodul können sich die Schülerinnen und Schüler anhand verschiedener Beispiele kritisch mit dem Meer als regenerative Energiequelle auseinander setzen. Selbstgesteuertes Lernen Das didaktische Konzept fokussiert eine weitgehend selbstständige Erarbeitung der Inhalte. Der hohe Grad an Interaktivität und die multimediale Aufbereitung der Themen regen zum Nachforschen an. Grafische Elemente können per Drag & Drop so positioniert werden, dass dadurch inhaltliche Aussagen entstehen, zum Beispiel bei der Positionierung von Meereskraftwerken auf einer Weltkarte. Arbeitsergebnisse können in einem virtuellen Rucksack verstaut und später an geeigneter Stelle wieder ausgepackt werden. So werden Inhalte wiederholt und vertieft. Bei Bedarf können eigene Inhalte (Texte und Bilder) einfach eingefügt werden. Anpassung an individuelle Anforderungen Beim Beenden der Lerneinheit bietet das Modul die Möglichkeit, die Arbeitsergebnisse zu speichern. So kann zu einem späteren Zeitpunkt die Beschäftigung an der gleichen Stelle wieder aufgenommen werden. Dies ist nicht nur für Lernende, sondern auch für Lehrkräfte interessant: Die Option, eigene Aufgabentexte und andere digitale Materialien einzufügen, abzuspeichern und den Lernenden zur Verfügung zu stellen, ermöglicht die Erstellung individualisierter Lernmodule. Inhalte des Lernmoduls Auf dieser Seite finden Sie detaillierte Informationen zu den Inhalten des Lernmoduls. Screenshots geben einen Eindruck von der grafischen Oberfläche. Nutzung im Unterricht Hier finden Sie Hinweise zur Nutzung des Lernmoduls. Was muss an Vorbereitung stattfinden? Wie kann die Beschäftigung mit dem Lernmodul organisiert werden? Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Möglichkeiten zur Energiegewinnung aus dem Meer kennen. werden sich über das Funktionsprinzip eines Osmosekraftwerks klar. betrachten Meeresströmungskraftwerke im Vergleich zu Windkraftanlagen. setzen sich mit der Problematik von Gezeitenkraftwerken auseinander. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bedienen eine interaktive Lernumgebung. entnehmen Informationen zur Thematik aus einem Text, verstehen wesentliche Aussagen und geben sie in eigenen Texten wieder. Zu Beginn des Lernmoduls werden bildliche Impressionen angeboten, die die Nutzer auf sich wirken lassen sollen (Abb. 1, zur Vergrößerung anklicken). Insgesamt stehen sieben Bilder zur Verfügung. Durch Anklicken der kleinen Bilder am unteren Ende der Seite können diese vergrößert werden. Themen sind beispielsweise Tidenhub, Wasserpegel, globale Meeresströmungen und Stauwerke. In einer Textbox sollen die Gedanken, die beim Betrachten in den Sinn kommen, festgehalten werden. Diese Textbox kann durch Klick auf die rechte Maustaste im virtuellen Rucksack gespeichert und zum Abschluss des Lernmoduls erneut aufgerufen werden. Diese Seite stellt mithilfe von Infotexten und Abbildungen verschiedene Typen von Meereskraftwerken vor (Abb. 2). Zum Überprüfen des Textverständnisses sollen die Lernenden anschließend per Mausklick entscheiden, ob die Aussagen in einer Textbox richtig oder falsch sind. Als Auswertung werden zu den jeweiligen Antworten Kommentare als Feedback eingeblendet. Den unterschiedlichen Salzgradienten zwischen Süß- und Salzwasser nutzen Osmosekraftwerke, um damit eine Turbine anzutreiben (Abb. 3). In einer Grafik wird die Funktionsweise eines Osmosekraftwerkes vereinfacht dargestellt. Der Arbeitsauftrag dazu lautet, die Beschriftung dieser Grafik per Drag & Drop richtig zuzuordnen. Ein Infotext hilft dabei. Das "Oyster" genannte Wellenkraftwerk vor der Küste Schottlands hat seinen Namen aufgrund des Klappmechanismus erhalten, der an eine Muschelschale erinnert (Abb. 4). Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit möglichen Vor- und Nachteilen dieser Form der Energiegewinnung auseinander setzen und ihre Antworten in eine Texbox eintragen. Die nächsten beiden Kapitel des Lernmoduls thematisieren zwei schwimmende Konstruktionen: einmal das Wellenkraftwerk "Pelamis", nach dem griechischen Wort für Seeschlange, und der Wellendrache, englisch "Wave Dragon" genannt (Abb. 5). Mit ihrem eigenen Worten sollen die Lernenden jeweils die Funktionsweise dieser beiden Wellenkraftwerke in einer Textbox erläutern. Abbildungen und Fotos dienen zur Illustration. Manche Meeresströmungskraftwerke sind mit ihren Rotoren denen von Windkraftanlagen gar nicht unähnlich. Im Beispiel wird das Kraftwerk "Seaflow" vorgestellt, das vor der Küste von Südengland steht (Abb. 6). Der Arbeitsauftrag fordert die Lernenden dazu auf, Wind- und Meeresströmungskraftwerke im Vergleich zu betrachten. Ein weiteres Beispiel für Energiegewinnung aus dem Meer sind Gezeitenkraftwerke. Diese nutzen die Änderung der Strömungsrichtung des Wassers bei Ebbe und Flut an Flussmündungen (Abb. 7). In dem Arbeitsauftrag sollen sich die Lernenden mit den Umweltauswirkungen dieser Staudamm-Bauwerke auseinandersetzen. Im letzten Kapitel können die Schülerinnen und Schüler noch einmal die verschiedenen Kraftwerkstypen der vorangegangenen Kapitel aufgreifen und ihr erworbenes Wissen anwenden (Abb. 8). Sie sollen auf einer Weltkarte verschiedene Meereskraftwerke positionieren und ihre Wahl anschließend begründen können. Ausführbares Programm Zur Nutzung des Lernmoduls müssen Sie die Datei "zukunft-der-energie.exe" (siehe Startseite dieser Unterrichtseinheit) kostenlos heruntergeladen und installieren. Bei der Installation wird ein neues Icon auf Ihrem Desktop angelegt: Wissenschaftsjahr 2010 - Die Zukunft der Energie. Durch Doppelklick auf dieses Icon erscheint eine Auswahl mehrerer Lernmodule. Zum Starten des entsprechenden Lernmoduls klicken Sie bitte auf die zugehörige Grafik. Internetzugang notwendig Die installierte Software bietet Ihnen den Zugang zu verschiedenen Lernmodulen. Zum Starten eines Lernmoduls benötigt diese Software allerdings Daten aus dem Internet. Das Programm "kennt" die Adresse, Sie müssen nur sicherstellen, dass Ihr Computer Internetzugang hat. Vorteil dieser Methode ist, dass Sie immer auf die aktuellste Version des Lernmoduls zugreifen. Überblick verschaffen Zunächst sollten Sie sich selbst mit dem Lernmodul vertraut machen. Dazu bietet Ihnen das Lernmodul eine integrierte Hilfe-Funktion. Ein sogenannter "Schnelleinstieg" (siehe Abb. 9) zeigt alle zur Verfügung stehenden Funktionen. Da alle Lernmaterialien und Aufgabenstellungen in dem Lernmodul integriert sind, wird Ihr Einstieg voraussichtlich nicht viel Zeit benötigen. Mögliche Individualisierung Bitte beachten Sie, dass Sie eigene Texte und Bilder einbinden können. Damit bietet Ihnen das Lernmodul die Möglichkeit, individuelle Aufgabenstellungen zu integrieren. Unter dem Menüpunkt "Funktionen" oder über einen Klick auf die rechte Maustaste können Sie eine Notiz (in Textform), eine Tabelle oder ein Medienelement (in der Regel ein Bild) einfügen. Interessant ist in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, die individualisierte Version der Lernumgebung abzuspeichern. Die zugehörige Datei mit der Endung ".wj2010" kann auf einem beliebigen Datenträger gespeichert, kopiert und verteilt werden. Ihre Schülerinnen und Schüler können nach dem Starten des Lernmoduls über die Funktion "Öffnen" die spezielle Version der Lernumgebung einlesen. Präsentieren oder Entdecken Natürlich sollten Sie den Lernenden zunächst die Möglichkeit geben, sich mit der Bedienung der Plattform vertraut zu machen. Es bietet sich an, anhand einer Beamer-Präsentation die wichtigsten Funktionen zu erläutern. Sie können aber auch Ihren Schülerinnen und Schülern den Auftrag geben, sich mit dem "Schnelleinstieg" zu beschäftigen und ihnen etwas Zeit geben, sich selbst mit der Umgebung vertraut zu machen. Zahlreiche Hilfestellungen Bei der Erarbeitung neuer Inhalte tauchen immer wieder Begriffe auf, die für viele Lernende erklärungsbedürftig sind. Daher sind viele Begriffe mit Zusatzinformationen hinterlegt, die beim Anklicken erscheinen. Zusätzlich bietet ein integriertes Lexikon Erläuterungen zu zahlreichen Themen. Das Lernmodul ist so konzipiert, dass Ihre Schülerinnen und Schüler selbstständig die Seiten bearbeiten können. Auf jeder Seite gibt es spezifische Aufgaben und gegebenenfalls zugehörige Hilfestellungen. Bei Bedarf kann im Internet recherchiert werden. Abspeichern Das bearbeitete Lernmodul kann jederzeit gespeichert werden. Dabei bietet es sich an, dass die Schülerinnen und Schüler eine für sie oder ihre Gruppe individuelle Datei-Bezeichnung auswählen, zum Beispiel "michael_schmidt_meerstrom.wj2010". Dadurch wird einerseits gewährleistet, dass nicht durch versehentliches Vertauschen von Dateien Inhalte verloren gehen. Andererseits haben Sie dadurch die Möglichkeit, detaillierte Einsicht in die Arbeitsergebnisse zu erhalten. Präsentieren Insbesondere wenn das Lernmodul in Gruppen bearbeitet wurde, bietet es sich an, dass jede Gruppe ihre Arbeitsergebnisse vorstellt. Dazu kann entweder per Beamer die relevante Seite projiziert werden. Die Lernumgebung bietet aber auch die Möglichkeit, den Bildschirminhalt auszudrucken.