Organische Leuchtdioden (OLEDs) besitzen enormes Zukunftspotenzial als energieeffiziente Beleuchtungsmittel. Neben einem deutlich geringeren Energieverbrauch als bei LED-Displays weisen OLEDs eine hervorragende Bildqualität und noch viele weitere Vorteile auf.Organische Leuchtdioden (OLEDs) revolutionieren derzeit die Beleuchtungsindustrie. Energiesparlampen und Halogenstrahler - in wenigen Jahren werden diese Lichtquellen vielleicht vergessen sein. Bei OLEDs handelt es sich um dünne Folien, die tagsüber transparent sind und nachts in allen denkbaren Farben leuchten. Organische Leuchtdioden sind hocheffiziente Lichtquellen, die viele positive Eigenschaften haben: sie sind äußerst energiesparend, leuchten großflächig, sind extrem dünn und außerdem voll dimmbar. Außerdem haben OLEDs keine Verzögerungszeit beim Einschalten und sie sind so flexibel und transparent herzustellen, dass man sie sogar in Fensterscheiben integrieren kann. Relevanz des Themas Die Unterrichtseinheit kann beispielsweise zu einer längeren Unterrichtsreihe in Physik zum Thema "Licht" eingegliedert werden. Zunächst müssen im Unterricht wichtige Grundlagen der Strahlen- und Wellenoptik sowie der Quantenphysik erarbeitet werden. Zu den vorab zu behandelnden Themen sollten unter anderem die Reflexion, Brechung, Brechungsgesetz, Beugung und Interferenz von Licht sowie der Welle-Teilchen-Dualismus des Photons gehören. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit aktuellen Forschungsergebnissen zur Bedeutung von OLEDs für neue optische Licht- und Speichermedien auseinandersetzen und diese auswerten. Hintergrundinformationen zu OLEDs Hier finden Sie nähere Informationen zu OLEDs und Biolumineszenz von Leuchtkäfern sowie zu Perspektiven für die Medizinforschung. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen den Aufbau und das Funktionsprinzip einer Organischen Leuchtdiode verstehen und beschreiben können. ein Thema selbstständig recherchieren und beschreiben können. wichtige Anwendungsbereiche für OLEDs kennenlernen. in reduzierter Form wissenschaftliche Neuentwicklungen für OLEDs bewerten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen eine interaktive Lernumgebung bedienen können. Informationen zur Thematik aus einem Text entnehmen, wesentliche Aussagen verstehen und in eigenen Texten wiedergeben können. die Nutzungsmöglichkeiten des Internets kennen- und anwenden lernen. Thema Organische Leuchtdioden aus Kohlenstoff Autorin Jana Haberstroh Fächer Physik, Chemie, Biologie, Technik, Naturwissenschaften Zielgruppe ab Klasse 7 Zeitraum circa 2-3 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Internetzugang (am besten für je 2 Personen), Beamer Der deutsche Chemiker Herbert Naarmann hat bereits 1969 Strom leitende Polymere - die Vorstufe der OLED - beobachtet, doch es sind noch ganze 21 Jahre vergangen, bis eine Forschergruppe in Cambridge erstmals eine Leuchtdiode herstellte. Die verwendeten organischen Halbleiterschichten waren nur etwa 100 Nanometer dick, also zehntausend Mal dünner als ein Millimeter. Alleine die Leuchteffizienz und Lebensdauer der OLEDs blieben jahrelang hinter der Konkurrenz zurück. Immer wieder entdeckten Forscher "Nebenwirkungen", wie zum Beispiel die Verkürzung der Lebensdauer durch kleinste Verunreinigungen. Auch der Aufbau wurde immer komplizierter. Um gegen Luftfeuchtigkeit resistent zu werden, müssen die OLEDs hinter Glas geschützt werden. Aufbau einer organischen Leuchtdiode Ein transparentes Substrat (Glas, Quarz oder Polymerfolie) dient als Basis für den Aufbau. Die Anode, eine ITO-(Indium-Zinn-Oxid-) Schicht ist elektrisch leitfähig und für sichtbares Licht durchlässig. Das Licht entsteht in den "aktiven" organischen Schichten, wenn dort Paare von Elektronen und "Löchern" rekombinieren und jeweils ein Photon erzeugen. Das Licht wird durch das optisch transparente Substrat abgestrahlt. Um eine hohe Effizienz zu erreichen, werden für den Transport von Ladungsträgern eine oder mehrere zusätzliche Schichten aufgebracht. Schließlich wird als Kathode ein optisch nicht transparenter Metallkontakt aufgedampft. Beim Anlegen einer äußeren Spannung von weniger als 5 Volt zwischen Kathode und Anode kommt es zur Emission von Licht, dessen Farbe von den eingesetzten aktiven Materialien abhängt. Die Chemie der OLEDs Die OLED basieren auf organischen Kohlenstoffmolekülen, also Verbindungen aus mehreren Kohlenstoffteilchen mit anderen Elementen. Setzen sich mehrere gleiche Molekülketten aneinander, dann entstehen sogenannte Polymere. Diese verhalten sich wie Halbleiter, was zur Folge hat, dass sie elektrischen Strom leiten. Und mit diesem bringt man die Folien zum Leuchten. Die Lichtfarben bestehen aus Kohlenstoff-Ringstrukturen, in die ein metallisches Zentralatom integriert wird - beispielsweise Edelmetalle wie Platin oder Iridium. Der OLED-Regenbogen Die OLEDs leuchten beim Anlegen einer Spannung, ob gelb, grün, rot oder blau - alle Farben sind möglich. Die Farbe der Emission wird anders als bei den anorganischen LEDs durch die Energielücke des Halbleiters bestimmt (durch die Energie, die frei wird, wenn ein Elektron und ein "Loch" zusammentreffen und rekombinieren). Diese Energie und damit die Farbe der Emission kann durch die Wahl des organischen Materials gezielt verändert werden. Innerhalb weniger Jahre hat man bereits sämtliche Farben von Rot über Grün bis Blau realisiert. Die Entwicklung ist bereits so weit fortgeschritten, dass erste vollfarbige Bildschirmprototypen hergestellt werden konnten. LED versus OLEDs Anders als bei den anorganischen LEDs wird weißes Licht durch Mischen der Grundfarben rot, blau und gelb erzeugt. Blau ist die Achillesferse der weißen OLED - dieser Farbstoff ist am kurzlebigsten. Multitalent OLED Der größte Markt für OLEDs ist der Bereich "Display", das heißt, OLEDs werden beispielsweise für Fernseher oder Displays von Mobiltelefonen eingesetzt. Displays aus organischen Leuchtdioden benötigen keine Hintergrundbeleuchtung und ermöglichen einen geringen Stromverbrauch. Sie ermöglichen zudem einen größeren Betrachtungswinkel. Zukunftsvision leuchtende Tapeten Organische Leuchtdioden dienen sogar als Basis für Tapeten, die Licht erzeugen und sogar, je nach Stimmung, die Farbe wechseln können. Diese gedruckte Elektronik wird im Fachjargon Polytronik genannt. Die Leuchtfolie emittiert ein für das Auge angenehmes, monochromatisches Kaltlicht, das auch bei Staub, Rauch oder Nebel besser sichtbar sein soll als jede andere Lichtquelle. Die Glühwürmchen sind die OLEDs des Tierreiches. Sie können ihr gelbliches Licht, welches in der Paarungszeit werbewirksam eingesetzt wird, ein- und ausschalten. Forscherinnen und Forscher haben die dahinter stehenden Grundlagen der Lumineszenz analysiert und festgestellt, dass einige natürliche Polymere Halbleitereigenschaften haben und somit für den Transport elektrischer Ladungen geeignet sind. Solche konjugierten Polymere können mittlerweile künstlich und genau spezifiziert hergestellt werden. Halbleiter und andere elektrische Bauteile sind also bald nicht mehr auf Kristallstrukturen angewiesen, sondern können aus Kunststoffen gefertigt werden. In der medizinischen Forschung benutzt man ebenfalls Zellen oder Bakterien mit integiertem Luciferase-Gen. Injiziert man beispielsweise einer Maus Salmonellen-Erreger, die das Luciferase-Gen tragen, so breiten sich die Erreger in ihrem Körper aus. Infusiert man eine Luciferinlösung, so kann man diese Ausbreitung durch das entstehende Licht von außen verfolgen, ohne die Maus zu töten. Analog verhält es sich mit markierten Karzinomen bei denen man die Metastasenbildung und Verbreitung optisch durch das emittierte Licht verfolgen kann.

Spätestens seit die Europäische Union das Ausstiegsszenario für die Glühlampe eingeläutet hat, ist die Energiesparlampe in aller Munde. Fragen wie „Nach welchem Prinzip funktioniert eine Energiesparlampe?“ und „Welches sind die spektralen Bestandteile des Lichts von Energiesparlampen?“ sind deshalb für den schulischen Physik- und Chemieunterricht von großer Aktualität. Spektren von Energiesparlampen lassen sich auf der Basis der hier bereitgestellten Materialien im Oberstufenunterricht unter Einsatz geeigneter Software von Schülerinnen und Schülern mit großer Präzision in Eigentätigkeit konstruieren und vermessen. Aus solchen Spektren können dann Kenntnisse über die Lichtentstehung durch Quantensprünge von Elektronen in den Atomhüllen von Quecksilberatomen und Informationen zur Fluoreszenz in Leuchtstoffen und Farbstoffen extrahiert werden. Als Kalibrierspektren, das heißt als "Wellenlängen-Normale", dienen dabei die Spektren von Wasserstoff- und Quecksilberspektrallampen, wie sie in schulischen Physiksammlungen üblicherweise vorhanden sind. Alle in der Unterrichtseinheit einzusetzenden Spektren stehen als fotografische Spektren in Form von digitalen Bilddateien als Download zur Verfügung. Die Fotos wurden mit einer digitalen Spiegelreflexkamera (Canon EOS1000D) an einem DADOS-Spaltspektrograph aufgenommen. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch einen Beitrag aus der GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) ergänzt. Dieser skizziert die Diskussion um die Energiesparlampe und stellt die "Chemie dahinter" vor. Zudem werden Technik und Potenziale der LEDs vorgestellt. Das Minimalziel der Unterrichtseinheit, die Konstruktion des Spektrums einer Energiesparlampe mit Ermittlung der Wellenlängen der im Spektrum beobachtbaren Emissionslinien mit einer Genauigkeit von etwa einem Nanometer, ist in nur einer Doppelstunde zu realisieren. Der Zeitaufwand vergrößert sich naturgemäß, wenn man deutlich präzisere Ergebnisse anstrebt. Gleiches gilt, wenn man die Thematik in größere Zusammenhänge einbetten möchte. Dabei geht es dann um Aufbau und Funktionsprinzip von Energiesparlampen und um die Wirkungsweise ihrer Leuchtstoffe. Informationen zu diesen Themen finden Schülerinnen und Schüler im Internet. Für einen ersten Überblick gibt der folgende fachliche Kommentar eine kurze Einführung in die Thematik "Leuchtstoffröhre". Die Begriffe "Energiesparlampe" und Leuchtstoffröhre" werden dabei synonym gebraucht. Fachlicher Kommentar: Leuchtstoffröhren Allgemeine Informationen zu Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren und dazu, wie diese UV-Licht in sichtbares Licht verwandeln Aufnahme und Vermessung der Spektren Eine ausführliche Anleitung, Spektren der Kalibrierlampen und der zu vermessenden Energiesparlampen sowie eine Beispielauswertung können Sie hier herunterladen. GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema Der GDCh-Artikel skizziert die Diskussion um die Energiesparlampe und stellt die "Chemie dahinter" vor. Zudem werden Technik und Potenziale der LEDs vorgestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen Aufbau und Funktion von Energiesparlampen beschreiben und erklären können. die Wirkungsweise der Leuchtstoffe und deren Beitrag zur Energie-Effizienz verstehen. einen Gitterspektrographen anhand der bekannten Spektren von atomarem Wasserstoff und von Quecksilber kalibrieren. aus digitalen Bilddateien die Emissionsspektren von Leuchtstofflampen in Form einer Funktion extrahieren, welche jeder Wellenlänge im sichtbaren Bereich eine Intensität zuordnet. in Energiesparlampenspektren die Emissionslinien von Quecksilber erkennen. Thema Vermessung der Spektren von Energiesparlampen Autoren Steffen Urban, Peter Stinner Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 2-5 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetzugang für die Recherche zum Thema und für die Erstellung und Auswertung der Spektren Software Astroart-Demoversion (kostenfreier Download, siehe Internetadresse), Tabellenkalkulation (bevorzugt MS-Excel) Leuchtstoffröhren sind Gasentladungslampen, in denen Quecksilberatome beim Quecksilberdampfdruck von einigen mikrobar durch Elektronenstoß zum Leuchten angeregt werden. Abb. 1 zeigt vereinfacht das Energieniveau-Schema eines Quecksilberatoms (nach einer Versuchsbeschreibung zum Franck-Hertz-Versuch der Firma NEVA, jetzt ELWE). Die waagerechten Linien repräsentieren Energieniveaus, deren Energie relativ zum Grundzustand in Elektron-Volt (eV) angegeben ist. Die senkrechten Doppelpfeile stehen für mögliche Quantenübergänge ("Elektronensprünge") zwischen diesen Energieniveaus. Die Zahlenwerte geben die Wellenlängen des bei diesen Übergängen emittierten Lichts in Nanometern (nm) an. Die Übergänge, welche die Emission von sichtbarem Licht zur Folge haben, sind entsprechend farbig gekennzeichnet. Die intensivste Linie im Quecksilberspektrum ist jedoch die zum 4,9 eV-Übergang gehörende Linie im ultravioletten Spektralbereich (UV). Damit ihre Energie nicht ungenutzt in die durch Absorption im Glas stattfindende Erwärmung der Lampe verloren geht, kleidet man die Innenseite der Leuchtstoffröhre mit sogenannten Leuchtstoffen aus. Diese können zum Beispiel aus Sulfiden, Silikaten oder Wolframaten bestehen. In den Leuchtstoffen wird das UV-Licht der Wellenlänge 253,7 nm in sichtbares Licht umgewandelt, dessen spektrale Zusammensetzung sich in weiten Grenzen durch die Wahl der Leuchtstoffe an den Verwendungszweck anpassen lässt. Um für das menschliche Auge den Eindruck weißen Lichts zu erzeugen, wird der im Quecksilberspektrum komplett fehlende Rotanteil auf diese Weise erzeugt. Informationen über das zugrunde liegende physikalische Prinzip findet man bei einer Internetrecherche über die Suchbegriffe "Stokes-Shift" oder "Stokesverschiebung". Wikipedia: Stokes-Shift Informationen zur Entdeckung und Beschreibung der Stokesverschiebung auf der Webseite der freien Online-Enzyklopädie Letztlich entsteht im Leuchtstoff aus einem hochenergetischen UV-Photon ein energieärmeres sichtbares Photon. Die entsprechende Differenzenergie verbleibt im Leuchtstoff und erwärmt diesen. Abgesehen von der Elektrodenerwärmung ist das beinahe der gesamte Energieverlust in solchen Lampen. Leuchtstofflampen wandeln fast die Hälfte der aufgenommenen elektrischen Energie in sichtbares Licht um. Bei Glühlampen liegt dieser Anteil unter 10 Prozent (Dieter Meschede: Gerthsen Physik, Springer-Verlag, Berlin und Heidelberg, 2006). Die Darstellung in Abb. 2 dient dem qualitativen Vergleich der Spektren einiger Energiesparlampen und einer Quecksilberlampe. Im Quecksilberspektrum (5) erkennt man die stärksten der im Schema von Abb. 1 markierten sichtbaren Spektrallinien (a bis e). Man findet diese auch in den Spektren 1 bis 4. Alle zusätzlichen Linien und Farbbereiche in diesen Spektren sind Ergebnisse der Umwandlung des UV-Lichts in sichtbares Licht, die in den Leuchtstoffen stattfindet. Das oberste Spektrum (1) gehört zu einer konventionellen Leuchtstoffröhre langer Bauform, wie sie bereits seit vielen Jahrzehnten verwendet wird. Das zweite und das dritte Spektrum stammt jeweils von einem modernen "Billigprodukt" (Spektrum 2: IKEA-Modell GA607N1961 0844, 7W; Spektrum 3: Baumarktprodukt DekoLight, 7W), das vierte dagegen von einem Markenprodukt (Philips Genie CDL 695, 18W). Der Vergleich von Spektrum 1 mit den Spektren 2 bis 4 zeigt unmittelbar, dass Energiesparlampen keine Erfindung des 21. Jahrhunderts sind, denn unter dem Namen "Leuchtstoffröhren" gibt es sie schon seit Jahrzehnten. Deshalb erscheint es gerechtfertigt, die Begriffe Leuchtstofflampe beziehungsweise -röhre und Energiesparlampe synonym zu gebrauchen. Einsatz des DADOS-Spaltspektrographen Die dieser Unterrichtseinheit zugrunde liegenden Spektren einiger Energiesparlampen und zweier Kalibrierlichtquellen (Wasserstoff- und Quecksilberspektrallampen) wurden mit einem DADOS-Spaltspektrograph der Firma Baader-Planetarium an einem f = 1.000 Millimeter-Spiegelteleobjektiv aufgenommen. Wer sich für die Technik der Gewinnung von Spektren als Bilddateien interessiert, findet ausführliche Informationen dazu in der Unterrichtseinheit Spektroskopie an galaktischen Gasnebeln . Quantitative Auswertung Nachdem das zu bearbeitende Spektrum einer Energiesparlampe (Abb. 3 und Bilddateien der Downloadmaterialien, siehe unten) aufgenommen wurde, stellt sich die Frage, welche Lichtwellenlänge von welchem Ort im Bild des Spektrums repräsentiert wird. Zur Beantwortung dieser Frage muss der Spektrograph kalibriert (geeicht) werden. Dabei kommt das in der Datei "esl_spektroskopie_anleitung.pdf" (siehe unten) beschriebene Verfahren zur Anwendung. Geeignete Kalibrierlampen Als sogenannte Kalibrierlichtquellen verwendet man externe Lichtquellen, die hinreichend viele und möglichst genau bekannte Wellenlängen emittieren, die über das gesamte sichtbare Spektrum verteilt sind. Kombiniert man die Spektren einer Quecksilberdampflampe und einer Wasserstofflampe ("Balmerlampe"), dann sind diese Anforderungen gut erfüllt. Beim Spektrum der Balmerlampe (Abb. 4) fällt auf, dass dem Hintergrund des Wasserstoff-Molekülspektrums das Linienspektrum des atomaren Wasserstoffs überlagert ist. Die Linien H-alpha, H-beta und H-gamma des letzteren sind leicht zu identifizieren und zuzuordnen. Die GDCh-Wochenschau informiert über aktuelle Themen aus der chemischen Forschung und Entwicklung. Zum Unterrichtsthema passende Beiträge sind für Lehrerinnen und Lehrer bei der Vorbereitung des Unterrichts eine Fundgrube für interessante und weiterführende Informationen. Schülerinnen und Schüler können die Artikel im Rahmen von WebQuests oder zur Vorbereitung von Referaten nutzen. Einen für diese Unterrichtseinheit relevanten Artikel stellen wir hier kurz vor. Der vollständige Beitrag steht als PDF-Download zur Verfügung. Die Aktuelle Wochenschau der GDCh Jede Woche finden Sie auf der Webseite der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) einen Beitrag zur chemischen Forschung und Entwicklung. Diskussion um die Energiesparlampe - Quecksilber und schlechtes Licht Aufgrund der Stromsparpolitik der Europäischen Union werden Glühlampen seit dem 1. September 2009 sukzessive aus dem Verkauf genommen. Ab Mitte 2012 dürfen dann keine Glühlampen mehr verkauft werden. Die nun zum Einsatz kommenden Energiesparlampen finden jedoch bisher wenig Akzeptanz in der Bevölkerung. Sie enthalten giftiges elementares Quecksilber und müssen deshalb als Sondermüll entsorgt werden. Der meistgenannte Kritikpunkt ist aber die schlechte Lichtqualität der neuen Lampen und ihre in zahlreichen Presseberichten unterstellte Gesundheitsgefährdung. Um dies genauer betrachten zu können, berschreibt der Artikel zunächst der Aufbau und die Funktionsweise von Energiesparlampen. Die Entstehung der Emissionsspektren wird detailliert dargestellt. Eine Alternative? - Light Emitting Diodes (LEDs) Lampen auf Festkörperbasis, nämlich Leuchtdioden (Light Emitting Diodes, LEDs), weisen bereits heute eine höhere Effizienz als Energiesparlampen auf. Dies sollte sich in Zukunft noch deutlich steigern lassen. Vor- und Nachteile organischer und anorganischer LEDs sowie die Funktionsweise anorganischer LEDs werden vorgestellt. Fazit Der zukünftige Einsatz von Lampen auf LED-Basis kann zu einer nicht unbeträchtlichen Einsparung von Energie führen. Dabei sind in erster Linie Chemikerinnen und Chemiker gefragt, neue Leuchtstoffe zu entwickeln, die einerseits sehr effizient emittieren und andererseits die gewünschten optischen Eigenschaften bezüglich Absorption und Emission besitzen. Zu diesem Zweck muss auch noch Grundlagenforschung durchgeführt werden, da die Struktur-Lumineszenz-Beziehungen in vielen Fällen nicht ausreichend geklärt ist, um gezielt neue Leuchtstoffe für unterschiedliche Anwendungen zu finden.

Diese Unterrichtseinheit zur Lichtverschmutzung in Mitteleuropa bringt den Schülerinnen und Schülern das Thema anhand eines Videos von der ISS und Satellitenbilddaten näher. Es werden naturräumliche Gegebenheiten und Siedlungsstrukturen beleuchtet.Diese Unterrichtsmaterialien sind im Rahmen des Projektes "Columbus Eye – Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" entstanden. Das Projekt Columbus Eye wird von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 50 JR 1701 gefördert. Das übergeordnete Projektziel besteht in der Erarbeitung eines umfassenden Angebots an digitalen Lernmaterialien für den Einsatz im Schulunterricht. Dieses Angebot umfasst interaktive Lerntools und Arbeitsblätter, die über ein Lernportal zur Verfügung gestellt werden. Der Nachthimmel gleicht heute in vielen Regionen der Welt eher einer Dämmerung, da Städte, Industrieanlagen und Straßen an vielen Orten mit ihrem Licht die Nacht erhellen und die Sterne überleuchten. Wirkliche Dunkelheit findet sich nachts nur noch in dünn- oder gar nicht besiedelten Gebieten. Dies hat nicht nur Auswirkungen auf unsere eigene Gesundheit, sondern auch auf unsere Ökosysteme. Die Luftverschmutzung in Mitteleuropa ist gut dokumentiert, und viele Gegenmaßnahmen wurden bereits eingeführt. Obwohl sie dennoch zunimmt, wird sie nur von wenigen beachtet. Dieses Lernmaterial bringt den Schülerinnen und Schülern das Thema anhand eines Videos von der ISS und Satellitenbilddaten näher, die zwei Nachbarregionen mit sehr unterschiedlichen Beleuchtungsansätzen und den Gründen hierfür vergleichen. Dabei werden auch die naturräumlichen Gegebenheiten und die Siedlungsstrukturen beleuchtet. Ergänzend zur Unterrichtseinheit "Erde bei Nacht - Lichtverschmutzung in Mitteleuropa" bietet sich eine Behandlung der Unterrichtseinheit "Erde bei Nacht – Energieverbrauch um Rhein, Ruhr, Maas und Schelde" aus dem Projekt "Fernerkundung in Schulen" an. In dieser werden dieselben Regionen betrachtet, jedoch unter dem Gesichtspunkt von Energieerzeugung und -verbrauch. Im dazugehörigen Lehrermaterial finden sich auch Informationen zu Fernerkundung im Allgemeinen und dem verwendeten Satellitenbild aus Marker 1 und dem zugehörigen Video. Die Schülerinnen und Schüler interpretieren Satellitenbilder und ordnen sie räumlich zu. erkennen Unterschiede in der Stadtstrukturentwicklung basierend auf naturräumlichen Gegebenheiten. erkennen und analysieren das Konfliktpotential Mensch-Natur. diskutieren Nutzen und Probleme extensiver nächtlicher Beleuchtung.

Im Rahmen des Lernfeldes "Sicherstellen der Betriebsfähigkeit von automatisierten Anlagen" für Industriemechanikerinnen und -mechaniker sollen die Auszubildenden einen Einblick in die BUS-Technik und deren Vorzüge erhalten und die Grundlagen der SPS-Programmierung an einer realen Anlage kennen lernen. Nach dem ersten Teil der Abschlussprüfung für Industriemechanikerinnen und -mechaniker hat die Elektropneumatik nicht mehr den Stellenwert wie in den Jahren davor. Vorrangig sind Inhalte aus der betrieblichen Praxis. Nach der Verdrahtungsprogrammierung steht in Niedersachsen die praxisnahe SPS-Programmierung auf dem Stoffverteilungsplan. Aufgrund der sachlichen Voraussetzungen an unserer Schule wird zunächst die als veraltet geltende Programmierung mit der SPS PR3 von Klöckner-Möller ausprobiert. Im zweiten Schritt kommt dann die Programmierung mit CoDeSys als neues System zur Anwendung. Den Schülerinnen und Schülern wird hier besonders die Reduzierung des Verdrahtungsaufwandes deutlich. Damit einher geht die Minimierung der Fehlermöglichkeiten. Hier wird eine Makroeinheit zum Thema SPS-Technik vorgestellt. Als Grundlage wird die Programmierung mit dem AS-i-BUS-System und der Software CoDeSys genutzt. Ablauf der Unterrichtssequenz Den Ablauf der Unterrichtssequenz sowie alle benötigten Materialien einzeln zum Download haben wir hier für Sie zusammengestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen Verständnis für die Softwareprogrammierung von pneumatischen Anlagen entwickeln. die Programmierung von einfachen Programmen mittels Funktionsplantechnik beherrschen. technische Systeme durch AS-i-BUS-Technik optimieren. Lernsituation Die Sequenz beginnt mit der Vorstellung der elektropneumatischen Anlage als eine Teilkomponente eines komplexen Systems. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Funktionsablauf am realen Objekt erläutern. Funktionsbeschreibung Die Lernenden sollen einen Funktionsplan oder ein Funktionsdiagramm erstellen. In diesem Zusammenhang wird ein pneumatischer Schaltplan der realen Anlage erstellt. Lernsituation Die Schülerinnen und Schüler erhalten den Auftrag, die Einzelkomponenten der Entnahmestation so zu programmieren, dass Werkstücke aus dem Magazin entnommen und auf dem Übergabefeld abgelegt werden. Dafür sollen sie verschiedene vorbereitende Programmierungen durchführen: die gewünschte Funktion mit FUP (Funktionsplanprogrammierung) programmieren, den Vorgang am Rechner simulieren und die Funktionskontrolle an der Anlage (Funktionsmodell Entnahmevorrichtung) durchführen. 1. Auftrag Nach Betätigung von Taster 8 (grün) und Taster 6 (grün) soll die rote Lampe an Taster 8 leuchten. 2. Auftrag Die Programmierung der ersten Aufgabe wird um folgenden Auftrag ergänzt: Nach Betätigung von Taster 6 (grün) soll zusätzlich die rote Lampe an Taster 4 leuchten. 3. Auftrag Die Programmierung der vorherigen Aufgabe wird um folgenden Auftrag ergänzt: Nach Betätigung von Taster 4 (grün) oder Taster 2 (grün) soll die rote Lampe an Taster 2 leuchten. 4. Auftrag Die Programmierung der vorherigen Aufgabe wird um folgenden Auftrag ergänzt: Die rote Lampe an Taster 2 soll nur leuchten, wenn die Taster 8 (grün) oder Taster 6 (grün) nicht betätigt werden. 5. Auftrag Die Lernenden sollen die Entnahmestation entsprechend der Aufgabenstellung der Lernsituation programmieren. Nach einem Startsignal durch Taster 2 (grün) und Taster 4 (grün) soll der Entnahmezyklus solange ablaufen, bis ein Stoppsignal von Taster 2 (rot) oder Taster 4 (rot) erfolgt. Bei der Betätigung der Taster soll die zugehörige Tasterleuchte leuchten. Das Greifen des Greifers soll durch ein Leuchten an der roten Leuchte von Taster 8 angezeigt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen dafür einen Ablaufplan nach Grafcet erstellen. Einführung in CoDeSys Im zweiten Teil der Stunde wird in der Software CoDeSys eingeführt. Das Programm wird mit einer AND-Funktion nach Anleitung realisiert. UND-ODER-Bausteine Nun wird eine Sequenz wie etwa das Greifen des Greifers aus dem Bewegungsablauf extrahiert. Dafür werden verschiedenen Bausteine (UND, ODER) erläutert und dargestellt. BUS-Technologie Die Bedeutung der BUS-Technologie wird erläutert (siehe Material 9). Programm AND Das Programm AND wird aufgerufen und nach der Anleitung simuliert. Die Funktionskontrolle erfolgt auch an dem Funktionsmodell. Unterstützend können die Schülerinnen und Schüler auf die Materialien 3 und 6 zurückgreifen. In weiteren Aufgabenstellungen werden weitere Verknüpfungsarten bearbeitet, erstellt, simuliert und gegebenenfalls an der Anlage in Betrieb genommen. In den nächsten vier Unterrichtsstunden beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit folgenden Aspekten: Theorie: AS-i in der automatisierten Fertigung Funktionsablauf der Anlage: Darstellung im FUP und in einem Ablaufplan Erste Schritte: Steuerung des Funktionsmodells, Simulation, Transfer an das Funktionsmodell (gegebenenfalls Einführung Schrittkette, Merkerprogrammierung) Programmierübungen (siehe Material 10 und 11). Einführung Schrittkette, Merkerprogrammierung, Programmierung des Systems bis zum Ablegen des Werkstücks (siehe Material 12). Vergleiche auch Anleitungen für die Programmierung der einzelnen Komponenten (siene Material 6). Nun erfolgt die Rest-Programmierung des Systems sowie die Dokumentation, Präsentation und Bewertung der Ergebnisse. Benötigt werden erneut die Materialien 10, 11 und 12. Den Abschluss der Sequenz bildet eine zweistündige Klassenarbeit zu den Themen SPS-Programme, CoDeSys und AS-i (siehe Material 13).

Schülerinnen und Schüler untersuchen mit einem Fallkapselsystem die Veränderungen einer Kerzenflamme, wenn Gravitation in Mikrogravitation übergeht. Sie erstellen Videofilme und werten diese aus.Zu den ersten wissenschaftlichen Experimenten, die unter Mikrogravitationsbedingungen in einer Raumstation durchgeführt wurden, gehörte die Untersuchung einer Kerzenflamme. Ähnliche Experimente können in der Schule auch mit einem Fallkapselsystem durchgeführt werden, dessen Aufbau in dem Beitrag Mikrogravitation - Experimente im freien Fall ausführlich beschrieben wird. Der hier vorgestellte Versuch führt zu überraschenden Ergebnissen bezüglich der Bildung von Rußpartikeln unter den Bedingungen der Mikrogravitation.Wenn Schülerinnen und Schüler im Internet nach Phänomenen der Mikrogravitation suchen, werden sie auf faszinierende Bilder von Kerzenflammen stoßen, die kugelförmig und blau leuchten. Sie können die Entstehung des Phänomens gut verstehen, wenn sie eigene Experimente mit einem Fallkapselsystem durchführen. Zuvor müssen sie die Vorgänge in einer unter normalen Gravitationsbedingungen brennenden Kerze kennen lernen. Bei den Fallexperimenten werden sie im Flammenbereich interessante Strukturen entdecken, die nicht in Lehrbüchern zu finden sind. Sie können die Bildung von Ruß bei Mikrogravitation beobachten. Grundlagen, Ergebnisse und Deutung des Versuchs Videobilder dokumentieren die Veränderungen der Flamme bei Eintritt der Mikrogravitation. Neben der Deutung der Effekte finden Sie hier weiterführende Fragen, die die Lernenden zu eigenständigem Experimentieren anregen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Kerzenflamme vor und nach dem Start der Fallkapsel mit einer Digitalkamera filmen und aus den Videofilmen mit einem Computerprogramm Videobilder extrahieren können. die Struktur einer unter normalen Gravitationsbedingungen leuchtenden Kerzenflamme beschreiben und die Vorgänge in den charakteristischen Flammenzonen darstellen können. die Veränderung der Gestalt der Kerzenflamme beim Übergang zur Mikrogravitation beschreiben und erklären können. die Ursache für die vermehrte Bildung von Rußpartikeln beim Übergang zur Mikrogravitation nennen können. Thema Das Herz einer Kerzenflamme bei Mikrogravitation Autor Dr. Volker Martini Fach Physik Zielgruppe Jahrgangsstufen 9-11 Zeitraum 2 Doppelstunden oder freie Zeiteinteilung außerhalb des Unterrichts Technische Voraussetzungen Mikrogravitation - Experimente im freien Fall mit Digitalkamera; Computerprogramm zum Extrahieren von Videobildern aus einem Videofilm (MAGIX Video deluxe 15 oder vergleichbare Software) Für die Experimente bei Mikrogravitation ist die dunkle Zone, also das "kalte Herz" der Flamme, von besonderem Interesse. Eine Flamme lässt sich grob in drei Zonen gliedern: Eine blau leuchtende Zone (1), eine dunkle Zone (2) und eine weißlich-gelb leuchtende Zone (3). Die blau leuchtende Zone umgibt kelchförmig den unteren Teil der Flamme. Hier wird ein Teil des Paraffins vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid verbrannt. Die dunkle Zone ist gefüllt mit verdampftem Paraffin. Im oberen Teil dieser Zone beginnt infolge des Sauerstoffmangels die Pyrolyse des Paraffins, bei der Kohlenstoffpartikel entstehen. In der weißlich-gelb leuchtenden Zone schreitet die Pyrolyse weiter fort. Die entstehenden Kohlenstoffpartikel glühen und strahlen Licht und Wärme ab. An der Grenze zur umgebenden sauerstoffreichen Luft verbrennen die Kohlenstoffpartikel größtenteils zu Kohlenstoffdioxid. Abb. 2 zeigt das Videobild einer Kerzenflamme, das 0,167 Sekunden nach dem Start des Fallkapselsystems aufgenommen wurde. Man sieht eine kugelförmige Kerzenflamme mit einer kleinen "Krone" aus hell leuchtenden Partikeln, die aus der Flammenkugel herausragt. Dabei handelt es sich um glühende Rußpartikel, die im Zentrum der Kerzenflamme, ihrem "kalten Herz", gebildet wurden. Die Veränderungen der Kerzenflamme sind in Abb. 3 zu sehen. Die Bildserien wurden vor dunklem und vor hellem Hintergrund aufgenommen. Normale Gravitationsbedingungen Vor dem Start hat die Kerzenflamme die vertraute nach oben weisende kegelförmige Gestalt. Die heißen Gase in ihr sind leichter als die umgebende Luft und streben, angetrieben durch die Auftriebskraft, nach oben. Die dabei entstehende Konvektionsströmung versorgt die Flamme mit Sauerstoff aus der umgebenden Luft. Verkürzung der Flamme und Rußbildung Nach dem Start der Fallkapsel wird die Kerzenflamme kugelförmig und dunkler. Mit der Gravitationskraft verschwindet auch die durch sie verursachte Auftriebskraft. Die heißen Gase streben nicht mehr nach oben und die Flamme wird nicht mehr so gut mit Sauerstoff versorgt. Wegen der wegfallenden Konvektion muss der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff durch die viel langsamere Diffusion bereitgestellt werden. Die Temperatur der Kerzenflamme sinkt und fällt unter den für die vollständige Verbrennung von Kohlenstoff notwendigen Mindestwert von 1.000 Grad Celsius. Es bilden sich Partikel aus nicht verbranntem Kohlenstoff. Die Kerzenflamme bildet vermehrt Ruß. Zeitverlauf In den Videobildern von Abb. 3 lässt sich gut verfolgen, wie sich nach dem Start des Fallkapselsystems in der Kerzenflamme relativ große Rußpartikel bilden. Bereits nach 0,1 Sekunden hat sich die helle Flammenzone zurückgebildet. Übrig bleibt die kugelförmige dunkle Zone mit einer aufgesetzten zylindrischen Struktur. Einzelne Partikel lassen sich noch nicht identifizieren. Nach 0,2 Sekunden erscheinen vor dunklem Hintergrund im oberen zylindrischen Teil der Flamme, der sich zum Docht hin kegelförmig erweitert, hell leuchtende, glühende Kohlenstoffpartikel. Ihr Durchmesser liegt in einer Größenordnung von 100 Mikrometern. Vor hellem Hintergrund sind diese Partikel nicht zu sehen. Hingegen erscheinen dort auf dem Mantel der inneren kegelförmigen Struktur dunkle Schleier, die auf kältere Kohlenstoffpartikel hindeuten. Nach 0,3 Sekunden ist die Anzahl leuchtender Partikel deutlich zurückgegangen. Es erscheinen vermehrt größere und dunkle Partikel, die vor hellem Hintergrund besonders gut zu sehen sind. Die Flamme rußt. Die Produktion der Rußpartikel konzentriert sich auf wenige Bereiche der Flamme. Auffallend ist eine in der Mitte der Flamme vom Docht ausgehende schmale Spur besonders großer Partikel. Die folgenden Fragen geben den Schülerinnen und Schülern Anregungen für vertiefende Untersuchungen. Von besonderer Bedeutung sind Fragen, die durch eigenständiges Experimentieren beantwortet werden können: Wie viele dunkle Rußpartikel, die größer als 50 Mikrometer sind, werden beim Fallexperiment gebildet? Welchen Durchmesser hat das größte Rußpartikel? Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Rußpartikel nach oben? Welches Bild liefert die Kerzenflamme im Fallversuch, wenn man die Kerze so dreht, dass der Docht nach hinten oder nach vorne weist? In dem Versuch wird eine Kerze aus Paraffin verwendet. Gibt es Unterschiede, wenn man stattdessen Kerzen aus Stearin oder Bienenwachs einsetzt? Neues entdecken So erfahren Schülerinnen und Schüler beispielhaft die unschätzbare Bedeutung von Experimenten, wenn es darum geht, komplexe Vorgänge besser verstehen zu können. Zudem ist die Chance groß, dass sie bei der Untersuchung der Fragen auch auf ganz neue Effekte stoßen.

Diese Unterrichtseinheit zu den Themen Fahrrad, Strom und Verkehrssicherheit enthält Arbeitsmaterial und Unterrichtsvorschläge rund um "Fridas Fahrradwerkstatt" - ein frei zugängliches Online-Spiel zum Thema Fahrradbeleuchtung. Dabei kann das Lernspiel auch gut mit Aktivitäten an echten Fahrrädern kombiniert werden. Für viele Kinder ist das Fahrrad ein wichtiger Bestandteil ihres Alltags. Die Beleuchtung eines Fahrrades bietet viele Forschungs- und Entdeckungsmöglichkeiten zu den Themen Strom und Verkehrssicherheit. Die Kinder können sich mit möglichen Fehlerquellen beschäftigen und ein virtuelles Fahrrad mit allerlei elektrischen Bauteilen bestücken. Zur Ergänzung der Aktivitäten am Computer können sie die Beleuchtung am eigenen Fahrrad erforschen. Darüber hinaus eignen sich einfache Versuche zum Stromkreis mit Kabel, Glühbirne und Batterie zur Vertiefung. Vorrangiges Ziel dieser Unterrichtseinheit ist die Beschäftigung mit einem einfachen Stromkreis. Der Bezug zum Fahrrad knüpft an die Erfahrungswelt der Kinder an und aktiviert ihr Vorwissen rund um das Thema. Es bietet sich an, zunächst einen gemeinsamen Einstieg in Form einer Problemstellung und individuellen Hypothesenbildung zu finden. Im Anschluss daran können die Kinder erste Erfahrungen mit dem Lernspiel "Fridas Fahrradwerkstatt" sammeln. So lernen sie spielerisch die vereinfachte Funktionsweise einer Fahrradbeleuchtung kennen. Es wird empfohlen, in den folgenden Unterrichtseinheiten das Thema Stromkreis anhand realer Versuche zu vertiefen. Das Lernspiel "Fridas Fahrradwerkstatt" im Unterricht Die Kinder untersuchen verschiedene virtuelle Fahrräder nach Fehlern im Stromkreis. Und sie bauen sich ihre eigene Fahrradbeleuchtung. Fahrräder erforschen abseits des Computers Das virtuelle Forschen kann gut mit Aktivitäten abseits des Computers kombiniert werden, zum Beispiel das Untersuchen echter Fahrräder. Pädagogische Leitlinien der Stiftung "Haus der kleinen Forscher" Begleiten und unterstützen Sie die Kinder in ihrer natürlichen Neugier an Phänomenen aus ihrem Alltag. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, welche Bauteile für eine funktionierende Fahrradbeleuchtung notwendig sind. erfahren, wie ein Stromkreis für die Fahrradbeleuchtung aufgebaut ist. lernen Fehlerquellen von Stromkreisen kennen. erfahren, dass unterschiedliche Lampen unterschiedlich viel Strom benötigen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lesen gesprochene Texte mit. bestücken per Drag and Drop ein virtuelles Fahrrad mit Lampen, Dynamos und Kabeln. wissen, wie sie ihr mit Licht bestücktes Fahrrad ausdrucken können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler treffen Vereinbarungen über die Nutzung der zur Verfügung stehenden Computer. Die meisten Kinder können Fahrrad fahren. Viele kommen sogar mit dem Fahrrad zur Schule. An diese Erfahrungen sollte angeknüpft werden. Oder sie bringen ein Fahrrad mit in den Unterricht. Wer weiß, wie das Fahrradlicht funktioniert? Wer hatte schon mal Probleme mit seinem Fahrradlicht? Und wer hat sich darum gekümmert? Wahrscheinlich ein Elternteil oder eine Fahrradwerkstatt. Am Computer bekommen die Kinder die Gelegenheit, selbst ein Fahrrad zu "reparieren". Zugang Das Lernspiel "Fridas Fahrradwerkstatt" ist integriert in einen interaktiven Forschergarten, der die Kinder zu eigenständigen Entdeckungsreisen animiert. Die Figuren Tim und Juli begleiten sie dabei. Zum Spiel gelangt man über verschiedene Zugänge: Über das Icon mit Frida an ihrem Fahrrad haben Sie direkten Zugang zum Spiel (Abbildung 1, zum Vergrößern bitte anklicken). Wenn Sie im Gartenkompass (Menüpunkt am unteren Rand des Bildschirms) auf "Ausprobieren" klicken, gelangen Sie zu einer Übersicht über alle Lernspiele der Seite. Dort gibt es auch einen Link zu Fridas Fahrradwerkstatt. Technische Hinweise Für die Nutzung der Lernspiele auf der Kinder-Website muss der Adobe Flash Player installiert sein. Aufgrund der grafischen Benutzeroberfläche kann es beim erstmaligen Öffnen der Seite zu einer längeren Ladezeit kommen. Die Dauer hängt von Ihrer Internetverbindung ab. Ist die Seite einmal geladen, ist die Navigation einfach und schnell möglich. Als Kai mit seinem unbeleuchteten Fahrrad den Kater Berleburg erschreckt, beschließen die Kinder, die Lichtanlage ihrer Fahrräder zu überprüfen. Zum Glück kennt Frida sich aus. Mit Unterstützung der Kinder am Computer sucht und repariert sie in Level 1-4 die defekten Stellen. Mithilfe der Maus untersuchen die Kinder das Fahrrad. Wo sich der Mauszeiger in eine Lupe verwandelt, gibt es möglicherweise einen Fehler zu entdecken (siehe Abbildung 2, zum Vergrößern bitte anklicken). Das kann eine zerbrochene Lampe, ein loser Stecker oder ein gebrochenes Kabel sein. Durch das Klicken auf die defekte Stelle wird sie repariert. Die Kinder lernen auf diese Weise, welche Art von Defekt es bei Fahrradbeleuchtungen geben kann. Der virtuelle Testlauf Durch abwechselndes Drücken zweier Pfeiltasten auf der Tastatur des Computers kann das Laufband, auf dem das Fahrrad steht, in Bewegung versetzt werden. Die Räder drehen sich, sodass der Dynamo Strom erzeugen kann. Wenn genügend Strom erzeugt wird, leuchten die Lampen. Voraussetzung ist immer, dass vorher alle Defekte behoben wurden. In den Levels 1-4 genügt bereits wenig Strom, um die Lampen zum Leuchten zu bringen. Schwieriger wird es in Level 5. Kann's ein bisschen mehr sein? Weil das Reparieren so viel Spaß macht, basteln sich die Kinder in Level 5 ihre eigene Fahrradbeleuchtung (siehe Abbildung 3, zum Vergrößern bitte anklicken). Da kann auch ein total überbeleuchtetes Fahrrad mit ganz vielen Lampen entstehen. Ob das funktioniert? Je nachdem, womit sie ihr Fahrrad ausrüsten, braucht ihre Installation mehr oder weniger viel Strom. Der Balken an der Vorderseite des Laufbandes zeigt es an. So können die Kinder beispielsweise ausprobieren, ob eine LED-Lampe gleich viel Strom verbraucht wie eine herkömmliche Lampe. Mit Kabeln wird der Stromkreis geschlossen Die montierte Lichtanlage funktioniert allerdings nur, wenn die Lampen mit einem Dynamo verbunden werden. Die Schülerinnen und Schüler haben die Wahl zwischen Nabendynamo und Rollendynamo. Wer mag, darf auch mehrere Dynamos anbauen. Per Drag and Drop muss die Kabelschlaufe zunächst auf einen Dynamo gezogen werden. Im nächsten Schritt kann das Kabel mit einer Lampe oder einer Hupe verbunden werden. Man kann es zwar nicht sehen, aber das Kabel ist "zweiadrig", das bedeutet, im Inneren befinden sich zwei Kupferleitungen. So kann der Strom vom Dynamo zur Lampe und wieder zurück fließen. Der Stromkreis ist geschlossen. Auch in diesem Level funktioniert das Testen so, dass durch abwechselndes Drücken zweier Pfeiltasten auf der Tastatur des Computers das Laufband in Bewegung gesetzt wird. Je schneller die Kinder auf die Pfeiltasten klicken, desto mehr Strom "erzeugen" sie. Kleiner Bonus: Die Hupe tutet, wenn sie mit Strom versorgt wird. Dokumente zum Ausdrucken Wer mag, kann sich zum Schluss eine Abbildung des selbst gebastelten Fahrrades ausdrucken. Oder eine Urkunde, dass sie oder er Fridas Fahrradwerkstatt erfolgreich beendet hat. Für besonders wissbegierige Kinder stehen auf der Kinder-Website weiterführende Lesetexte zur Verfügung. Sie sind aus dem Spiel über den Link "Mehr erfahren" zugänglich. Oder über den Knopf "Gartenkompass" am unteren Rand des Bildschirms. Vergleich zwischen Spiel und Realität Sammeln und diskutieren Sie die Erfahrungen der Kinder mit "Fridas Fahrradwerkstatt". Was haben die Kinder genau entdeckt? Gibt es vielleicht sogar Kinder, die schon von sich aus Dinge am virtuellen Fahrrad und am realen Fahrrad verglichen haben? Bieten Sie in jedem Fall allen Mädchen und Jungen nach der Diskussionsrunde die Möglichkeit, die Beleuchtung eines richtigen Fahrrads zu erkunden. Fallen den Kindern Sachen auf, die gleich beziehungsweise anders sind als die, die sie bei "Fridas Fahrradwerkstatt" erlebt haben? Welche Art Lampe finden sie zum Beispiel am realen Fahrrad? Wo fließt der Strom? Was denken die Kinder, woher die Lampen am Fahrrad Strom bekommen? Lassen Sie die Kinder versuchen, mit dem Finger den Stromkreis direkt am Fahrrad nachzuzeichnen. Als Dokumentation können die Schülerinnen und Schüler auch ein Bild malen oder die einzelnen Teile am Fahrrad abfotografieren, diese dann in ein Forscherbuch oder auf ein Poster kleben und zum Schluss benennen. Halten Sie in jedem Fall für die Kinder noch ungeklärte Fragen schriftlich fest, auf die Sie im späteren Verlauf immer wieder zugreifen können. Forschen mit Batterien, Kabeln, Lampen Mit geeigneten Materialien lassen sich viele spannende Experimente durchführen. Am Forschen mit Batterien, Kabeln, Lampen und anderen Bauteilen haben Mädchen und Jungen gleichermaßen Freude und können dabei spielerisch wichtige Einblicke in das Thema Stromkreis gewinnen. Der erste Auftrag zum Thema Strom sollte schnell zum Erfolg führen, um auch die Kinder ohne Vorerfahrung für das Thema zu begeistern. Sobald das Lämpchen leuchtet, leuchten auch die Augen der Mädchen und Jungen. Dabei haben sich bestimmte Materialien bewährt, die einfach zu handhaben sind. So stehen den Kindern weder motorische noch handwerkliche Hindernisse im Weg. Materialempfehlung für den Einstieg (pro Kind oder pro Zweiergruppe) Flachbatterie (4,5 Volt) Zwei Kabel mit Krokodilklemmen Glühlampe (3,5 Volt bis 6 Volt, Fassung E10) Fassung (E10) Anschauungsmaterial, zum Beispiel Taschenlampen, elektrische Laternenstäbe oder Fahrradlampen Verkehrssicherheit Ausgehend von der Fahrradbeleuchtung kann auch das Thema Verkehrssicherheit behandelt werden. Wie muss ein Fahrrad ausgestattet sein, damit man damit sicher durch den Verkehr kommen kann? Welche Verkehrsregeln müssen Kinder kennen? Und wie sollten sie sich im Verkehr verhalten? Über die nachfolgenden Links finden Sie Anregungen für die Vertiefung der Thematik. Verkehrswacht: Die Welt entdecken auf zwei Rädern Die Verkehrswacht bietet umfassende Informationen rund ums Fahrradfahren, auch zum Thema verkehrssicheres Fahrrad. Kidstation: Fahrrad-Führerschein Anhand eines Quiz, einer Rad-Rallye und eines Rad-Rätsels können die Kinder testen, wie gut sie sich schon auskennen. Fahrradklingel als Anknüpfungspunkt zum Thema Technik Jedes Fahrrad muss eine Klingel haben, denn eine Klingel kann dazu beitragen, sicher durch den Verkehr zu gelangen. Dieses kleine Bauteil eignet sich auch für die Überleitung zu anderen Themen, zum Beispiel zu Zahnrädern. Viele Klingeln lassen sich aufschrauben und geben dann den Blick frei auf eine einfache Anordnung von Zahnrädern. In dem nachfolgenden PDF-Dokument finden sich Anregungen für Kinder, wie sie Fahrradklingeln erforschen können. Auf der Kinder-Website gibt es ein Lernspiel zum Thema Zahnräder: Eddis Schuhputzmaschine (siehe Abbildung 4, zum Vergrößern bitte anklicken). Dabei können Kinder mit virtuellen Zahnrädern experimentieren. In verschiedenen Schwierigkeitsstufen gilt es, die Zahnräder so zu positionieren, dass sie richtig ineinandergreifen und eine Zahnstange in eine bestimmte Richtung bewegen. Naturwissenschaftliche und technische Phänomene sind Teil der Erfahrungswelt von Kindern: Morgens klingelt der Wecker, die Zahncreme schäumt beim Zähneputzen, das Radio spielt Musik, der heiße Kakao dampft in der Tasse, auf dem Weg zur Schule werden blühende Blumen beobachtet, die gestern noch geschlossen waren. Kinder wollen ihre Welt im wahrsten Sinne des Wortes "begreifen" und mehr über Naturphänomene erfahren. Diese vielfältigen Anlässe im Alltag der Kinder lassen sich auch für die pädagogische Arbeit nutzen. Die Fragen der Kinder spielen deshalb beim Forschen und Experimentieren eine zentrale Rolle. Die Bildungsinitiative "Haus der kleinen Forscher" möchte vor allem Lernfreude und Problemlösekompetenzen fördern. Dabei sollen Kinder gerade nicht nach Erwachsenenverständnis "richtige" Erklärungen für bestimmte Phänomene lernen und diese auf Abruf wiedergeben können. Vielmehr möchte die Stiftung Pädagoginnen und Pädagogen Möglichkeiten an die Hand geben, um die Kinder bei einem forschenden Entdeckungsprozess zu begleiten. Dazu gehören unter anderem das Beobachten, Vergleichen und Kategorisieren, das sich Kinder zunutze machen, um die Welt um sich herum zu erkunden. Die Stiftung "Haus der kleinen Forscher" hat folgendes Bild vom Kind. Es prägt das pädagogische Handeln und beinhaltet die Vorstellung darüber, auf welche Weise Kinder lernen: Kinder sind reich an Vorwissen und Kompetenzen. Kinder wollen von sich aus lernen. Kinder gestalten ihre Bildung und Entwicklung aktiv mit. Jedes Kind unterscheidet sich durch seine Persönlichkeit und Individualität von anderen Kindern. Kinder haben Rechte. Bildung als sozialer Prozess Bildung ist ein sozialer Prozess. Kinder lernen im Austausch mit und von anderen, durch Anregung, durch individuelle Erkundung und durch gemeinsame Reflexion. Kinder lernen nicht nur von Erwachsenen, sondern auch mit und durch Zusammenarbeit mit anderen Kindern. Der pädagogische Ansatz der Stiftung ist von den zwei pädagogischen Leitlinien Ko-Konstruktion und Metakognition geprägt. Ko-Konstruktion Ko-Konstruktion bedeutet, dass Kinder durch die Zusammenarbeit mit anderen lernen. Lernprozesse sollten grundsätzlich von Kindern und pädagogischen Fachkräften gemeinsam "konstruiert" werden. Metakognition Während der gemeinsamen Gestaltung von Bildungsprozessen kann mit den Kindern thematisiert werden, dass sie lernen, was sie lernen und wie sie lernen. Dies geschieht über die Auseinandersetzung mit den eigenen kognitiven Prozessen (Gedanken, Meinungen, Einstellungen und so weiter), also das Wissen einer lernenden Person über ihr Wissen, ihre neugewonnenen Erkenntnisse und den Weg dorthin. Wichtige Aufgaben in der pädagogischen Begleitung der Kinder An das Vorwissen der Kinder anknüpfen Die pädagogischen Fachkräfte bekommen eine Vorstellung von den Vorerfahrungen und Gedankengängen der Kinder, wenn sie ihnen genau zuhören, sie beobachten und nach ihren eigenen Vermutungen fragen. Mit den Kindern sprechen Die pädagogischen Fachkräfte unterstützen die Kinder durch Dialoge, den nächsten geistigen Entwicklungsschritt zu machen. Nicht erklären, sondern (hinter-)fragen! Die Kinder zum Nachdenken anregen Wenn Kinder einmal vermeintlich "falsche" Konzepte heranziehen, zum Beispiel "Der Strom ist schwarz", dann wird daraus ersichtlich, wo das Kind gerade steht. Aufgabe ist es, Kinder bei geeigneter Gelegenheit darauf aufmerksam zu machen, dass es zum Beispiel auch weiße Kabel gibt. Die pädagogische Fachkraft bringt die Kinder auf diese Weise dazu, selbst eine neue Theorie zu entwickeln. Kindern (Frei-)Raum zum Forschen geben Auf der Internetseite der Stiftung finden Sie unter "Forschen - Pädagogik - Pädagogischer Ansatz" Tipps zur Gestaltung von Forscherräumen in der Kita, welche auch auf Grundschulen übertragbar sind. Die gemeinnützige Stiftung "Haus der kleinen Forscher" unterstützt seit 2006 pädagogische Fachkräfte dabei, den Forschergeist von Mädchen und Jungen qualifiziert zu begleiten. Die Bildungsinitiative startete zunächst mit dem Fokus auf Kindern im Kindergartenalter. Seit 2011 können auch Horte und Grundschulen beim "Haus der kleinen Forscher" mitmachen. Die pädagogischen Leitlinien gelten für beide Zielgruppen. Die Themen und Phänomene, die die Kinder interessieren, bleiben ähnlich oder dieselben - egal ob Kita-Kind, Grundschul-Kind oder große Forscherin. Allerdings nimmt die Komplexität der Inhalte zu, um sie an die Kompetenzen und das höhere Vorwissen der sechs- bis zehnjährigen Kinder anzupassen. Ältere Kinder haben eine andere Verständnisebene - aus Staunen soll Verstehen werden.

Die Entstehung von Jahreszeiten verbinden viele Schülerinnen und Schüler aufgrund der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne mit unterschiedlichen Sonnenentfernungen. Webbasierte Animationen und einfache Experimente mit einer Taschenlampe sollen diesen Vorstellungen entgegentreten und für Klarheit sorgen. Die komplexen Zusammenhänge zwischen der Drehung der Erde um die Sonne in Verbindung mit der Neigung der Erdachse und den daraus hervorgehenden unterschiedlichen Beleuchtungszonen stellen immer wieder eine Herausforderung für den Geographieunterricht dar. In den allermeisten Fällen werden die Schülerinnen und Schüler diese Zusammenhänge anhand von Texten und Grafiken lernen. Nicht repräsentative Schülerumfragen des Autors in der Sekundarstufe II zeigten jedoch, dass diese Methodik in vielen Fällen zu keinen nachhaltigen Kenntnissen führt. Mit der hier vorgestellten WEBGEO-Animation kann die Anschaulichkeit erhöht werden. Zudem bewirkt ein Taschenlampenversuch eine aktive Auseinandersetzung der Lernenden mit der Thematik. Der Lernerfolg der kann mit einem Multiple Choice Tests überprüft werden. Für eine Vertiefung des Themas sind die Visualisierungen der Software "Home Planet" hervorragend geeignet. Die in dieser Unterrichtseinheit eingesetzten Animationen stammen aus dem Projekt WEBGEO, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Zukunftsinvestitionsprogramms "Neue Medien in der Bildung" gefördert wurde. Die Funktionalität der Animationen sollte den Lernenden auf jeden Fall per Beamer demonstriert werden, bevor sie mithilfe der Animationen die Aufgaben bearbeiten. Unterrichtsverlauf und Materialien Mithilfe von Animationen und einem Taschenlampenexperiment werden die Ursachen für die Entstehung der Jahreszeiten anschaulich vermittelt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Zusammenhänge zwischen der Neigung der Erdachse und Einstrahlungsverhältnissen kennen lernen und daraus Beleuchtungszonen ableiten. im Taschenlampenversuch Zusammenhänge zwischen Einstrahlungswinkel und Intensität der Beleuchtung erkennen und auf das System Sonne-Erde übertragen. aus den vorangegangenen Erkenntnissen auf die Entstehung von thermischen Jahreszeiten schließen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass Animationen modellhaft Prozesse der Realität abbilden können. mit Animationen umgehen können. Thema Entstehung von Jahreszeiten Autor Jens Joachim Fach Geographie Zielgruppe Klasse 7-8 Zeitraum 1-2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss, Beamer, DSL-Anschluss; für das Abspielen der Animationen ist der Adobe-Flash-Player oder PowerPoint erforderlich; je eine Taschenlampe und ein dunkles A4-Blatt pro Schülergruppe Vorwissen der Schülerinnen und Schüler Im der ersten Aufgabe des Arbeitsblatts (jahreszeiten_arbeitsblatt.pdf) sollen die Schülerinnen und Schüler den Wahrheitsgehalt vorgegebener Aussagen zur Entstehung der Jahreszeiten bewerten und eigene Kommentare ergänzen. Es kann davon ausgegangen werden, dass sie über astronomische Vorkenntnisse verfügen (Neigung der Erdachse um 23,5 Grad, Drehung der Erde um die Sonne innerhalb eines Jahres). Ihr Vorwissens wird abgerufen und fixiert. Am Ende der Unterrichtseinheit wird wieder Bezug auf die Ergebnisse zur ersten Aufgabe genommen und dabei für die Lernenden ein Wissenszuwachs erlebbar. Auch wenn die Lernenden zu Beginn der Unterrichtsstunde(n) den Wahrheitsgehalt der Aussagen richtig bewerten, ist ein genaueres Wissen meist nicht vorhanden. Beleuchtungszonen und besondere Breitenkreise Die zweite Aufgabe, die wie die folgenden in Partnerarbeit bearbeitet werden soll, dient der Erarbeitung der Beleuchtungszonen der Erde. Hierzu wird eine interaktive WEBGEO-Animation eingesetzt (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Das Wissen um die Beleuchtungszonen stellt eine wesentliche Grundlage der physischen Geographie da. Auf ihnen beruhen die überwiegend breitenkreisparallelen Klima- und Vegetationszonen der Erde und damit wesentliche Voraussetzungen für agrarische Nutzungssysteme. Taschenlampenversuch Im dritten Teil der Unterrichtseinheit werden die zuvor entdeckten unterschiedlichen Einstrahlungswinkel per Taschenlampenversuch in Zusammenhang mit der Strahlungsintensität gesetzt (Abb. 2). Je nach Qualität der Taschenlampen ist eine Verdunklung des Raumes notwendig. Aufgabe 3 ist die Schlüsselaufgabe für das Ziel der Unterrichtseinheit. Insofern sollte die richtige Lösung der Aufgabe im Lernprozess kontrolliert werden. Animation zu den astronomischen Jahreszeiten In der vierten Aufgabe erfolgt die Synthese der bisher gefundenen Zusammenhänge in einer Tabelle. Dabei kommt eine zweite WEBGEO-Animation zum Einsatz (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). Das Gelernte wird auf die nördlich gemäßigten Zonen angewendet. Durch die Angabe des Zenitstandes und der Jahreszeiten wird der Zusammenhang zwischen (scheinbarer) Wanderung des Zenits und der Entstehung von Jahreszeiten gefestigt. Die abschließende Aufgabe 5 dient ebenfalls der Festigung und zwingt die Schülerinnen und Schüler zu einer zusammenhängenden Verbalisierung der Ursachen für die Entstehung der Jahreszeiten. Der Vergleich mit den Aufzeichnungen zu Aufgabe 1 (Wahrheitsgehalt vorgegebener Aussagen zur Entstehung der Jahreszeiten) macht den Wissenszuwachs erlebbar. Die Aufgabe zum Weiterdenken (Arbeitsblatt) kann mündlich nach der Fertigstellung des Arbeitsblattes diskutiert werden. Hierzu könnten auch Bilder von Weihnachtssituationen auf der Südhalbkugel zur Illustration genutzt werden. Manche Schulnetzwerke oder -rechner können auf den für das Abspielen der WEBGEO-Simulationen notwendigen Flash-Player nicht zugreifen. Die hier angebotene PowerPoint-Präsentation des Autors stellt für diesen Fall eine Alternative dar: Visualisierungen mit der Software "Home Planet" Die Software "Home Planet" von John Walker (kostenfreier Download aus dem Internet) kann zur Intensivierung der Beschäftigung mit der Entstehung der Jahreszeiten genutzt werden. Anhand einer Weltkarte wird mit der Darstellung der Tagesbeleuchtung der Zusammenhang zwischen Rotation und Revolution der Erde sichtbar. Die Eingabe von Zeitintervallen ermöglicht Simulationen in die Vergangenheit, aber auch in die Zukunft. Extreme Jahreszeiten auf Uranus Im Gegensatz zur Erde weist die Rotationsachse des Planeten Uranus mit einem Winkel von 98 Grad eine extrem starke Neigung auf. Infolge der großen Äquatorneigung gegen die Bahnebene dauern Tag und Nacht an den Polen etwa 42 Jahre. Was wäre, wenn auf der Ede vergleichbare Bedingungen herrschen würden? Astronomen untersuchen mithilfe des Hubble Weltraumteleskops den Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die Vorgänge in der Uranus-Atmosphäre: Hubble Discovers Dark Cloud in the Atmosphere of Uranus Informationen und Bilder auf Hubblesite.org: Das Weltraumteleskop entdeckte einen Wirbelsturm mir einer Ausdehnung von etwa der zwei Dritteln der Fläche der USA. Das Phänomen der Jahreszeiten Auf der Homepage der Görlitzer Sternfreunde finden Sie Informationen zu den Jahreszeiten auf anderen Planeten. Inklination der Planeten Auf der Website der Zentrale für Unterrichtsmedien im Internet sind die Bahndaten (Entfernung, Rotation in Inklination) der Planeten zusammengestellt.

Immer wieder verbreiten Rechtsextremisten und Neonazis in Zeitschriften und im Internet die These von der Auschwitz-Lüge. Wie ihre Argumente aufgebaut sind und was Jugendliche ihnen entgegnen können, vermittelt diese Anregung für den multimedialen Geschichtsunterricht. Die These, der Massenmord an über einer Million Juden und anderen Verfolgten in Auschwitz sei eine Lüge, beruht auf bewusst gewählten Halbwahrheiten und manipulierten Fakten. Sie ist historisch unhaltbar. Trotzdem ist es für Jugendliche schwierig, rechtsextreme oder neonazistische Argumente souverän zu widerlegen. Oft reagieren Schülerinnen und Schüler hilflos, wenn sie mit derartigen Thesen auf dem Schulhof konfrontiert werden. Die Unterrichtsanregung vermittelt Argumentationshilfen gegen revisionistische Sprüche von Neonazis. Im Zentrum des Unterrichts steht die Internetseite "Holocaust-Referenz: Argumente gegen Auschwitz-Leugner". Die Unterrichtsreihe setzt sich aus drei Aufgabenbereichen zusammen. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen mithilfe der Internetseite "Holocaust-Referenz" zuerst die Vorgehensweise der Auschwitz-Leugner. Sie können ihre Kenntnisse anschließend vertiefen, indem sie sich mit dem "Leuchter-Report" auseinander setzen. Der stellt die These auf, die Gaskammern in Auschwitz seien technisch nicht zur Vernichtung von über einer Million Menschen geeignet gewesen. Abschließend beschäftigen sich die Jugendlichen mit den internetspezifischen Möglichkeiten, Thesen und Inhalten zu verbreiten. Dabei sollen sie sich kritisch mit der Meinungsfreiheit im Internet und mit ihren Grenzen auseinander setzen. Argumentationsweisen der Auschwitz-Leugner Pseudowissenschaftliche Fälschung: Der Leuchter-Report Holocaust-Leugner und ihre Gegner im Internet Inhaltliche Ziele Die Schülerinnen und Schüler sollen die Argumentationsweise der Holocaust-Leugner an verschiedenen Beispielen untersuchen. die Motive und Ziele der Holocaust-Leugner erkennen. die These von der Holocaust-Lüge mithilfe von Quellenmaterial widerlegen lernen. das Thema in der Klasse diskutieren. Ziele aus dem Bereich Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Informationen zur Widerlegung der Holocaust-Lüge im Internet recherchieren. sich inhaltlich mit der Website "Holocaust-Referenzen" auseinander setzen. die Möglichkeiten der Verbreitung von Inhalten und Propaganda im Internet reflektieren und diskutieren. Literaturtipp Markus Tiedemann: In Auschwitz wurde niemand vergast. 60 rechtsradikale Lügen und wie man sie widerlegt (Lernmaterialien). Verlag an der Ruhr, 1996. ISBN: 3860722751 Preis: 12,80 € Ziele der Internetseite "Holocaust-Referenz" "Mit Holocaust-Leugnern diskutieren, das ist, als wolle man versuchen, einen Pudding an die Wand zu nageln", sagt Ken McVay vom kanadischen Holocaust-Archiv "Nizkor Project". Der Autor der "Holocaust-Referenz", Jürgen Langowski, ist sich bewusst, dass seine Internetseiten nicht dazu beitragen, Holocaust-Leugner zu bekehren. Als er das kanadische "Nizkor Project" kennen lernte, beschloss er, ein deutsches Gegenstück aufzubauen. Langowski sieht die aktive und offensive Aufklärung im Internet als den besten Weg, um braune Propaganda zu bekämpfen. Seine Absicht ist es, diese Gruppen durch die vorhandenen Argumente und Fakten als das vorzuführen, was sie sind: "... unverbesserliche Ewiggestrige und meist auch fanatische Antisemiten, die wissentlich oder unwissentlich auf den nächsten Völkermord zusteuern, indem sie den letzten leugnen." Ende 2002 wurde Langowski für seine Seite "Holocaust-Referenz" vom "Bündnis für Demokratie und Toleranz" mit einem Preis ausgezeichnet. Argumente und Dokumente, Fakten und Lügen Auf den Seiten der "Holocaust-Referenz" finden Jugendliche historische Fakten und Informationen über die Tricks, mit denen Rechtsextremisten versuchen, die Geschichte umzuschreiben. In der Rubrik "Argumente" werden die (Schein-)Argumente, welche die Realität des Holocaust in Frage stellen, und die entsprechenden Widerlegungen erläutert. In der Rubrik "Dokumente" finden sich Dokumente zur Geschichte des Nationalsozialismus wie zur Euthanasie oder zum Judenmord. Der Autor der "Holocaust-Referenz", Jürgen Langowski, stellt außerdem auf einer weiteren Homepage unter dem Titel "Die andere Seite - das Kuriositätenkabinett" einige besonders absurde und skurrile Verrenkungen der Auschwitz-Leugner satirisch dar. Ergänzung durch englische Informationen Ergänzend kann, eventuell sogar im fächerübergreifenden Unterricht, auf die Seiten des "Nizkor Project" zurückgegriffen werden. Das Nizkor-Archiv in Kanada gilt als eine der ergiebigsten Quellen zum Thema Holocaust. Im Internet hat es eine Dokumentation erstellt, die noch wesentlich umfassender als die "Holocaust-Referenz" ist. Die Seiten gibt es jedoch nur in englischer oder spanischer Sprache. Zum Einsatz im Unterricht sind fortgeschrittene Englisch- oder Spanischkenntnisse notwendig. Unterrichtsziele Die Schülerinnen und Schüler lernen die Verfahren kennen, mit denen Rechtsextremisten versuchen, die Geschichte umzuschreiben (Rechentricks, Fälschungen und Manipulation von Quellen). Sie sollen die Motive und Ziele für die Fälschung historischer Tatsachen ergründen und mit dem vorhandenen Quellenmaterial die Thesen widerlegen. Die Ergebnisse der Internetrecherche werden im Unterrichtsgespräch präsentiert. Die Schülerinnen und Schüler diskutieren anschließend gemeinsam die Ziele und Motive der Auschwitz-Leugner. Jürgen Langowski Bei Fragen können die Schülerinnen und Schüler per E-Mail direkt Kontakt zu Jürgen Langowski, dem Autor der Seite "Holocaust Referenz", aufnehmen. Der Leuchter-Report: Geschichtsfälschung auf Bestellung Fred Leuchter ist ein selbsternannter Gaskammerexperte aus Boston. 1988 trat er im Prozess gegen den in Kanada lebenden Ernst Zündel, einen Verleger neonazistischer und revisionistischer Schriften und Videos, auf. Leuchter wurde als "Ingenieur" und "Spezialist für Hinrichtungsanlagen" in den Zeugenstand berufen, um zu Zündels Verteidigung auszusagen. Mit seiner Hilfe sollte wissenschaftlich nachgewiesen werden, dass die Gaskammern von Auschwitz und anderen Konzentrationslagern nicht zur Vernichtung von Millionen von Menschen geeignet gewesen wären. Leuchter kam in seinem Bericht wunschgemäß zu dem Ergebnis, dass die Anlagen in Auschwitz nicht zur massenhaften Vernichtung von Menschen gedient haben könnten. Er fasste seine "Erkenntnisse" im so genannten "Leuchter-Report" zusammen, den der ehemalige NPD-Vorsitzende Günter Deckert ins Deutsche übersetzt hat. Analyse von Geschichte und Geschichtsfälschung Im Internet verweist die "Holocaust-Referenz" auf die inhaltlichen Schwächen von Leuchters so genannter wissenschaftlicher Untersuchung. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit der genannten Homepage über den Leuchter-Report informieren und die Vorgehensweise der Holocaust-Leugner an einem konkreten Beispiel analysieren. Sie sollen die Mechanismen der Fälschung von historischen Gegebenheiten erkennen und gleichzeitig Möglichkeiten kennen lernen, wie Geschichtsfälschungen hinterfragt und widerlegt werden können. Jürgen Langowski Die Schülerinnen und Schüler können bei Fragen per E-Mail direkt Kontakt zu Jürgen Langowski, dem Autor der Seite "Holocaust-Referenz", aufnehmen. Ziele von Portalen gegen die Holocaust-Lüge Das Portal "Holocaust-Referenz" und das kanadische "Nizkor-Project" enthalten umfassende Informationen über die Vorgehensweise und die Argumentation der Holocaust-Leugner im Internet. Die Schülerinnen und Schüler sollen bei diesem Unterrichtsschwerpunkt die Ziele der Betreiber dieser Seiten kennen lernen. Sie sollen sich außerdem informieren, welche Möglichkeiten Holocaust-Leugner haben, ihre Standpunkte im Internet zu verbreiten. In diesem Zusammenhang sollen sie das Thema "Meinungsfreiheit gegen Menschenwürde im Internet" reflektieren und diskutieren. Rechtsextremistische Inhalte im Internet Rechtsextremisten verbreiten ihr Gedankengut und ihre Propaganda im Internet sehr professionell. Die Zahl der Internetseiten mit rechtsextremistischen Inhalten stieg in den vergangenen Jahren unaufhörlich. Auch in verschiedenen Newsgroups oder Mailinglists diskutieren sie Ansichten, die gegen die Verfassung oder gegen wissenschaftliche Erkenntnisse verstoßen. In jedem Fall sollten die Schülerinnen und Schüler über diese Newsgroups informiert werden. Ob sie im Internet direkt nach diesen Newsgroups suchen sollen, muss jede Lehrkraft individuell entscheiden. Wenn ja, sollte sich die Lehrkraft im Vorhinein genau über die rechtlichen Bestimmungen zur Auseinandersetzung mit illegalen und extremistischen Inhalte im Internet informieren (siehe unten: Mehr Informationen bei Lehrer-Online). Bei der Recherche nach rechtsradikalen oder rechtsextremen Inhalten im Internet hilft die CD-ROM "Rechtsextremismus im Internet" der Bundeszentrale für politische Bildung. CD-ROM "Rechtsextremismus im Internet" Dokumentation zur rechtsextremen Jugendszene im Internet mit Webadressen zu Skinheads, rechtsextremer Musik, Spielen und Chats. Achtung bei indizierten Inhalten Links- sowie insbesondere rechtsextreme Medienangebote werden von der Bundesprüfstelle als jugendgefährdende Inhalte indiziert. Auch das Verherrlichen der NS-Zeit, das zumeist nach dem Strafgesetzbuch nicht verboten ist, wird von der Bundesprüfstelle als jugendgefährdend angesehen. Daraus ergibt sich, dass gerade bei der Suche nach rechtsextremen Inhalten im Internet eine fundierte "Aufklärung" der Schülerinnen und Schüler über die Rechtslage nötig ist. Auch wer fahrlässig rechtsextremistische, indizierte Inhalte aus dem Internet herunterlädt und verbreitet, macht sich nach § 21 Abs. 3 GjSM strafbar. Zu den Arbeitsblättern

In dieser Unterrichtseinheit werden als zentrale Aufgabe Modelle von Sternbildern mit LEDs entworfen. Ein wesentliches Ziel ist dabei, die Helligkeitsunterschiede der Sterne durch die Variation des nötigen Vorwiderstandes zum Ausdruck zu bringen. Die Unterrichtseinheit wurde im Kontext des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Programms "Junior-Ingenieur-Akademie" entwickelt.In dieser Unterrichtseinheit werden Aspekte der Astronomie und technische Fragen miteinander verwoben. Beide Bereiche bieten vielfältige Anknüpfungsmöglichkeiten. Im Vordergrund steht das praktische Arbeiten mit Werkzeugen wie Lötkolben oder Bohrmaschine. Die Planung der Schaltung und die Wahl des Vorwiderstandes sind grundlegende technische Fragestellungen, die hier praktisch erarbeitet werden können. Durch die (einfache) experimentelle Bestimmung des Zusammenhanges zwischen Leuchtkraft und den wahrgenommenen Sternhelligkeiten (Magnituden) und die Umrechnung in die entsprechende Stromstärke sind zudem theoretische Vertiefungsmöglichkeiten gegeben. Die Schülerinnen und Schüler wählen zunächst ein Sternbild aus und zeichnen es auf eine Holzplatte. An den Sternpositionen bohren sie Löcher für die LEDs (Sacklochbohrung). Sie notieren für jeden Stern seine Helligkeit (Magnitude). Auf der Rückseite gestalten Sie eine einfache (Parallel-)Schaltung, die sie bis auf die Widerstände verlöten und fertigstellen. Die Schülerinnen und Schüler lassen 6 LEDs in gleichmäßigen Helligkeitsabständen von dunkel bis hell leuchten (hier mit Arduino, auch mit Netzgeräten möglich). Es zeigt sich, dass der Zusammenhang nicht linear ist (Weber-Fechner-Gesetz). Die gleichmäßigen Helligkeitsunterschiede entsprechen den astronomischen Magnituden. Über die eigenen Messungen und die Kennlinie der LED können nun die nötigen Vorwiderstände berechnet werden. Hierbei bietet es sich an, diese Informationen dem Produktdatenblatt der LEDs zu entnehmen und somit ein wichtiges technisches Hilfsmittel kennenzulernen. Man kann bereits nach der Messung und der Feststellung des Weber-Fechner-Gesetzes die gemessenen Werte ohne weitere Interpolation als Musterwerte zur Verfügung stellen oder die Lernenden völlig frei durch Probieren versuchen lassen, Helligkeitsunterschiede zum Ausdruck zu bringen. Nach dem Einlöten der passenden Vorwiderstände ist das Sternbild fertig. Durch vielfältige Vertiefungs- und Vereinfachungsmöglichkeiten ist das Projekt im regulären Unterricht, in Wahlpflichtkursen, AGs und in Projektwochen gut einsetzbar.Der Sternenhimmel übt seit Jahrtausenden eine große Faszination auf die Menschen aus. Auch bei Schülerinnen und Schüler der Gegenwart ist die Astronomie ein Thema, das großes Interesse weckt und damit als sinnstiftender Kontext hervorragend geeignet ist, um viele Lernende zu aktivieren. Das durchschnittliche Interesse ist oft größer als an den klassischen Naturwissenschaften. Zudem knüpft der vorliegende Unterrichtsentwurf an die eigenen Sinneswahrnehmungen an, geht es doch vor allem um optische Phänomene, und zwar um die Helligkeit der Sterne, die man mit dem eigenen Auge wahrnehmen kann. Der Einbezug sinnlicher Erfahrungen ist ein ähnlich großer Motivationsfaktor. Das Weltall ist indessen aber auch ein Raum, den man über das, was wir sehen, hinaus nur erforschen kann, wenn man Technik verwendet. Vom einfachen Teleskop mit Nachführung über ferngesteuerte Satelliten ist das Spektrum technischer Anwendungen sehr groß. Astrophysik und Ingenieurwissenschaften sind in diesem Bereich eng miteinander verknüpft. Das vorliegende Kernmodul kann beliebig erweitert werden. Es gibt viele Anknüpfungspunkte, die sich als Ausgangspunkt für Exkurse und Vertiefungen eignen. Im Mittelpunkt steht die Freude am Ausprobieren und Experimentieren, der Spaß am handwerklichen Arbeiten. Daher ist es wünschenswert, dass die Schülerinnen und Schüler möglichst selbstständig löten können und dürfen und genug Geräte zur Verfügung stehen. Ein zentraler Punkt ist die unterschiedliche Leuchtkraft der Sterne. Das heißt, die LEDs sollen in unterschiedlichen Helligkeiten leuchten. Eine hervorragende Möglichkeit bietet hier der Versuch "Helligkeitsstufen" (AB 5). Die Schülerinnen und Schüler lernen hier den (nicht-linearen) Zusammenhang von Leuchtkraft und wahrgenommener Helligkeit (Weber-Fechner-Gesetz) praktisch kennen, entnehmen dem Produktdatenblatt einer LED die passenden Daten und berechnen daraus den passenden Vorwiderstand. Hier gibt es auch eine (optionale) Möglichkeit, den Arduino einzusetzen. Dieses Vorgehen ist aber vor allem für leistungsstarke Schülerinnen und Schüler als Differenzierung möglich, lässt sich aber auch als Demonstrationsexperiment gemeinsam mit der ganzen Klasse durchführen oder zugunsten einer stärkeren Fokussierung auf die praktische Arbeit ganz streichen. Die Vorwiderstände kann man im Einzelfall konkret vorgeben, durch Probieren herausfinden lassen oder berechnen lassen. Wenn die Magnituden des jeweiligen Sternbildes sehr nah zusammen liegen, kann es sinnvoll sein, die Helligkeitsunterschiede nicht als echte Magnituden zu verwenden, sondern die Unterschiede etwas hervorzuheben, indem man die 6 Stufen auf einen kleineren Bereich verteilt (zum Beispiel in 0,5er-Schritten). Das entspricht dann nicht mehr der Situation am Himmel, ist aber etwas wirkungsvoller. Dieses Vorgehen ist als Handlungsalternative auf AB 5 hinzugefügt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Sternbilder und ihre Position am Himmel kennen. benutzen Schaltpläne als fachtypische Darstellungen. wenden das Ohm'sche Gesetz in einfachen Berechnungen. bohren, löten und stellen ein handwerkliches Produkt her. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen das Internet selbstständig zur Wahl eines Sternbild. verwenden Tablets und Computer. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nehmen Rücksicht auf Mitschülerinnen und Mitschüler. präsentieren Ergebnisse adressatengerecht.

Schülerinnen und Schüler werten mithilfe von Daten des Hubble-Weltraumteleskops die Perioden und scheinbaren Helligkeiten von Cepheiden-Veränderlichen in der Galaxie M100 aus und ermitteln so deren Entfernung. Die Helligkeit der Delta-Cephei-Sterne variiert periodisch. Eine bestimmte Periodenlänge entspricht dabei einer ganz bestimmten mittleren Strahlungsleistung. Diese wiederum ergibt zusammen mit der scheinbaren Helligkeit die Entfernung. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Entfernungsskala mithilfe von solchen Cepheiden geeicht wurde, deren Entfernung auf ganz unabhängige Weise ermittelt werden kann. In diesem Zusammenhang spielt die in der Unterrichtseinheit Die Entfernung der Supernova SN 1987A bestimmte Entfernung zur Supernova in der Großen Magellanschen Wolke eine Schlüsselrolle: In dieser findet man nämlich sehr viele veränderliche Sterne vom Typ Delta Cephei, deren Entfernungsskala mithilfe der Supernova mit bisher nicht gekannter Präzision geeicht werden kann. Neben den Arbeitsmaterialien und Aufgabenstellungen für die Schülerinnen und Schüler steht im Downloadbereich auch eine Handreichung für Lehrkräfte mit weiteren ausführlichen Informationen zur Verfügung. Obwohl in den Details durchaus kompliziert, sind die Prinzipien der Entfernungsbestimmungen einfach genug, um von Schülerinnen und Schülern der Oberstufe verstanden und angewandt werden zu können. Aus der Mathematik werden in dieser Unterrichtseinheit lediglich Kenntnisse über den dekadischen Logarithmus vorausgesetzt. Die kosmische Entfernungsskala Methoden der Entfernungsbestimmung: Schülerinnen und Schüler erklimmen zwei Stufen der kosmischen Entfernungsleiter. Informationen und Materialien zur Entfernungsberechnung von M100 Wie entsteht der Lichtwechsel der Cepheiden-Veränderlichen? Welche Eigenschaften machen sie zu Entfernungsindikatoren? Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Ursachen des Lichtwechsels von Delta-Cephei-Sternen. werten Lichtkurven von Cepheiden aus und bestimmen mithilfe dieser "Standard-Kerzen" die Entfernung von M100. werden dazu angeregt, den Namensgeber der Cepheiden im Sternbild Kepheus oder andere Cepheiden selbst zu beobachten. Freedman, W.L., Madore, B.F., Mould, J.R. und andere (1994): Distance to the Virgo cluster galaxy M100 from Hubble Space Telescope observations of Cepheids, Nature 371 (1994), Seite 757-762. Gaposhkin, S. I. (1970): The Large Magellanic Cloud: Its Topography of 1830 Variable Stars, Smithsonian Institution Astrophysical Observatory Special Report Nr. 310, Cambridge (MA) 1970. Für die nähere Umgebung: Radarechos und trigonometrische Parallaxe Vergleichsweise kleine Entfernungen, wie die innerhalb unseres Sonnensystems, lassen sich aus der Laufzeit von Radarechos ermitteln. Für die Sterne der näheren Sonnenumgebung ist die Methode der trigonometrischen Parallaxe anwendbar. Sie beruht auf der Messung der Verschiebung dieser Sterne gegenüber sehr viel weiter entfernten Sternen, wenn man sie von verschiedenen Positionen der Erdbahn aus beobachtet. Dieser Effekt ist vergleichbar mit der Erfahrung, dass man ein und dasselbe Objekt einer Landschaft aus einem fahrenden Zug heraus auf dauernd wechselnde Punkte am Horizont projiziert. Erscheint, von einem Stern aus gesehen, die große Halbachse der Erdbahn unter einem Winkel von einer Bogensekunde, so hat er eine Entfernung von einem Parsec (1 Parsec = 3,26 Lichtjahre). Bei viel weiter entfernten Objekten kommen andere Methoden zur Entfernungsbestimmung in Betracht: Vergleich der wahren (etwa in Parsec gemessenen) Größe der Objekte mit dem Winkeldurchmesser, unter dem sie dem Betrachter erscheinen. Vergleich der absoluten Helligkeit (oder Leuchtkraft) der Objekte mit der scheinbaren Helligkeit, die sie für den Beobachter haben. Beide Methoden sind dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer relativ leicht zu bewältigenden und einer schwierigen Aufgabenstellung bestehen. Scheinbare Helligkeiten und Winkeldurchmesser sind der Messung direkt zugänglich. Aussagen über die Leuchtkraft oder die wahre Größe von Himmelsobjekten sind viel schwieriger zu treffen und erfordern in der Regel ein tiefes Verständnis der physikalischen Natur dieser Objekte. In zwei Projekten lernen die Schülerinnen und Schüler ein Beispiel für je eine der Methoden zur Bestimmung großer Entfernungen kennen. Nachdem zuvor in der Unterrichtseinheit Die Entfernung der Supernova SN 1987A (siehe auch Fosbury, 1994) das erste Verfahren praktiziert wurde, kommt in dem hier vorgestellten Projekt die zweite Methode zum Einsatz: der Vergleich von scheinbarer und absoluter Helligkeit bei Delta-Cephei-Sternen zur Entfernungsbestimmung der Spiralgalaxie M100 im Virgo-Galaxienhaufen. Dabei hat die Durchsichtigkeit des Messprinzips gegenüber der erreichten Genauigkeit aus didaktischen Gründen den Vorrang. "Standard-Kerzen" im All Veränderliche Sterne vom Typ Delta Cephei sind sehr zuverlässige Entfernungsindikatoren, da man durch die Beobachtung ihres regelmäßigen Lichtwechsels zuerst auf ihre Leuchtkraft und dann aus dieser und der scheinbaren Helligkeit auf ihre Entfernung schließen kann. Zu jeder Lichtwechselperiode gehört nämlich eine ganz bestimmte mittlere Leuchtkraft, denn je größer ein Stern ist (je mehr Masse er hat), desto leuchtkräftiger ist er und desto länger braucht er für eine Pulsation. Der Lichtwechsel der Cepheiden mit Perioden bis zu einhundert Tagen ist durch einen raschen Anstieg zum Helligkeitsmaximum und einen vergleichsweise langsamen Abfall zum Minimum gekennzeichnet (Abb. 1). Freie Elektronen verursachen einen Strahlungsstau Cepheiden sind massereiche und leuchtekräftige Sterne, die bereits ein fortgeschrittenes Stadium ihrer Entwicklung erreicht haben, obwohl sie - absolut gesehen - noch jung sind. Ihre Atmosphären, in denen Helium ein wesentlicher Bestandteil ist, befinden sich nicht im hydrostatischen Gleichgewicht. Infolge hoher Temperaturen liegt das Helium normalerweise bereits in einfach ionisierter Form vor. Wenn die Strahlung aus dem Sterninnern den Heliumatomen auch ihr zweites Elektron entreißt, sind viele freie Elektronen vorhanden, die sich mit ihrer großen Beweglichkeit der Strahlung in den Weg stellen und einen Strahlungsstau verursachen. Expansion verschafft Abkühlung Der Strahlungsstau kann sich entladen, indem der Stern expandiert und dabei abkühlt. Bei der Abkühlung können die Heliumkerne viele Elektronen wieder einfangen, so dass die Strahlung wieder besser entweichen kann. Die Gravitation beginnt zu dominieren und veranlasst den Stern zu schrumpfen. Dann beginnt der Zyklus von neuem. Die Unterrichtseinheit basiert auf Daten des Hubble-Weltraumteleskops, das Cepheiden-Veränderliche im Sternenmeer von M100 aufstöberte und deren Zyklen dokumentierte. Abb. 2 zeigt drei zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommene Bilder eines Cepheiden, dessen Daten in dieser Übung verwendet werden. Der Stern befindet sich in einem Sternentstehungsgebiet in einem der Spiralarme der Galaxie im Zentrum der - auf dem großen Bild nur scheinbar leeren - Region des kleinen Kastens. Während des Projektes zur Entfernungsbestimmung bietet es sich an - soweit dies der Stand des Sternbildes Kepheus ermöglicht - den Namenspatron der Cepheiden-Veränderlichen, Delta Cephei, selbst ins Visier zu nehmen. Der 892 Lichtjahre entfernte Stern ist ein gelber Überriese und schwankt mit einer Periode von etwa 5,4 Tagen in seiner scheinbaren Helligkeit zwischen den Größenklassen +3,6 und +4,6. Schülerinnen und Schüler können mit der Argelander-Stufenschätzmethode selbst eine Lichtkurve des Sterns erstellen. Die Methode wird in der folgenden Unterrichtseinheit von Dr. Olaf Fischer aus Freiburg ausführlich vorgestellt: