Mit der Verleihung des Physik-Nobelpreises 2020 für den Nachweis der Existenz des supermassereichen Schwarzen Loches Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße an Reinhard Genzel, Andrea Ghez und Roger Penrose rückte die extrem aufwendige Erforschung des Universums einmal mehr in den Fokus der Öffentlichkeit. Die vorliegende Unterrichtseinheit hat zum Ziel, Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe ein schwieriges und sehr komplexes Thema – ohne die im Detail dafür notwendige, aber im Schulunterricht nicht mögliche höhere Mathematik – näherzubringen. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.Die Erkenntnisse von Albert Einstein, die er mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) im Jahr 1915 veröffentlichte, hatten die Existenz Schwarzer Löcher als natürliche Konsequenz der Raum-Zeit-Krümmung prognostiziert. Der laut der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften bisher überzeugendste Beweis für ein superschweres Schwarzes Loch mit einer Masse von rund vier Millionen Sonnenmassen im Zentrum der Milchstraße war die Bestätigung für jahrzehntelange akribische Forschung und Auswertung immenser Datenmengen mit den heute den Astrophysikern zur Verfügung stehenden technischen Möglichkeiten. Der im Laufe von Milliarden von Jahren entstandene heute bekannte Kosmos hat aufgrund seiner ständig fortschreitenden Ausdehnung eine Größe von 1023 km überschritten und enthält Milliarden von Galaxien und Sternen. Den Lernenden wird zunächst mithilfe von Animationen, erläuternden Videos und Schaubildern die Entwicklung von Sternen und deren weiterer Verlauf in ihrem Lebenszyklus vorgestellt. So anschaulich wie möglich werden dann die Vorgänge besprochen, die ein Riesenstern auf seinem Weg über eine Supernova hin zum Schwarzen Loch nimmt. Die nur eingeschränkt zu verstehenden Fakten der ART Einsteins werden mithilfe von Videos und Animationen verständlich gemacht, bevor mit den Möglichkeiten der gymnasialen Oberstufenmathematik Begriffe wie Ereignishorizont und Schwarzschild-Radius eingeführt und hergeleitet werden. Der Nachweis von Schwarzen Löchern am Beispiel von Sagittarius A* wird anhand von Schaubildern im Arbeitsblatt 2 vorgestellt, erläutert und durch Berechnungen (Übungsaufgaben) verfestigt. Zudem wird die Bedeutung von Gravitationswellen und deren Messung als weiterer Nachweis für Schwarze Löcher besprochen. Diese Unterrichtseinheit ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau entstanden, das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung Schülerinnen und Schülern, Studierenden sowie dem wissenschaftlichen Nachwuchs näherbringen möchte. Die Unterrichtseinheit ergänzt dabei das Materialangebot der Mediathek der Lindauer Nobelpreisträgertagungen um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen. Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht . Schwarze Löcher – rätselhafte Phänomene in den Tiefen des Universums Schwarze Löcher gehören noch immer zu den größten Rätseln des Universums, wenngleich ihre Existenz mit weltweit verbundenen Teleskopen immer besser nachgewiesen werden kann – wie etwa im Jahr 2019 durch eine radioteleskopische Aufnahme des mit 6,6 Milliarden Sonnenmassen gigantischen Schwarzen Loches M87* im Zentrum der Galaxie M87. Man weiß heute, dass Schwarze Löcher aus dem Tod eines Riesensterns entstehen können. Man vermutet Milliarden davon im Universum und es stellen sich Fragen: Was passiert genau in den Schwarzen Löchern? Wieviel Materie können Schwarze Löcher verschlingen? Wird unser Universum eines Tages komplett von Schwarzen Löchern verschlungen? Haben Schwarze Löcher Auswirkungen auf unser irdisches Leben? Wie verändern Schwarze Löcher das Universum? Handelt es sich bei allen dunklen Himmelskörpern um Schwarze Löcher? Neue Theorien tauchen auf, die mit naturwissenschaftlichen Methoden untersucht werden müssen, ob sie denn schlüssig sind und somit einen weiteren Schritt nach vorne bedeuten oder wieder verworfen werden müssen. Undurchschaubare Schwarze Löcher und ihre Wirkungen auf Raum und Zeit werden noch lange Ansporn sein für kreative Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und ihren Forschungsdrang! Vorkenntnisse Wichtig für ein grobes Verständnis sind das Newton'sche Gravitationsgesetz sowie die Kepler'schen Gesetze. Beide sollten im Rahmen des gymnasialen Physikunterrichts hinreichend besprochen sein, damit zum einen die mathematisch gut nachvollziehbaren Berechnungen zum Ereignishorizont und dem Schwarzschild-Radius durchgeführt werden können und zum anderen die daraus resultierenden Berechnungen zur Größe und Masse von Schwarzen Löchern. Didaktische und methodische Analyse Schwarze Löcher waren bis in die späten 1960er Jahre nur für Mathematikerinnen und Mathematiker sowie theoretische Physikerinnen und Physiker von Bedeutung, weil kein Weg zu ihrer Beobachtung vorstellbar schien. Zudem hielt man es für unwahrscheinlich, dass es Objekte mit einer derart unvorstellbar großen Dichte geben könnte. Auch der Name "black hole" oder "Schwarzes Loch" wurde erst Ende der 1960er Jahre geprägt. Zu einem Umdenken kam es, als erste astronomische Objekte im Röntgenlicht sowie ein extremer Strahlungsausstoß sogenannter Quasare nachgewiesen werden konnte. Der britische Physiker Stephen Hawking (1942–2018) konnte in den 1980er Jahren zeigen, dass in der Umgebung verschiedener Schwarzer Löcher physikalische Effekte auftreten konnten, bei denen Strahlung nach außen abgegeben werden kann – völlig widersprüchlich zum ursprünglichen Bild des Schwarzen Loches. Bis in die 1990er Jahre konnten einige Kandidaten für stellare Schwarze Löcher von nur wenigen Sonnenmassen in Doppelsternsystemen gefunden werden – ein Nachweis für supermassive Schwarze Löcher im Zentrum vieler Galaxien stand noch aus. Dies war der Auslöser für den Astrophysiker Reinhard Genzel und die Astrophysikerin Andrea Ghez, das Zentrum unserer Milchstraße genau zu untersuchen. In jahrelangen Forschungen fanden sie – übereinstimmend – die Bahnen mehrerer Sterne, die sich auf elliptischen Bahnen um ein Zentrum drehen. Als besonders interessant stellte sich der innerste Stern, mit S2 bezeichnet, heraus. Er brauchte nur 16 Jahre für einen Umlauf; die von den Forschenden beobachteten Bahnparameter ließen nur einen Schluss zu – im Zentrum unserer Milchstraße muss sich ein supermassereiches Schwarzes Loch (Sagittarius A*) mit einer Masse von rund vier Millionen Sonnenmassen befinden. Der mithilfe von weltweit zusammengeschlossenen riesigen Teleskopen gefundene Nachweis ist ein Meilenstein der Astrophysik und hat durch die Verleihung des Nobelpreises für Physik im Jahr 2020 für weltweites Aufsehen gesorgt. Noch nicht völlig eindeutig ist, welche Rolle die Schwarzen Löcher in der Kosmologie einnehmen. Ein großes Problem ist, wie Schwarze Löcher so schnell entstehen und in so kurzer Zeit solche gigantischen Materiemengen ansammeln konnten. Sind die supermassereichen Schwarzen Löcher vielleicht die "Geburtshelfer" für Galaxien? Viele Fragen, die auf Antworten warten. Die hinter all diesen Fragen und bisherigen Erkenntnissen steckende Physik ist aufgrund der dafür notwendigen Mathematik äußerst kompliziert und im gymnasialen Unterricht nicht anwendbar. Dennoch ist die Allgemeine Relativitätstheorie eine Theorie der klassischen Physik und macht es möglich, mit Gesetzmäßigkeiten wie dem Gravitationsgesetz von Newton und den Kepler'schen Gesetzen Berechnungen durchzuführen und damit ein grobes, aber ausreichendes Verständnis für den Aufbau und die Funktion Schwarzer Löcher zu erhalten. Zudem können durch relativ einfache Gleichungen die Schwarzschild-Radien für die Sonne und die Erde berechnen werden – die geringen Beträge zeigen uns, welche unvorstellbaren Kräfte herrschen müssten, damit auch diese beiden Himmelskörper zu Schwarzen Löchern zusammengekrümmt würden. Am Beispiel von Sagittarius A* kann man schließlich nachvollziehen, welche Größen und Massen sich für Schwarze Löcher ergeben können, wenn man das Sonnensystem verlässt und in das 26.000 Lichtjahre entfernte Zentrum der Milchstraße vorstößt. Die genannten Beispiele und Berechnungen zeigen den Lernenden unter anderem, um welche Größenordnungen es geht, wenn man vom Universum spricht. Schülerinnen und Schüler sollen mit dieser Unterrichtseinheit zu Schwarzen Löchern auch animiert werden, darüber nachzudenken, welche Rolle wir Menschen auf unserer Erde in diesem gigantischen Kosmos spielen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Entstehung, Aufbau und Wirkungsweise von Schwarzen Löchern beschreiben. kennen die Forschungsarbeit der beteiligten Astrophysiker, die zum Nachweis eines Schwarzen Loches geführt haben. können die physikalischen Gesetzmäßigkeiten Schwarzer Löcher herleiten und entsprechende Berechnungen ausführen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbstständig Fakten und Hintergründe im Internet. können die Sachinhalte von Videos, Clips und Apps auf ihre Richtigkeit überprüfen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewisse Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freundinnen und Freunden diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit zur Relativitätstheorie lernen die Schülerinnen und Schüler die Lichtablenkung am Sonnenrand als wichtigen historischen Beweis für die Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) kennen. Wissenschaftsgeschichtlich sind vor allem drei "Beweise" der Allgemeinen Relativitätstheorie (1915) zu nennen, die Albert Einstein (1879-1955) zu großer Popularität verholfen haben: die Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand, die Periheldrehung der Merkurbahn, und die Shapiro-Verzögerung von Radarsignalen bei der Reflexion an der Venusoberfläche. Alle drei Beobachtungen beziehungsweise Experimente lassen sich im Unterricht mithilfe der hier vorgestellten und vom Autor programmierten Simulation anschaulich darstellen und besprechen. Darüber hinaus kann mit der Simulation die Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher thematisiert werden. Diese Unterrichtseinheit beschreibt die Hintergründe zur Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand und skizziert die Einsatzmöglichkeiten des Programms "Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie". Grundlage der Unterrichtseinheit ist ein vom Autor programmiertes und frei verfügbares Simulationsprogramm zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Es ermöglicht Simulationen zu verschiedenen Aspekten der Theorie. Mithilfe der Simulation zur Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand und einem Informations- und Arbeitsblatt vergleichen die Schülerinnen und Schüler die klassischen mit den relativistischen Vorhersagen: Um welchen Winkel wird ein Lichtstrahl beim Passieren des Sonnenrandes aufgrund der Gravitation "verbogen"? Historisches zum Thema & Informationen zum Programm Das Programm "Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie" ermöglicht den Vergleich der Vorhersagen von Einstein und Newton zur Gravitation. Hinweise zum Einsatz im Unterricht & Arbeitsblatt Die Simulationen können Vorträge per Beamer-Präsentation unterstützen und ermöglichen - mit entsprechenden Arbeitsaufträgen - Partnerarbeiten im Computerraum. Die Schülerinnen und Schüler sollen erfahren, dass Licht innerhalb von Gravitationsfeldern abgelenkt wird. mithilfe einer vereinfachten Herleitung diese Ablenkung klassisch berechnen können. erfahren, dass diese klassische Betrachtungsweise nicht der Wirklichkeit entspricht. erkennen, dass erst die Allgemeine Relativitätstheorie den richtigen Wert für die Lichtablenkung am Sonnenrand liefert. mithilfe einer Computersimulation die unterschiedlichen Szenarien spielerisch erfahren und nachstellen können. erkennen, dass die exakte Bestimmung der Lichtablenkung am Sonnenrand ein wichtiger historischer Beweis für die Relativitätstheorie ist. Thema Allgemeine Relativitätstheorie: Lichtablenkung am Sonnenrand Autor Matthias Borchardt Fächer Physik (Allgemeine Relativitätstheorie), Astronomie (Gravitation); Physik- und Astronomie-AGs, Projektkurse (neue Oberstufe NRW) Zielgruppe ab Klasse 10 Zeitraum 1 Stunde (je nach Vertiefung flexibel) Technische Voraussetzungen Präsentationsrechner mit Beamer; gegebenenfalls Computer in ausreichender Anzahl für Einzel- oder Partnerarbeit 1801: Johann Georg von Soldner berechnet die Lichtablenkung "klassisch" Wenn sich ein Lichtstrahl durch das Gravitationsfeld eines Sterns bewegt, wird seine Bahn gekrümmt. Bemerkenswerterweise stammt diese These bereits aus der Zeit vor der Aufstellung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Der Gründer der Münchener Sternwarte, Professor Johann Georg von Soldner (1776-1883), hatte bereits im Jahr 1801 ausgerechnet, dass ein Lichtstrahl, der den Sonnenrand passiert, eine Ablenkung von 0,87 Bogensekunden erfahren müsste (1 Bogensekunde = 1/3.600 Grad). Dem Licht gestand er dabei Teilcheneigenschaften zu. Über die Masse dieser Teilchen brauchte er sich keine Gedanken zu machen, da sie sich im Laufe seiner Herleitung, die auf der Newtonschen Physik basiert, herauskürzte. 1919: Eine Sonnenfinsternis bestätigt Einsteins relativistische Vorhersage Albert Einstein entwickelte dagegen aus den Feldgleichungen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) eine Formel für die Lichtablenkung, die in erster Näherung den doppelten Ablenkwinkel am Sonnenrand ergab, nämlich 1,75 Bogensekunden. Die berühmte Sonnenfinsternis-Expedition von 1919, bei der die Verschiebungen von Sternpositionen in der Nähe des Sonnenrandes bei verdunkelter Sonne bestimmt wurden, konnte schließlich den von Einstein vorhergesagten Wert bestätigen. Diese Beobachtung stellte einen wichtigen Meilenstein zur Etablierung seiner neuen Theorie dar und katapultierte Einstein über Nacht in den Rang eines Superstars der modernen Physik. Wikipedia: Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919 Hier finden Sie Informationen zu der historischen Expedition auf die Vulkaninsel Príncipe vor der westafrikanischen Küste. Klassische Physik Die in dieser Unterrichtseinheit eingesetzte Simulation wurde mithilfe der Programmiersprache Delphi erstellt. Die EXE-Datei ist nach dem Herunterladen direkt ausführbar. Eine Installation ist somit nicht erforderlich. Die Simulation berechnet die Bahnen von Planeten oder Photonen, die sich in Gravitationsfeldern von Sternen bewegen. Man kann wählen, ob diese Bahnkurven gemäß des Newtonschen Gravitationsgesetztes (klassisch) oder auf Grundlage der Schwarzschildmetrik der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) berechnet werden sollen. Abb. 1 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt einen Screenshot der Simulation zur Lichtablenkung gemäß der Newtonschen Physik. Relativistische Physik Per Klick auf den Button "Bahnkurve nach Einstein" können die Schülerinnen und Schüler die betrachteten Effekte gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie darstellen lassen (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken): Der rechte, stärker abgelenkte Lichtstrahl folgt Einsteins Formel. So ist ein Vergleich beider Zugänge zur Gravitation möglich. Sinnvolle Anfangsbedingungen sind im Programm voreingestellt, sodass man die Simulationen direkt starten kann. Natürlich lassen sich die Werte beim Start der Simulation auch frei wählen. Eine wichtige Intention der Simulation ist die Beschäftigung mit den drei historischen Beweisen für die Richtigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie: Lichtablenkung am Sonnenrand Periheldrehung der Merkurbahn Shapiro-Verzögerung von Radarimpulsen bei der Reflexion an der Venusoberfläche Schwarzer Löcher und Neutronensterne Zudem kann die Lichtablenkung in der Nähe von Schwarzen Löchern und Neutronensternen simuliert werden. Dabei kann untersucht werden, wie eine Beobachterin oder ein Beobachter ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern vor einem sternenübersäten Himmel wahrnehmen würde. Didaktische "Überhöhung" der Sonnenmasse Die Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie sind in der Umgebung der Sonne zu klein, um die Unterschiede zur Newtonschen Physik auf dem Computerbildschirm erkennen zu können. Daher wurde die Masse der Sonne in der Simulation um den Faktor 10.000 überhöht. So wird zum Beispiel aus einer Winkeländerung von 1,75 Bogensekunden eine deutlich sichtbare Abweichung von fast fünf Grad. Dies sollte man den Schülerinnen und Schülern bei der Nutzung des Programms stets deutlich machen, um den Trugschluss zu vermeiden, die Newtonsche Gravitationsphysik versage bereits in der Nähe der Sonne - das tut sie nämlich ganz und gar nicht. Nur bei extremen Massen oder bei sehr kleinen Abständen zum Massenzentrum weicht sie deutlich von den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ab. Relativistische Berechnungen Grundlage für die Programmierung war das Buch "Exploring Black Holes" von Taylor und Wheeler (siehe Zusatzinformationen). Die beiden bekannten Astrophysiker entwickeln darin auf didaktisch sehr ansprechende Art Ideen, wie die Teilchenbahnen relativistisch berechnet werden können. Sie vermeiden dabei konsequent den Formalismus der Tensoralgebra und formulieren mathematische Beziehungen in rein differentieller Form, wobei die Bewegungen in der Umgebung eines Zentralkörpers in Polarkoordinaten beschrieben werden. Dadurch lassen sich die Inkremente d? und dr einer Bewegung in der Nähe einer symmetrischen, nicht rotierenden Zentralmasse mithilfe der Energie- und Drehimpulserhaltung sowie der Schwarzschildmetrik entwickeln. Es ergeben sich schließlich die folgenden Formeln (vergleiche Abb. 4): Dabei gelten die Beziehungen und und Formel Die drei Größen werden allein durch die Anfangsbedingungen festgelegt (L = Drehimpuls, E = Energie, R S = Schwarzschildradius). Die Inkremente d? und dr werden im Programm als iterative Größen in ein Euler-Cauchy-Verfahren eingebunden. So lassen sich die Bahnkurven stückweise berechnen. Da die Simulationszeiträume nicht sehr groß sind, liefert dieses Verfahren recht genaue Ergebnisse, und man kann auf komplizierte und programmiertechnisch aufwendige Methoden, wie zum Beispiel das Runge-Kutta-Verfahren, verzichten. Unterstützung von Lehrervorträgen und Schülerreferaten Lehrpersonen können die Simulation per Beamer-Präsentationen nutzen, um im Rahmen eines Lehrervortrags einer Klasse oder einem Kurs Aussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie vorzustellen. Diese Möglichkeit kann natürlich auch von Schülerinnen und Schülern bei Referaten genutzt werden. Partnerarbeit im Computerraum Auch die Nutzung der Simulationen im Zusammenhang mit Arbeitsblättern und vorgegebenen Aufgabenstellungen zu den Aspekten der Allgemeinen Relativitätstheorie (Lichtablenkung, Periheldrehung, Shapiro-Verzögerung, Schwarze Löcher) gelingt gut. Das hier angebotene Informations- und Arbeitsblatt sowie die Lösungen der Aufgaben vermitteln einen Eindruck, wie man sich in der Schule dieser komplexen und nicht alltäglichen Thematik nähern kann. Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst eine vereinfachte Herleitung der Formel von Soldner durchführen, danach die Formel von Einstein kennen lernen und mithilfe der Computersimulation beide Szenarien "durchspielen". Die Simulation ermöglicht dabei eine direkte Veranschaulichung der Ergebnisse aus den Rechnungen. Auch am heimischen Computer können die Lernenden mithilfe des kostenfreien Programms "experimentieren". Nischen für die ART in der Schule Als Physiklehrer, der seit vielen Jahren in der Oberstufe unterrichtet, ist dem Autor durchaus bewusst, dass die Nischen für die Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie im normalen Unterricht extrem rar geworden sind. Aber vielleicht bieten Arbeitsgemeinschaften (Physik, Astronomie), Projekttage oder die in Nordrhein-Westfalen geplanten Projektkurse der neuen Oberstufe Möglichkeiten, Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie zu thematisieren und den Schülerinnen und Schülern eine Vorstellung davon zu vermitteln, mit welch faszinierenden Ideen Albert Einstein sich dem Phänomen der "Gravitation" genähert hat.

Schülerinnen und Schüler lernen die Periheldrehung des innersten und kleinsten Planeten des Sonnensystems als wichtigen historischen Beweis für die Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) kennen. Wissenschaftsgeschichtlich sind vor allem drei "Beweise" der Allgemeinen Relativitätstheorie (1915) zu nennen, die Albert Einstein (1879-1955) zu großer Popularität verholfen haben: die Periheldrehung der Merkurbahn, die Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand und die Shapiro-Verzögerung von Radarsignalen bei der Reflexion an der Venusoberfläche. Alle drei Beobachtungen beziehungsweise Experimente lassen sich im Unterricht mithilfe der hier vorgestellten und vom Autor programmierten Simulation anschaulich darstellen und besprechen. Darüber hinaus kann mit der Simulation die Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher thematisiert werden. Diese Unterrichtseinheit beschreibt die Hintergründe zur Periheldrehung der Merkurellipse und skizziert die Einsatzmöglichkeiten des Programms "Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie". Klassische Physik und Relativitätstheorie Grundlage der Unterrichtseinheit ist ein vom Autor programmiertes und frei verfügbares Simulationsprogramm zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Es ermöglicht Simulationen zu verschiedenen Aspekten der Theorie. Mithilfe der Simulation zur Periheldrehung von Ellipsenbahnen, der Formel für die Verschiebung des Perihels sowie einem Informations- und Arbeitsblatt diskutieren und vergleichen die Schülerinnen und Schüler die Vorhersagen der Newtonschen Physik mit denen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Lehrpersonen finden im Bereich "Mein LO" detaillierte Lösungen der vorgeschlagenen Aufgaben. Nischen für die ART in der Schule Als Physiklehrer, der seit vielen Jahren in der Oberstufe unterrichtet, ist dem Autor durchaus bewusst, dass die Nischen für die Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie im normalen Unterricht extrem rar geworden sind. Aber vielleicht bieten Arbeitsgemeinschaften (Physik, Astronomie), Projekttage oder die in Nordrhein-Westfalen geplanten Projektkurse der neuen Oberstufe Möglichkeiten, Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie zu thematisieren und den Schülerinnen und Schülern eine Vorstellung davon zu vermitteln, mit welch faszinierenden Ideen Albert Einstein sich dem Phänomen der "Gravitation" genähert hat. Hintergrundinformationen Die Bahnbewegungen des Merkur weichen von der Vorhersagen der Newtonschen Physik ab. Sie konnten erst mit der Allgemeinen Relativitätstheorie erklärt werden. Informationen zum Programm Das Programm "Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie" ermöglicht den Vergleich der Vorhersagen von Einstein und Newton zur Gravitation. Hinweise und Materialien zum Einsatz im Unterricht Die Simulationen können Vorträge per Beamer-Präsentation unterstützen und ermöglichen - mit entsprechenden Arbeitsaufträgen - Partnerarbeiten im Computerraum. Die Schülerinnen und Schüler sollen erfahren, dass die Bahnellipse des Planeten Merkur sich im Laufe der Zeit kontinuierlich verschiebt. erkennen, dass ein Teil dieser Verschiebung mithilfe der klassischen Physik nicht erklärbar ist. die Formel für die Verschiebung des Perihels aus der Allgemeinen Relativitätstheorie kennenlernen und für Beispielrechnungen anwenden können. mithilfe der Computersimulation und von Berechnungen (Arbeitsblatt) ein Gefühl für die Abhängigkeit der Periheldrehung von der Masse des Zentralkörpers und den Parametern der Ellipse bekommen. erkennen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie nur in Extremsituation eine deutliche Abweichung von der Newtonschen Physik zeigt. erfahren, dass die Erklärung der Periheldrehung durch die Relativitätstheorie historisch ein wichtiger Beweis für die Richtigkeit der neuen Gravitationsphysik war. Thema Allgemeine Relativitätstheorie: Periheldrehung der Merkurellipse Autor Matthias Borchardt Fächer Physik (Allgemeine Relativitätstheorie), Astronomie (Gravitation); Physik- und Astronomie-AGs, Projektkurse (neue Oberstufe NRW) Zielgruppe ab Klasse 10 Zeitraum 1 Stunde (je nach Vertiefung flexibel) Technische Voraussetzungen Präsentationsrechner mit Beamer; gegebenenfalls Computer in ausreichender Anzahl für Einzel- oder Partnerarbeit Edwin F. Taylor, John A. Wheeler Exploring Black Holes. Addison Wesely, Longman, Inc., 2000 Mithilfe des Gravitationsgesetzes von Isaac Newton (1643-1727) lässt sich zeigen, dass die Planeten die Sonne auf Ellipsenbahnen umlaufen. Eigentlich sollte man annehmen, dass diese Ellipsen feste Positionen im Raum einnehmen und sich über Jahrtausende nicht verändern. Aber wir dürfen die Planeten nicht als voneinander isolierte Objekte betrachten. Vielmehr zerren die einzelnen Himmelskörper durch ihre Gravitationskräfte aneinander, sodass sich die Lage ihrer Bahnen mit der Zeit leicht verändert - die Ellipsen beginnen sich so zu drehen, dass der sonnennächste Punkt der Ellipse, das Perihel, sich langsam verschiebt. Diese gravitativen Störungen lassen sich mithilfe der Newtonschen Physik berechnen. Bei der Merkurbahn ergibt sich so zum Beispiel eine Periheldrehung von 532,1 Bogensekunden pro Jahrhundert. Die tatsächliche Drehung der Merkurellipse, also das, was Astronomen beobachten, beträgt jedoch 575,2 Bogensekunden. Dies war bereits im neunzehnten Jahrhundert bekannt, aber die fehlenden 43 Bogensekunden blieben lange Zeit rätselhaft, denn die Gravitationsphysik Newtons konnte keine schlüssige Erklärung dafür liefern. Abb. 1 zeigt - nicht maßstabsgetreu! - die Drehung der Ellipse eines Planeten. Im Perihel (sonnennächster Punkt einer Planetenbahn) ist Merkur etwa 46, im Aphel (sonnenfernster Punkt einer Planetenbahn) fast 70 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Erst die im Jahr 1915 von Albert Einstein veröffentlichte Allgemeine Relativitätstheorie war in der Lage, die fehlenden 43 Bogensekunden vorherzusagen. Dies war ein erster starker und wichtiger Beweis für die Richtigkeit der neuen Theorie über die Gravitation. Die Newtonsche Physik erweist sich als gut brauchbare Näherung für die Betrachtung kleiner Massen beziehungsweise großer Abstände. Da die Bahn des kleinsten Planeten des Sonnensystems der Sonne von allen Planeten am nächsten kommt, macht sich eine Abweichung von der klassischen Beschreibung der Planetenbahnen bei Merkur am deutlichsten bemerkbar. Informationen zum Planeten Merkur und Hinweise für seine Beobachtung finden Sie bei Lehrer-Online und im Netz: Merkur - Beobachtung des flinken Planeten Nur an wenigen Tagen eines Jahres hat man Gelegenheit, Merkur mit bloßem Auge als auffälliges Objekt zu sehen. Relativistische Physik Die in dieser Unterrichtseinheit eingesetzte Simulation wurde mithilfe der Programmiersprache Delphi erstellt. Die EXE-Datei ist nach dem Herunterladen direkt ausführbar. Eine Installation ist somit nicht erforderlich. Die Simulation berechnet die Bahnen von Planeten oder Photonen, die sich in Gravitationsfeldern von Sternen bewegen. Man kann wählen, ob diese Bahnkurven gemäß des Newtonschen Gravitationsgesetztes (klassisch) oder auf Grundlage der Schwarzschildmetrik der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) berechnet werden sollen. Abb. 2 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt einen Screenshot der Simulation zur Periheldrehung gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie. Klassische Physik Per Klick auf den Button "Bahnkurve nach Newton" können die Schülerinnen und Schüler die betrachteten Effekte gemäß der Newtonschen Physik darstellen lassen (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). So ist ein Vergleich beider Zugänge zur Gravitation möglich. Sinnvolle Anfangsbedingungen sind im Programm voreingestellt, sodass man die Simulationen direkt starten kann. Natürlich lassen sich die Werte beim Start der Simulation auch frei wählen. Eine wichtige Intention der Simulation ist die Beschäftigung mit den drei historischen Beweisen für die Richtigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie: Periheldrehung der Merkurbahn Lichtablenkung am Sonnenrand Shapiro-Verzögerung von Radarimpulsen bei der Reflexion an der Venusoberfläche Schwarzer Löcher und Neutronensterne Zudem kann die Lichtablenkung in der Nähe von Schwarzen Löchern und Neutronensternen simuliert werden. Dabei kann untersucht werden, wie eine Beobachterin oder ein Beobachter ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern vor einem sternenübersäten Himmel wahrnehmen würde. Didaktische "Überhöhung" der Sonnenmasse Die Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie sind in der Umgebung der Sonne zu klein, um die Unterschiede zur Newtonschen Physik auf dem Computerbildschirm erkennen zu können. Daher wurde die Masse der Sonne in der Simulation um den Faktor 10.000 überhöht. So wird zum Beispiel aus einer Winkeländerung von 1,75 Bogensekunden eine deutlich sichtbare Abweichung von fast fünf Grad. Dies sollte man den Schülerinnen und Schülern bei der Nutzung des Programms stets deutlich machen, um den Trugschluss zu vermeiden, die Newtonsche Gravitationsphysik versage bereits in der Nähe der Sonne - das tut sie nämlich ganz und gar nicht. Nur bei extremen Massen oder bei sehr kleinen Abständen zum Massenzentrum weicht sie deutlich von den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ab. Relativistische Berechnungen Grundlage für die Programmierung war das Buch "Exploring Black Holes" von Taylor und Wheeler (siehe Zusatzinformationen). Die beiden bekannten Astrophysiker entwickeln darin auf didaktisch sehr ansprechende Art Ideen, wie die Teilchenbahnen relativistisch berechnet werden können. Sie vermeiden dabei konsequent den Formalismus der Tensoralgebra und formulieren mathematische Beziehungen in rein differentieller Form, wobei die Bewegungen in der Umgebung eines Zentralkörpers in Polarkoordinaten beschrieben werden. Dadurch lassen sich die Inkremente d? und dr einer Bewegung in der Nähe einer symmetrischen, nicht rotierenden Zentralmasse mithilfe der Energie- und Drehimpulserhaltung sowie der Schwarzschildmetrik entwickeln. Es ergeben sich schließlich die folgenden Formeln (vergleiche Abb. 4): Dabei gelten die Beziehungen und und Die drei Größen werden allein durch die Anfangsbedingungen festgelegt (L = Drehimpuls, E = Energie, R S = Schwarzschildradius). Die Inkremente d? und dr werden im Programm als iterative Größen in ein Euler-Cauchy-Verfahren eingebunden. So lassen sich die Bahnkurven stückweise berechnen. Da die Simulationszeiträume nicht sehr groß sind, liefert dieses Verfahren recht genaue Ergebnisse, und man kann auf komplizierte und programmiertechnisch aufwendige Methoden, wie zum Beispiel das Runge-Kutta-Verfahren, verzichten. Lehrpersonen können die Simulation per Beamer-Präsentationen nutzen, um im Rahmen eines Lehrervortrags einer Klasse oder einem Kurs Aussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie vorzustellen. Diese Möglichkeit kann natürlich auch von Schülerinnen und Schülern bei Referaten genutzt werden. Zusammen mit den vielfältigen Animationen der Webseite "Tempolimit Lichtgeschwindigkeit" von Prof. Dr. Ute Kraus (Physik und ihre Didaktik an der Universität Hildesheim) eröffnen die Simulationen interessante und vielfältige Möglichkeiten, verschiedene Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie einem größeren Publikum sehr anschaulich vorzustellen. Tempolimit Lichtgeschwindigkeit Visualisierung und Veranschaulichung der Relativitätstheorie: Hier finden Sie Artikel, Bilder, Filme und Bastelbögen. Auch die Nutzung der Simulationen im Zusammenhang mit Arbeitsblättern und vorgegebenen Aufgabenstellungen zu den Aspekten der Allgemeinen Relativitätstheorie (Periheldrehung, Lichtablenkung, Shapiro-Verzögerung, Schwarze Löcher) gelingt gut. Das hier angebotene Informations- und Arbeitsblatt sowie die Lösungen der Aufgaben vermitteln einen Eindruck, wie man sich in der Schule dieser komplexen und nicht alltäglichen Thematik nähern kann. Auch am heimischen Rechner können die Lernenden mithilfe des kostenfreien Programms "experimentieren".

"KEEP COOL mobil" fördert spielerisch die Weitsicht über den Zusammenhang von menschlichem Verhalten, politischen und wirtschaftlichen Strategien sowie über die Entwicklung unseres Klimas. Das Multiplayer-Game zeigt somit die Komplexität internationaler Klimapolitik auf sowie die gemeinsame Verantwortung für den Klimaschutz. Als Entscheidungsträger einer großen Metropole agieren Jugendliche in "KEEP COOL mobil" auf mehreren Ebenen: Sie müssen "ihre" Region wirtschaftlich voranbringen, Geld verdienen und so Siegpunkte sammeln. Andererseits gilt es aber auch, den CO 2 -Ausstoß ihrer Fabriken und die Erderwärmung im Auge zu behalten - und sich in Verhandlungen der internationalen Klimapolitik einzubringen. Um das Spiel zu gewinnen, müssen sie einen gangbaren Weg zwischen wirtschaftlichem Erfolg, CO 2 -Reduktion und Schutzmaßnahmen finden, weil extreme Klimaereignisse sonst zu verheerenden Schäden führen können. Wird es auf der Erde zu warm, verlieren alle Spieler gemeinsam. "KEEP COOL mobil" bietet Lehrkräften einen großen Fundus an inhaltlichen Ankern im Spiel selbst, mithilfe derer zahlreiche Themen rund um den Klimawandel, Klimaschutz und die Internationale Klimapolitik in vielen Unterrichtsfächern vertieft werden können. Um das Spiel einzusetzen sind keine speziellen Vorkenntnisse seitens der Lernenden erforderlich. "KEEP COOL mobil" richtet sich an Jugendliche zwischen 14 und 20 Jahren und ist geeignet für den Unterricht in den Klassen 8 bis 13 an allgemein- und berufsbildenden Schulen sowie für Einrichtungen der außerschulischen Bildung und freizeitliche Jugendtreff-Angebote. "KEEP COOL mobil" im Unterricht In dieser Sequenz finden Sie Informationen zur Lehrplananbindung, zur Kompetenzorientierung und zum Einsatz von "KEEP COOL mobil" im Unterricht. Konzept und Spielfeatures Metropolen als lokale Ebene des Klimawandels Der Hauptanteil der globalen Emissionen entsteht in Metropol-Regionen. Transnationale Netzwerke werden für den Klimaschutz immer bedeutender. Klimaschutz findet auf mehreren politischen Ebenen statt. Metropolen bieten Bezug zur lokalen Umgebung und Identifikationspotential. Wie in der Realität: Die Uhr tickt! Die Zeit läuft kontinuierlich ab - es gibt keine Spielrunden. Die Temperatur steigt in Abhängigkeit von den Emissionen aller Spieler. Klimafolgen und Wetterextreme treffen die Metropolen immer häufiger und stärker. Wirtschaft & Politik: Siegpunkte sammeln Die Spielerinnen und Spieler bauen Fabriken für das Wirtschaftswachstum. Auf politischer Ebene sind sie mit Forderungen konfrontiert: Es sind kleine politische Ziele, die Lobbygruppen an die Spielenden herangetragen: "Eine Bürgerinitiative fordert mehr grüne Technologien. Investiere in grüne Forschung!" Politische Forderungen setzen Anreize zu nicht-kooperativem Verhalten. Siegpunkte erhält man für den Bau von Fabriken. Für das Erfüllen einer politischen Forderung sammelt man verdeckte Siegpunkte, von denen die Mitspielerinnen und Mitspieler nichts mitbekommen. Der Klimawandel Der Klimawandel wird in Form des Carbometers dargestellt. Das Carbometer zeigt die Erderwärmung an und ist verknüpft mit der Eintrittswahrscheinlichkeit für Extremwetterereignisse. der Schadenshöhe durch Extremwetterereignisse. der Schadenshöhe durch den kontinuierlichen Klimawandel. Klimakonferenzen: Hier geht's ums Ganze! Internationale Klimakonferenzen unterbrechen das Spiel; hier wird über Politikvorschläge sowie über gemeinsame Anstrengungen für den Klimaschutz abgestimmt. Die Spielerinnen und Spieler als Vertreter der Städte beeinflussen die Position ihrer Regierungen. Die Beschlüsse der Konferenz haben Einfluss auf den Baupreis von Fabriken und den weiteren Spielverlauf. Kommunikation - Voraussetzung für Abstimmungen und Kompromisse Während des gesamten Spiels wird verhandelt, abgestimmt und kommuniziert - dafür gibt es in "KEEP COOL mobil" ein Chat-System. Damit zielgerichtet kommuniziert wird, verfügt das Spiel über Kommunikations-Templates, die den Haupt-Kommunikationszweck übermitteln. Weiterlesen KEEP COOL mobil: Ablauf und Ziel des Spiels Spielfeatures, Spielablauf und -ziel: Hier finden Sie detaillierte Informationen zu Ablauf und Ziel einer Spielrunde. KEEP COOL mobil: Szene(n) eines Spiels So kann's laufen: Ein Spieler-Journey mit "KEEP COOL mobil". Schnuppern Sie rein in mögliche Szenen aus "KEEP COOL mobil". Das Projekt Das Projekt "KEEP COOL mobil", das die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert, wird von Professor Klaus Eisenack, Umweltökonom an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, koordiniert. Hauptpartner ist das Service- und Informationsportal Lehrer-Online. Der KEEP COOL mobil-Newsfeed - immer auf dem neuesten Stand KEEP COOL berichtet über Neuigkeiten aus dem Projekt sowie aktuelle Entwicklungen in der Klimapolitik auf Facebook, Twitter und der Website www.climate-game.net/keep-cool-mobil . Allgemein Das Spiel beginnt im Jahr 2000 und endet spätestens im Jahr 2100. Die tatsächliche Dauer eines Jahres wird durch die Lehrkraft beziehungsweise den Spielleiter definiert, um die Gesamtdauer eines Spiels vorab festzulegen. Das Spiel läuft automatisch fort, bis das Jahr 2100 erreicht ist, und wird nur durch die Klimakonferenzen pausiert. Während des gesamten Spiels sind die Spielerinnen und Spieler in Aktion. Ablauf Spieler und ihre Metropole In "KEEP COOL mobil" übernimmt jeder Spieler die Rolle einer Metropole (zum Beispiel Sao Paolo, Berlin, Shanghai oder Mexico City). Die Metropolen sind dabei vier Ländergruppen zugeordnet: Europa USA & Partner BRIC (Schwellenländer Brasilien, Russland, Indien und China) G77 (Entwicklungsländer) Ausgeglichene Siegchancen Die Wahl einer Metropole entscheidet über die Anfangsausstattung eines Spielers, wie zum Beispiel das Startbudget, die Zahl bestehender Fabriken, Emissionen zu Beginn sowie die Kosten für den Bau neuer Fabriken. Die Siegchancen sind dennoch ausgeglichen. Mit der Auswahl der Metropole ist gleichzeitig auch die Ausgangssituation des Spielers definiert. Zur Unterstützung der Auswahl des Spielers werden zu jeder auswählbaren Stadt folgende Details angezeigt: Nation und Ländergruppe Einwohnerzahl Klimazone Weiterführende Infos zu den Metropolen Hat der Spieler eine Metropole ausgewählt, werden ihm zu der ausgewählten Metropole weiterführende Informationen präsentiert, wie eine Kurzbeschreibung, ein Bild, eine Beschreibung des durchschnittlichen Klimas. Aktionen in "KEEP COOL mobil" Definierte Aktionen Nachdem der Spielleiter das Spiel freigegeben beziehungsweise gestartet hat, können die Spielerinnen und Spieler definierte Aktionen durchführen. Aktionen sind: Fabriken oder Gebäude (Anpassungsmaßnahmen) bauen/abreißen Forschungen betreiben (Forschungsfonds) In Kontakt/Verhandlung treten mit einem anderen Spieler Gelder anderen Spielern senden oder von anderen Spielern erhalten Informationen zu anderen Spielern einholen (inklusive Einsicht ins Spielerprofil) Eigene Statistiken und Ergebnisse betrachten Weitere Aktionen Weitere "Aktionen" ergeben sich aus weiteren formalisierten Kommunikationsmöglichkeiten (siehe Spielbausteine und -features): Einflussnahme durch Abstimmen in der Konferenz Forschungspartner suchen (andere Mitspieler/Städte) Katastrophenhilfe gewähren/erbitten Um Kredite bitten Zufällige Extremereignisse In unregelmäßigen Abständen und ohne vorherige Ankündigung werden die Jugendlichen in ihren Metropolen mit (zufällig eingestreuten) Extremereignissen wie zum Beispiel Dürren, Überschwemmungen, Stürme konfrontiert. Der Spieler muss nun potentiell reagieren, indem er beispielsweise Fabriken abreißen oder Geld bei anderen Spielern leihen muss, um die Schäden finanziell abzufedern. Grundsätzliche Aktionen Grundsätzliche Aktionen in "KEEP COOL mobil" sind also Einkommen generieren Bauentscheidungen treffen An Abstimmungen teilnehmen Klimawandel beobachten Klimaschäden nachträglich beheben oder präventiv vermeiden Spielziel Ziel des Spiels ist es, durch definierte Aktionen und Reaktionen sowie Interaktionen mit anderen Spielern im Spiel Siegpunkte zu erlangen. Siegpunkte erreicht der Spieler durch das Erfüllen von politischen Forderungen (geheime Siegpunkte) oder den Bau von Fabriken (öffentliche Siegpunkte). Dabei können zwei Arten von Fabriken gebaut werden: Schwarze Fabriken Grüne Fabriken Beim Abriss von diesen Fabriken gehen die Siegpunkte entsprechend wieder verloren. Grüne und schwarze Fabriken Grüne Fabriken sind CO 2 -neutral. Beide Fabriken erwirtschaften ein gleich hohes Einkommen, jedoch ist der Aufbau der jeweiligen Fabriken verschieden teuer. Der Spieler hat die Möglichkeit, durch Investitionen (Forschungen) in den jeweiligen Industrien die Kosten für den Aufbau einer Fabrik zu reduzieren oder den Ausstoß von CO 2 einer Fabrik zu reduzieren. Zusätzlich besitzt der Spieler die Möglichkeit, sogenannte weiße Gebäude zu bauen, die eine Metropole vor Extremereignissen (wie Dürren, Überschwemmungen, Stürme) partiell schützen können. Politischer Einfluss von Lobbyisten Lobbygruppen vor Ort beeinflussen das strategische Vorgehen eines Spielers. So wird ein Spieler durch eine Forderung dazu getrieben, zum Beispiel stärker auf schwarze Fabriken als auf grüne Fabriken (oder anders herum) zu setzen. Man kann die Forderung der Lobbygruppe annehmen oder ablehnen. Siegpunkte Es gibt zwei verschiedene Typen von Siegpunkten: wirtschaftliche Siegpunkte (öffentlich) politische Siegpunkte (nicht-öffentlich) Die öffentlichen Siegpunkte sind Siegpunkte, die durch wirtschaftliche Ziele (Bau von Fabriken) erreicht werden und für jeden anderen Spieler im Spiel sichtbar sind. Die politischen Punkte werden durch das Erfüllen von politischen Forderungen erreicht und sind für andere Spieler nicht sichtbar. In der Konsequenz kann kein anderer Spieler ermitteln, wer gerade tatsächlich nach Siegpunkten in Führung liegt. Klimafolgen Der Carbometer Der globale CO 2 -Ausstoß durch schwarze Fabriken lässt die globale Mitteltemperatur steigen. Verändert sich die globale Mitteltemperatur um mehr als 4°C, so haben alle Spieler das Spiel zugleich verloren. Der Klimawandel wird im Spiel in Form des "Carbometers" dargestellt. Der Stand des Carbometers ist verknüpft mit: der Eintrittswahrscheinlichkeit für Extremwetterereignisse der Schadenshöhe durch Extremwetterereignisse der Schadenshöhe durch den kontinuierlichen Klimawandel Auftreten von Extremereignissen Der Stand des Carbometers nimmt Einfluss auf das Auftreten von Extremereignissen (zum Beispiel Dürren, Überschwemmungen, Stürme), die Schaden verursachen. Der Zufall entscheidet, wann und welche Metropole von einem Extremereignis getroffen wird. Mit steigendem Carbometer nimmt sowohl die Eintrittswahrscheinlichkeit als auch die Höhe des verursachten Schadens durch Extremereignisse zu. Zufallsgenerator entscheidet Die Extremereignisse können jederzeit eintreten. Zu Spielbeginn ist die Wahrscheinlichkeit jedoch sehr gering, da der Klimawandel noch nicht weit fortgeschritten ist. Ein Zufallsgenerator entscheidet, ob ein Extremwetterereignis eintritt. Trifft die Stadt eine Naturkatastrophe, entsteht ein Schaden, den der Spieler reparieren oder bezahlen muss. Folgen der Extremereignisse Mit steigender Carbometer-Säule steigen die genannten Variablen überproportional (nicht-linear) an. Dies entspricht der Charakteristik des realen Klimawandels. Verfügt ein Spieler über Schutzgebäude, so verringern sich die Eintrittswahrscheinlichkeit und der Schaden durch Extremereignisse. Kann der Schaden aus dem Budget des Spielers nicht ausgeglichen werden und erhält der Spieler von keinem seiner Mitspieler finanzielle Unterstützung, ist er gezwungen, Gebäude abzureißen. Klimakonferenzen Diskutieren und abstimmen Auf den Klimakonferenzen kommen die Ländergruppen zusammen, um über klimapolitische Themen zu diskutieren und final über eine Entscheidung oder ein Handeln abzustimmen. Alle Spieler stimmen zu einem vorher bekannt gewordenen Thema über eine mögliche Reaktion/Handlung oder Entscheidungen ab. Es gibt vier mögliche Kategorien, aus denen die Politikvorschläge für die Klimakonferenz stammen können. Diese sind "grüne Industrien", "schwarze Industrien", "Klimaanpassung" und "übergreifende Politikvorschläge". Einfluss auf den Spielverlauf Die Spieler üben somit in der Rolle der Wirtschaftsmetropolen direkten Einfluss auf ihre Ländergruppe aus. Es braucht bei der Konferenz die Zustimmung mindestens einer Ländergruppe für die Verabschiedung eines Politikvorschlags - bei einem Veto durch eine Ländergruppe ist der Vorschlag abgelehnt. Die Ergebnisse beziehungsweise Entscheidungen aus den Konferenzen haben direkte Folgen auf den Spielverlauf - sowohl für den einzelnen Spieler als auch im Gesamtkontext auf den Klimaschutz. Spielende Das Spiel ist beendet, wenn ein Spieler als erster eine definierte Anzahl an Siegpunkten erreicht hat, eine zuvor definierte Zeit abgelaufen ist oder alle verloren haben, weil die Erderwärmung um 2°C angestiegen ist. Wird das Spiel nach einer definierten Zeit beendet, hat der Spieler gewonnen, der zu dem Zeitpunkt die meisten Siegpunkte hat. Weiterlesen KEEP COOL mobil: Szene(n) eines Spiels So kann's laufen: Ein Spieler-Journey mit "KEEP COOL mobil". Schuppern Sie rein in mögliche Szenen aus "KEEP COOL mobil". So kann's laufen Dritte und vierte Stunde in einer 9. Klasse an der Gesamtschule Neustadt: In Sozialkunde dürfen die Smartphones heute auf dem Tisch bleiben, denn Klimapolitik wird hier selbst gemacht. Paul und Janine loggen sich als letzte von 28 Schülerinnen und Schülern in die von Frau Müller erstellte Session von "KEEP COOL mobil" ein. Fünf Schüler, die keine Smartphones haben, sind in den Computerraum gewechselt. Hanna hat Neu-Dehli bekommen. Nach einem kurzen Blick auf die Weltkarte, welche Städte sonst noch im Spiel sind, schaut sie auf ihren Stadtscreen. Bisher qualmen hier einige schwarze Fabriken vor sich hin - und bringen Einkommen. Die Uhr läuft. 30 Punkte braucht sie, um zu gewinnen. Eine Fabrik = 1 Punkt. Es gibt schwarze und grüne Fabriken, letztere stoßen kein CO 2 aus. Ein Blick auf die globale Temperatur sagt: steigend - aber noch im Rahmen. Hanna würde gerne grüne Fabriken bauen, aber im Vergleich zu schwarzen sind die ganz schön teuer! Sie baut schwarz - das lohnt sich jetzt einfach schneller. Im Newsticker sieht sie, dass Sao Paolo unter einer Hitzewelle leidet, zwei Minuten später fegt ein starker Sturm über Bangkok, sie hört ihren Mitschüler Jannis fluchen, der Schaden ist beträchtlich. "Vielleicht hätte ich doch lieber in Klimaschutz investiert", denkt Hanna, "aber wenn ich allein grün baue, bringt das ja nichts". Da kommt eine Einladung von Jannis, zusammen in grüne Forschung zu investieren. Hanna ist dabei, denn dadurch werden grüne Fabriken endlich günstiger. Die nächste Fabrik wird grün und der nächste Siegpunkt ist gesichert. Über den Chat bleiben Hanna und Jannis in Kontakt; auf der Weltkarte sind sie bisher Vorreiter. 30 Minuten später - die Anzeige der globalen Mitteltemperatur leuchtet in warnendem Orange. Mehrere Städte wurden von schweren Klimafolgen getroffen und mussten um finanzielle Hilfe bitten. Viele bauen jetzt grün oder versuchen, sich mit Klimaanpassung abzusichern. Aber einige haben nur ihre Siegpunkte im Kopf. Paul ist ganz vorne mit dabei - und setzt weiterhin auf schwarz. Im Chat regen sich einige ganz schön auf. Frau Müller pausiert das Spiel und holt die Diskussion für einen Moment in die Klasse: Welche Strategien, welche Ziele prallen hier aufeinander? Finden sich diese Ziele in der realen Klimapolitik wieder? Dann geht es weiter, denn im Spiel wird eine Klimakonferenz angekündigt, online selbstverständlich ... Diese User-Journey ... Inhaltliche Schwerpunkte ... zeigt inhaltliche Schwerpunkte in "KEEP COOL mobil" Klimaschutz (und Klimaanpassung) finden auf mehreren politischen Ebenen statt. Viele Akteure tragen dazu bei, zunehmend formieren sich neue Netzwerke rund um die Welt. Die Metropolen sind Brücke zum regionalen Umfeld der Jugendlichen. Die Gewinnchancen der Spielerinnen und Spieler sind ausgeglichen. Damit rückt inhaltlich der Gemeingut-Charakter des Klimas in den Mittelpunkt. Klimagerechtigkeit wird weniger thematisiert. Lobbygruppen in den Metropolen versuchen, die Spielerinnen und Spieler von ihren Zielen (zum Beispiel mehr erneuerbare Energien) zu überzeugen. Diese Ziele werden über politische Forderungen an die Spielenden herangetragen und bieten die Möglichkeit, Extra-Punkte zu sammeln. Mit der Konferenzphase wird die Brücke zur internationalen Klimapolitik geschlagen. Die Spielerinnen und Spieler beeinflussen die Position ihrer Ländergruppe zu einem Politikvorschlag. Dies können zum Beispiel ein Fonds für Katastrophenhilfe oder Vereinbarungen für die Senkung von Treibhausgas-Emissionen sein. Technische Möglichkeiten ... zeigt technische Möglichkeiten des mobilen Multiplayer-Games Mit bis zu 50 Spielerinnen und Spielern kommt eine hohe Dynamik in die Verhandlungen im Spiel. Ein starkes Kommunikationstool verbindet die Spielenden, unterstützt beispielsweise beim gemeinsamen Forschen und ermöglicht offene Diskussionen, (fast) wie am Spieltisch. Das Spiel wird als Web-App umgesetzt. Damit kann es auf Smartphones, Tablets sowie an Laptops und Desktoprechnern gespielt werden, auch gleichzeitig an verschiedenen Orten. Das vermeidet Diskriminierung und technische Hürden. Potenziale ... lässt die Potenziale von "KEEP COOL mobil" erkennen Herausforderungen in der internationalen Klimapolitik, die Tragweite der Entscheidungen und das Ringen um Kompromisse werden erlebbar. Jugendliche werden sensibilisiert für den Einfluss menschlicher Entscheidungen auf den Klimawandel. Mit Spielspaß und Vernetzungsmöglichkeiten besteht die Chance, Jugendliche zum Austausch über Klimapolitik zu animieren: Dynamische Verhandlungen, Ausbau der eigenen Stadt und die Balance zwischen Konkurrenz und Kooperation können Jugendliche begeistern. Zurück "KEEP COOL mobil": Das Multiplayer-Game zur Klimapolitik Über diesen Link gelangen Sie zurück zur Startseite des Beitrags.

Dieser Workshop zum Thema Konsum und Regenwald gibt interaktiv lebendige Einblicke in die Welt unseres Konsums hier in Deutschland und seine Auswirkungen in den Anbaugebieten der Rohstoffe, dem tropischen Regenwald. Den thematischen Kern der Unterrichtseinheit bilden die vier Haupttreiber der Regenwaldzerstörung: Palmöl, Soja, Tropenholz und Papier. Durch den interaktiven Workshop "Konsum: Regenwald im Einkaufswagen" führt die Lehrkraft die Schülerinnen und Schüler anhand einer Präsentation - vorbei an den Produktionsstätten von Soja, Palmöl, Papier und Tropenholz bis hin zum eigenen Einkaufswagen und den Möglichkeiten, den Regenwald im Alltag zu schützen. Arbeitsaufträge, kleine Filmclips und Spiele gestalten einen methodenreichen Unterricht, der unser Konsumverhalten genau unter die Lupe nimmt. Die Schülerinnen und Schüler werden zur kritischen Betrachtung des eigenen Konsumverhaltens hingeführt. Die Unterrichtseinheit schließt mit Hilfestellungen und Ideen für den eigenen Alltag. Konkret führt der Workshop die Schülerinnen und Schüler aus ihrer Lebenswirklichkeit heraus in die Tropen. Themen wie der Soja-Anbau für die massenhafte Fleischproduktion, Palmöl in Schokoladen-Creme und Bodenschätze in ihren Handys lassen die Schülerinnen und Schüler staunen. Zahlen und Fakten sind anschaulich und altersgerecht aufbereitet; eindrucksvolle Bilder zeigen, wie sich die Welt in den Tropen durch unseren Konsum verändert. Ein aktuelles und gleichsam spannendes Thema – nicht nur für eine Doppelstunde. Das Thema "Konsum und Regenwald" im Unterricht Die Lehrkraft braucht außerhalb der Präsentation kein weiteres Hintergrundwissen. Die einzelnen Präsentationsfolien weisen auf Fakten und Hintergründe hin beziehungsweise leiten die Lehrkraft zu weiteren Quellen. Das Thema "Konsum und Regenwald" findet durch seine breite Aufstellung in diversen Fächern Anbindung und kann als Einstieg oder Wiederholung in den Oberthemen Globalisierung, Landwirtschaft in den Tropen oder Regenwald allgemein genutzt werden. Vorkenntnisse Die Lehrkraft sollte sich das Handout zur Präsentation genau anschauen. Hier finden sich neben weiteren Quellen und Hintergrundfakten auch Tipps für weitere Arbeitsaufträge und Spiele, die individuell auf die Klasse zugeschnitten durchgeführt werden können. So befindet sich in dem Materialpool für jede Jahrgangsstufe von der siebten bis zur zwölften Klasse etwas. Didaktische Analyse Das Material zum Thema Konsum und Regenwald soll die Handlungskompetenz und das Engagement der Schülerinnen und Schüler fördern, sich mit den großen Herausforderungen unserer Zeit – dem Konsum und seinen Folgen – kritisch zu befassen. Das Material zeigt die Zusammenhänge zwischen dem Burger auf dem Teller und riesigen Soja-Plantagen in den Tropen. Es möchte die Schülerinnen und Schüler für das Thema Konsum und ihre eigene Verantwortung als Verbraucherin und Verbraucher sensibilisieren. Methodische Analyse Es ist darauf zu achten, nicht zu negativ zu werden: Gerade ältere Schülerinnen und Schüler (ab Klasse 9) neigen oft zur "Schwarzmalerei". Die Lehrkraft sollte den Workshop daher möglichst mit der Schlusseinheit "Handlungsempfehlungen und Hilfestellungen" (Arbeitsblatt 7) beenden, um dem Gedanken des "Ich kann sowieso nichts ändern" vorzugreifen und positiv aus der Situation zu gehen. Weitere Unterrichtseinheiten des Feldes "Was kann ich tun?" finden Sie unter den externen Links. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlangen Wissen zu den Haupttreibern der Regenwaldvernichtung. lernen Handlungsempfehlungen und Alltagstipps kennen, wie sie den Regenwald schützen können und dem massenhaften Konsum entgegenwirken können. beschäftigen sich mit einem aktuellen, gesellschaftlichen Thema, das ihnen in ihrer Zukunft zunehmend mehr begegnen wird. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mit sozialer Gerechtigkeit gegenüber den Menschen im globalen Süden (die Tropen). setzen sich mit dem Thema "Intergenerationelle Gerechtigkeit" auseinander. erweitern ihre Kompetenzen im Bereich des gemeinschaftlichen Arbeiten (Gruppenarbeit) und der Abstimmung und Organisation von Arbeitsaufträgen mit Mitschülerinnen und Mitschülern.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Halloween" erarbeiten die Schülerinnen und Schüler den Ursprung dieser alten Volkssitte. Sie lernen die Bedeutung der Symbole kennen und ordnen fehlende Textzeilen einem Geistergedicht zu. Warum wir am 31. Oktober Halloween feiern, woher dieser Brauch kommt und was der Kürbis damit zu tun, erfahren die Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit. Textschnipsel über die Geschichte hinter dem Fest müssen zunächst in die richtige Reihenfolge gebracht werden. Danach machen die Kinder Bekanntschaft mit Symbolen wie der schwarzen Katze, der Hexe oder dem Vampir, die allesamt in ihrer Bedeutung und ihrer Beziehung zu Halloween gedeutet werden. Natürlich dürfen die Kinder dann auch noch selbst eine Gestalt zeichnen, die allen das Gruseln lehrt! Die irische Sage von Jack O'Lantern, dem Teufel und dem Kürbis lernen die Schülerinnen und Schüler anhand eines Bilder-Lückentextes kennen. Ihr Textverständnis können die Lernenden anhand einer Richtig/Falsch-Übung selbstständig überprüfen. Ein gruseliges Gedicht ("Wenn Fledermäuse unruhig flattern") bildet den Abschluss dieser Einheit. Wenn die letzten Textzeilen einer jeden Strophe ergänzt wurden, kann das Gedicht auswendig gelernt und anschließend mit Kostümen vor der Klasse vorgetragen werden! Gruseln ausdrücklich erlaubt! :-) Die Unterrichtseinheit bietet zahlreiche bunte Lern- und Gruselanlässe für den Fächerübergreifenden Unterricht in der Grundschule. Neben der Wissensvermittlung zum geschichtlichen Ursprung des Halloween-Festes sollen sich die Lernenden vor allem kreativ betätigen: Durch das Zeichnen von unheimlichen Kreaturen, dem Vortragen oder Vorspielen eines Halloween-Gedichtes (mit oder ohne Kostüme) bis hin zum Enträtseln von Symbolen und Piktogrammen. Ergänzt werden kann die Unterrichtseinheit durch viele weitere Ideen aus dem Dossier Halloween im Unterricht , zum Beispiel dem Zauberrätsel rund um Hexen , oder dem Ausmalbild von Hexe und Kobold . Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten Kenntnisse zum historischen Hintergrund des Halloween-Festes. lernen Symbole und deren Bedeutung und Nützlichkeit kennen und deuten. erlernen Handlungskompetenzen bei der verständlichen Anwendung von Text und Sprache. können mit Texten und Informationen zielführend und kreativ umgehen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben sich im partnerschaftlichen Arbeiten durch Vergleich und Korrektur ihrer Ergebnisse. arbeiten kooperativ und respektvoll zusammen.

Für die deutschen Gaskunden begann das Jahr mit einem Paukenschlag. Nachdem die Preise bereits in den letzten Jahren kräftig gestiegen waren, sorgte die Zuspitzung des so genannten Gaskonflikts zwischen Russland und der Ukraine in den ersten Januartagen des Jahres 2006 für ein kurzzeitiges Absacken der russischen Gaslieferungen.Obwohl die deutschen Energieversorger beteuerten, dass genug Reserven vorhanden seien, zeigten sich die Endverbraucher verunsichert und befürchteten eine neue Preisspirale nach oben. Glücklicherweise konnten sich die Ukraine und Russland nach wenigen Tagen einigen und die Lieferungen nach Deutschland und Westeuropa normalisierten sich. Allerdings hat dieser Konflikt Verbrauchern und Politikern deutlich vor Augen geführt, dass Deutschland - wie auch andere europäische Länder - nicht nur von den Öllieferungen aus aller Welt abhängig ist, auch andere Rohstoffe müssen die heimischen Energieversorger teuer importieren.Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit den globalen Zusammenhängen der Energieversorgung auseinandersetzen. verschiedene Daten über Energiequellen kennen lernen und den Energieverbrauch reflektieren. Unterschiede zwischen fossilen Brennstoffen und regenerativen Energiequellen herausarbeiten. Entwicklungen für die Zukunft beschreiben und alternative Energieträger vorstellen. politische Abhängigkeiten anhand von Energieimporten und -exporten weltweit und für die EU darstellen. Begrifflichkeiten definieren und statistische Erhebungen interpretieren. Informationen über das Internet recherchieren und Texte bearbeiten. Thema Energieversorgung Autor Michael Bornkessel Fach Politik, Sozialwissenschaften Zielgruppe Sek I und II, ab Klasse 9 Zeitaufwand je nach Intensität und Schwerpunktsetzung 2-6 Stunden Medien je ein Computer mit Internetnutzung für 2 Schülerinnen und Schüler Auf den folgenden Unterseiten werden globale und nationale Zusammenhänge der Energieversorgung dargestellt. Die einzelnen Energiequellen werden statistisch beleuchtet und die Entwicklungen für eine alternative Energieversorgung dargestellt. Die Unterseiten enthalten jeweils Recherchelinks zu den Themenbereichen. Globale Zusammenhänge und Abhängigkeiten Die globalen Zusammenhänge von Energieversorgung und Energiepolitik sind sehr komplex. Sie müssen für die Klasse reduziert dargestellt werden. Daten zu den Energiequellen Informationen und Zahlen zu den einzelnen Energiequellen helfen bei der Einordnung derzeitig globaler Abhängigkeiten und zukünftiger Entwicklungen. Energiezufuhr und -verbrauch in Deutschland Da Deutschland nur über wenige Ressourcen verfügt, müssen wir einen Großteil unseres Energieverbrauchs über Rohstoffimporte decken. Energiepolitische Tendenzen Der Staat steuert mit Investitionen und Gesetzen die Entwicklungen für die Energieversorgung der Zukunft. Engere Kooperation in Energiefragen Die Europäische Union reagierte auf den "Gaskonflikt" und die Energieminister diskutierten über mögliche Konsequenzen. Am Ende einigte man sich, dass die EU in Energiefragen künftig enger kooperieren will. Die Kommission will ein so genanntes Grünbuch erarbeiten, in dem sie die wichtigen Fragen identifiziert und damit auf europäischer Ebene eine Debatte über die grundlegenden politischen Ziele im Bereich der Energiepolitik in Gang setzen will. "Die EU braucht eine klare und gemeinsame Politik für die Energieversorgung", bilanzierte der für die Energiepolitik zuständige EU-Kommissar Andris Piebalgs. Energieimporte der EU am Beispiel Erdöl Denn fast alle EU-Länder sind von Energie-/Rohstoffimporten abhängig. Am Beispiel Erdöl, dem nach Angaben des "World Energy Council" (WEC) weltweit wichtigsten Energieträger, zeigt sich das besonders deutlich: lediglich Norwegen, Großbritannien, die Niederlande und Dänemark verfügen über ausreichend Erdölvorräte in der Nordsee, so dass sie das "Schwarze Gold" exportieren können - auch nach Deutschland. Die Bundesrepublik kann den eigenen Jahresbedarf an Rohöl nur zu drei Prozent, das sind rund 3,7 Mio. Tonnen Erdöl, aus eigenen Vorkommen gewinnen - den Rest müssen wir in aller Welt einkaufen. Entwicklungen der letzten Jahre Dabei hat sich der Anstieg des Weltenergieverbrauchs in den letzten Jahren verlangsamt. Er stieg nach Angaben des WEC zwischen 1970 und 1980 um 32,5 Prozent (2,9 Prozent/Jahr), zwischen 1980 und 1990 um 22,6 Prozent (2,1 Prozent/Jahr) und von 1990 bis 2004 um 25,9 Prozent (1,7 Prozent/Jahr). Allerdings muss man dabei berücksichtigen, dass nach dem Fall des Eisernen Vorhangs (1989) in den Ländern des ehemaligen Ostblocks aufgrund des wirtschaftlichen Umbruchs ein starker Rückgang des Energieverbrauchs zu verzeichnen war. Wohlstand = hoher Energieverbrauch Grundsätzlich nehme in den reichen Regionen der Energieverbrauch nur noch schwach zu. Als Gründe nennt der WEC, dass die Bevölkerung hier kaum noch wachse, Bedürfnisse mit hohem Energieaufwand, etwa Mobilität und Heizwärme, weitgehend gesättigt seien und energieintensive Industrien gegenüber der Dienstleistungsbranche an Gewicht verlieren. Ganz anders sehe es dagegen in den Schwellen- und Entwicklungsländern aus. Sie sind "energiehungrig", da sie beim Wohlstand nur durch rasch wachsenden Energieverbrauch aufholen können. Zukünftige Entwicklungen und Folgen für die EU Der Energieverbrauch werde in den kommenden Jahrzehnten weltweit weiter wachsen. Im Jahr 2030 benötigten die Menschen rund 50 Prozent mehr Energie, vor allem Öl, Gas und Kohle, prognostiziert die Internationale Energie Agentur (IEA) in ihrer Studie "Welt-Energie-Ausblick 2005". Zwar werde es keinen Mangel an fossilen Brennstoffen geben, doch die Abhängigkeit von den großen Erdöl- und Erdgas-Produzenten, das heißt den OPEC-Staaten und Russland, werde sich noch verschärfen. Die Europäische Union (EU) müsse 2030 voraussichtlich doppelt so viel Energie importieren wie heute. Regenerative Energien noch nicht bedeutsam Grundsätzlich muss man zwischen den verschiedenen Energieträgern unterscheiden. Derzeit wird der überwiegende Teil der benötigten Energie aus den so genannten fossilen Brennstoffen, also Erdöl, Kohle und Gas, gewonnen. Nach Angaben des WEC entfielen 88 Prozent der kommerziellen Weltenergieerzeugung im Jahr 2004 auf diese drei Rohstoffe. Rund sechs Prozent stellt die Kernenergie, die verschiedenen regenerativen Energieträger erreichen ebenfalls etwa sechs Prozent. Endliche Vorräte Der ständig steigende Energiebedarf wird derzeit also fast vollständig durch die Verbrennung der fossilen Brennstoffe gedeckt. Allerdings sind diese Ressourcen endlich, das heißt irgendwann werden wir die Vorräte verbraucht haben. Wann dies der Fall sein wird, ist unter den Experten allerdings heftig umstritten. Umgekehrte Vorzeichen Im Jahr 2004 wurden weltweit fast 3,9 Mrd. Tonnen Erdöl gefördert, bilanziert das österreichische Nationalkomitee des WEC auf seiner Internetseite. Erdöl ist der wichtigste Energieträger, allerdings sind die Vorkommen ungleich verteilt. Während der Verbrauch in Europa, Nordamerika sowie den Industrieländern Asiens um einiges höher ist als die Förderung, sieht es im Nahen Osten, in Südamerika und in Afrika genau umgekehrt aus. Verteilung auf die Kontinente Saudi Arabien ist der wichtigste Erdölförderstaat. Das Land am Persischen Golf hat 2004 rund 506 Mio. Tonnen Erdöl aus dem Boden gepumpt, das entspricht einem Anteil von 13,1 Prozent an der weltweiten Förderung. Russland folgt mit knapp 459 Mio. (11,9 Prozent). Insgesamt entfielen 2004 auf den Nahen Osten 30,7 Prozent der weltweiten Ölförderung, auf Europa (einschließlich der GUS-Staaten) 22,0 Prozent, auf Nordamerika 17,3 Prozent, auf Afrika 11,4 Prozent, auf Asien 9,8 Prozent sowie auf Mittel- und Südamerika 8,8 Prozent. Primärenergieverbrauch - was ist das? Die Weltförderung betrug 2004 rund 2,7 Mrd. Tonnen Öleinheiten (OE). Die Kohle kommt beim weltweiten Primärenergieverbrauch an zweiter Stelle. Im Jahr 2004 hatte sie einen Anteil von 27,2 Prozent. Bei der Stromerzeugung war Kohle mit einem Anteil von 38 Prozent sogar der wichtigste Rohstoff, so das WEC. Der Primärenergieverbrauch zeigt, wie viel Energie eine Volkswirtschaft in einer bestimmten Zeiteinspanne, meist ein Jahr, insgesamt verbraucht und gelagert hat. Weltweite Kohlelieferanten Die wichtigsten Kohleproduzenten waren 2004 China mit 989,8 Mio. Tonnen OE und die USA mit 567,2 Mio. Tonnen OE, gefolgt von Australien, Indien, Südafrika und Russland. Diese sechs Länder erzeugten 2004 nach Angaben des WEC etwas über 80 Prozent der Welt-Kohleförderung. Das WEC hat errechnet, dass die weltweiten Kohlereserven noch rund 164 Jahre reichen - wenn sich der Verbrauch auf dem Niveau von 2004 stabilisiert. Erdgasförderung weltweit Erdgas erfreut sich in den letzten Jahren stetig wachsender Beliebtheit und so stieg die weltweite Fördermenge im Jahr 2004 auf den historisch höchsten Wert von 2.691,6 Mrd. Kubikmeter. Auch hier spielt Russland eine wichtige Rolle. Mit 589,1 Mrd. Kubikmeter nimmt es, knapp gefolgt von den USA (542,9 Mrd. Kubikmeter), die Spitzenposition ein. Insgesamt entfielen im Jahr 2004 auf Europa und die GUS-Staaten 39,1 Prozent der weltweiten Erdgasförderung, auf Nordamerika 28,3 Prozent, auf Asien 12,0 Prozent, auf den Nahen Osten 10,4 Prozent, auf Afrika 5,4 Prozent sowie auf Mittel- und Südamerika 4,8 Prozent, fasst das WEC zusammen. Reserven bis 2019 aufgebraucht? Allerdings hat die massiv steigende Förderung zur Folge, dass bis heute insgesamt rund 70.000 Mrd. Kubikmeter Erdgas gewonnen wurden, das entspricht 30 Prozent der bisher entdeckten Reserven weltweit. Das WEC hat errechnet, dass die Gasvorräte noch rund 67 Jahre reichen. Allerdings wird im Jahr 2019 die Hälfte der bisher entdeckten Welt-Reserven vernichtet sein, setzt man eine gleichbleibende Jahresförderung, keine Entdeckung von neuen Lagerstätten und keine verbesserten Produktionsmethoden/-technologien voraus, warnt das WEC. Hohe Abbaukosten Auch für die Energiegewinnung durch Atomkraft benötigt man einen nur begrenzt vorhandenen Rohstoff: Uran. Die derzeit bekannten Reserven, bei denen die Abbaukosten bis zu 80 US-Dollar je Kilogramm Uran (80 Dollar/kg U) betragen, belaufen sich nach Angaben des WEC auf 3,54 Mio. Tonnen. Die Lagerstätten, die mit Kosten von bis zu 130 Dollar je Kilogramm Uran (130 $/kg U) abgebaut werden können, beziffert das WEC mit 4,59 Mio. Tonnen. Starke Konzentration der Reserven Die Reserven dürften rund 120 Jahre ausreichen, um die Atommeiler weltweit mit Uran zu versorgen. Insgesamt haben die Kernkraftkraftwerke eine Gesamtleistung von 362 Gigawatt (GW) produziert und dabei 56.108 Tonnen Uran verbraucht. 39.311 Tonnen stammten dabei aus der Bergwerksproduktion, so das WEC. Auch die Uranvorkommen sind nur auf wenige Ländern konzentriert. Die bis 80 Dollar/kg U abbaubaren Reserven liegen zu etwa 93 Prozent in zehn Ländern. Die Spitzengruppe bildet Australien (28 Prozent), gefolgt von Kasachstan (18 Prozent), Kanada (12 Prozent) und Südafrika (8 Prozent) - allein hier sind also etwa zwei Drittel der weltweiten Reserven konzentriert. Strom aus Wasserkraft Die Wasserkraft, so der WCE, ist die mit Abstand wichtigste regenerative Energiequelle. Das theoretische Wasserkraftpotenzial der Erde wird mit 39.608 Terawattstunden pro Jahr (TWh/a) geschätzt, davon stuft das WCE 14.356 TWh/a als "technisch nutzbares Potenzial" ein. Im Jahr 2004 wurden in Wasserkraftwerken mit einer Leistung von insgesamt 750 GW rund 2.809 TWh elektrische Energie erzeugt, mehr als 50 Prozent produzierten Anlagen in Kanada, den USA, Brasilien, China und Russland. An der Welt-Primärenergieversorgung hatte die Wasserkraft im Jahr 2004 einen Anteil von 6,2 Prozent. Bei der Erzeugung von Strom nimmt sie weltweit mit etwa 20 Prozent sogar die dritte Stelle nach Kohle und Öl/Gas ein. Wind und Sonne birgt Potenziale Windenergie spielt im Vergleich zur Wasserkraft weltweit betrachtet noch keine besonders große Rolle; allerdings ist dies ein Bereich, wo Europa in den letzten Jahren massiv investiert hat und bei der Nutzung eine Führungsposition erreichen konnte. Nach Angaben des WCE waren Ende 2004 weltweit etwa 47.317 Megawatt (MW) in Windkraftanlagen installiert. Allein etwa 34.205 MW, etwa 72 Prozent, entfielen dabei auf EU-Länder. Innerhalb der Europäischen Union waren Ende 2004 allein 16.629 MW in Deutschland installiert, gefolgt von Spanien (8.263 MW) und Dänemark (3.117 MW). Die anderen erneuerbaren Energien, etwa Solarenergie, sind derzeit noch von geringerer Bedeutung, wenngleich große Perspektiven und Entwicklungspotenziale vorausgesagt werden. Der deutsche Erdölbedarf, vor allem für Strom und Treibstoffe, wurde im Jahr 2004 nach Angaben des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) zu 33,7 Prozent (ca. 37,1 Mio. Tonnen) aus Russland gedeckt - es ist damit mit Abstand der größte Lieferant in Erdöl-Bereich. Dahinter folgt Norwegen mit 19,8 Prozent (ca. 21,8 Mio. Tonnen), Großbritannien mit 11,8 Prozent (ca. 12,9 Mio. Tonnen) und Libyen mit 11,6 Prozent (ca.12,9 Mio. Tonnen). Diese Zahlen zeigen, dass Deutschland einen Großteil seines Bedarfs am "Schwarzen Gold" aus der näheren Umgebung speist, nur 7,8 Prozent des Bedarfs (ca. 8,6 Mio. Tonnen) kam aus dem Nahen Osten. Insgesamt importierte Deutschland rund 110 Mio. Tonnen Rohöl im Jahr 2004. Der Anteil am Primarenergieverbrauch betrug damit im Jahr 2004 36,4 Prozent. Beim fossilen Brennstoff Steinkohle sah es noch bis Anfang der 1990er Jahre etwas anders aus. Im Jahr 1990 wurden in Deutschland insgesamt rund 85,7 Mio. Tonnen Steinkohle verbraucht, 66,5 Mio. Tonnen konnten im Inland gefördert und nur ein kleiner Teil musste importiert werden. Heute hat sich die Lage gewandelt. Im Jahr 2004 mussten wir fast 39,3 Mio. Tonnen Steinkohle aus anderen Ländern einkaufen, in Deutschland wurden lediglich rund 25,9 Mio. Tonnen abgebaut. Den Bedarf an Braunkohle kann Deutschland allerdings fast vollständig aus eigenen Vorkommen befriedigen. 2004 betrug die Förderung an Rohbraunkohle fast 182 Mio. Tonnen, lediglich 17.000 Tonnen wurden importiert, so das BMWi. Am Primärenergieverbrauch im Jahr 2004 hat damit die Steinkohle einen Anteil von 13,5 Prozent, die Braunkohle kommt auf 11,4 Prozent. Beim Erdgas war Deutschland, ähnlich wie beim Erdöl, schon immer von Importen abhängig, allerdings ist diese Abhängigkeit in den letzten Jahren stetig gewachsen. Während 1990 Gas für rund 573 Mrd. Kilowattstunden (k/Wh) im Ausland eingekauft wurde, stieg das Volumen im Jahr 2004 auf circa 942 Mrd. k/Wh, so das BMWi. Damit wurden rund 84 Prozent des Aufkommens nach Angaben des Bundesverbands der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft im Jahr 2004 importiert. Besonders wichtiger Lieferant ist Russland. Größere Erdgaslieferanten sind außerdem Norwegen mit 24 Prozent und die Niederlande mit 19 Prozent Anteil am deutschen Verbrauch. Auf Großbritannien, Dänemark und weitere Länder entfallen sechs Prozent. Aus dem Inland stammen 16 Prozent des Erdgases, das vor allem in Niedersachsen gefördert wird. Erdgas war zu 22,4 Prozent am Primärenergieverbrauch im Jahr 2004 beteiligt. Die verschiedenen deutschen Atomkraftwerke erzeugten im Jahr 2004 insgesamt 167,1 Mrd. Kilowattstunden (KWh). Das entspricht einem Anteil von 27,5 Prozent an der deutschen Stromerzeugung und 12,6 Prozent am Primärenergieverbrauch. Die verschiedenen regenerativen Energien können den deutschen Bedarf derzeit nur zu einem verschwindend geringen Teil decken. Im Jahr 2004 hatten alle erneuerbaren Energieträger einen Anteil von 3,6 Prozent am gesamten Primärenergieverbrauch. Allerdings betrug dieser Anteil im Jahr 1990 gerade einmal 1,9 Prozent, wie die Statistik des BMWi aufzeigt. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Die "Energiedaten" sind eine Sammlung aktueller Daten zur Energieversorgung aus zuverlässigen heimischen und internationalen Quellen. Alternatvie zu fossilen Brennstoffen In den letzten Jahren setzte sich in Politik und Wirtschaft langsam die Erkenntnis durch, dass die fossilen Brennstoffe irgendwann verbraucht sind und fossile Energieträger aufgrund der stetig steigenden Nachfrage immer teurer werden. Daher hat die neue Bundesregierung im Koalitionsvertrag unter anderem das Ziel festgeschrieben, den Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2010 auf 4,2 Prozent und bis 2020 auf zehn Prozent zu erhöhen. Ihr Anteil am Stromverbrauch soll bis 2010 auf 12,5 Prozent und bis 2020 auf mindestens 20 Prozent steigen. Gesetzliche Grundlagen Dazu hatte bereits die alte Regierung, neben der Vergütung von ins Netz eingespeistem Strom aus erneuerbaren Energien nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), verschiedene Förderprogramme ins Leben gerufen. Zwar will die schwarz-rote Bundesregierung das EEG in seiner Grundstruktur fortführen, zugleich aber die wirtschaftliche Effizienz der einzelnen Vergütungen bis 2007 überprüfen. Vom Stand-by-Gerät bis zur Industrieanlage In der Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden, Geräten, Fahrzeugen, Kraftwerken und Industrieanlagen sieht die Bundesregierung ein "riesiges Potenzial" zur wirtschaftlichen Energieeinsparung. Sie will daher unter anderem die Energieeffizienz der Volkswirtschaft konsequent steigern, um bis 2020 eine Verdopplung der Energieproduktivität gegenüber 1990 zu erreichen. Förderprogramme und Forschungsinvestitionen Im Rahmen einer Innovationsinitiative "Energie für Deutschland" will die Regierung die Ausgaben für die Energieforschung schrittweise verstärken. Davon sollen erneuerbare Energien und Biomasse, Effizienztechnologien bei der Nachfrage, zentrale und dezentrale Effizienztechnologien bei der Energieerzeugung und ein nationales Innovationsprogramm zu Wasserstofftechnologien (einschließlich Brennstoffzellen) gefördert werden. Doch um den von Rot-Grün beschlossenen Ausstieg aus der Atomkraft scheint sich ein grundlegender Konflikt anzubahnen. Angesichts des steigenden Energiebedarfs und der immer höheren Energiekosten wurden in der Union Stimmen laut, die ein "Umdenken" der Sozialdemokraten und eine Verlängerung der Laufzeiten von Atomkraftwerken fordern.

Wie lange können fossile Energieträger noch genutzt werden? Was macht ökonomisch Sinn, was ist ökologisch vertretbar und was sind die sozialen Folgen? Diese Unterrichtseinheit behandelt aktuelle Forschungsfelder und fordert zur Diskussion über die strategische Ausrichtung der Energiepolitik auf. Unser materieller Wohlstand basiert zu einem sehr großen Teil auf der Nutzung fossiler Energieträger. Strom und Wärme werden traditionell durch die Verbrennung von Kohle, Öl und Erdgas erzeugt – sowohl für die Industrie als auch für die private Nutzung. Die Energiewende, also der Umbau der Energieversorgung weg von fossilen Energieträgern hin zur Nutzung erneuerbarer Energien, braucht Zeit. Gründe hierfür sind vielfältig und zur Dauer des Übergangs gibt es unterschiedliche Einschätzungen. Sicher ist jedoch, dass fossile Energiequellen noch viele Jahre genutzt werden. Lohnt es sich also, die bestehenden Technologien weiterzuentwickeln? Zum Einstieg in das Thema spielen die Schülerinnen und Schüler das „KEEP COOL mobil“. Während des Spiels können gemeinsam Forschungen zu verschiedenen Energiebereichen durchgeführt werden, die einen bestimmten Einfluss auf den Spielfortgang haben. Diese Forschungstätigkeiten sollen anschließend vertieft werden, speziell die Forschungstätigkeiten für sogenannte „Schwarze Fabriken“, also aus dem Bereich der fossilen, klimabelastenden Energienutzung. Hierfür stehen vier Arbeitsblätter zur Verfügung, sodass vier Gruppen gebildet werden können. Nach einer ersten Erarbeitungsphase sollen die Schülerinnen und Schüler ihre Ergebnisse vorstellen und diskutieren. In einer zweiten Arbeitsphase beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit den fossilen Energieträgern als Teil des gesamten Energiemixes. Auch hierfür steht ein Arbeitsmaterial zur Verfügung, das am zielführendsten in Gruppenarbeit bearbeitet wird. Zum Abschluss sollten auch diese Ergebnisse präsentiert und im Plenum diskutiert werden. Forschungsprojekte im Spiel „KEEP COOL mobil“ Die Spielerinnen und Spieler haben die Möglichkeit, gemeinsame Forschungsprojekte durchzuführen und sich dadurch einen wirtschaftlichen Vorteil zu verschaffen. Forschungsfelder der fossilen Energieversorgung Früher oder später versorgen wir uns zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien. Bis dahin wird weiter zu fossilen Energieträgern geforscht. Energiemix der Zukunft Die Schülerinnen und Schüler werden Energieminister eines fiktiven Landes. Welche Rolle spielen die verschiedenen Energiequellen? Woran soll geforscht werden? Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Forschungsthemen aus dem Bereich der fossilen Energienutzung kennen: Fracking, Tiefsee-Ölförderung, Kraftwerkstechnologie, Flugverkehr, Bauwirtschaft. analysieren Chancen und Risiken dieser Technologien. nehmen die fossile Energienutzung als Teil des Energiemix wahr. erörtern Zukunftsvisionen, wägen Handlungsoptionen ab und entwerfen einen vereinfachten Plan für die zukünftige Energieversorgung eines Landes. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren in dem mobilen Multiplayer-Spiel „KEEP COOL mobil“ mit anderen Spielern. entwickeln gemeinsam eine Gruppenarbeit gemeinsam zur Zukunft der Energieversorgung. präsentieren ihre Ergebnisse und diskutieren im Plenum. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren im Internet. nutzen das mobile Multiplayer-Spiel „KEEP COOL mobil“. Anmeldung und Start des Spiels In "KEEP COOL mobil" übernimmt jeder Spieler die Rolle einer Metropole (zum Beispiel Sao Paolo, Berlin, Shanghai oder Mexico City). Die Metropolen sind dabei vier Ländergruppen zugeordnet: Europa USA & Partner BRIC (Schwellenländer Brasilien, Russland, Indien und China) G77 (Entwicklungsländer) Spielablauf Nachdem der Spielleiter das Spiel freigegeben beziehungsweise gestartet hat, laufen die Ticks und der Spieler kann definierte Aktionen durchführen. Aktionen sind etwa: Fabriken oder Gebäude bauen/abreißen (Anpassungsmaßnahmen) Forschungen betreiben (Forschungsfonds) in Kontakt/Verhandlung treten mit einem anderen Spieler Gelder anderen Spielern senden oder von anderen Spielern erhalten Informationen zu anderen Spielern einholen (inklusive Einsicht ins Spielerprofil) eigene Statistiken und Ergebnisse betrachten Mehr Informationen zum Spielablauf von "Keep Cool mobil" finden Sie hier. Forschungsprojekte bei Keep Cool mobil Während des Spiels haben die Spielerinnen und Spieler die Möglichkeit, „grüne“ (erneuerbare) oder „schwarze“ (fossile) Forschungsprojekte zu starten und können andere Mitspielerinnen und -spieler einladen, mit ihnen zu forschen. Da zu Forschungszwecken Geld in einen Forschungs-Fonds eingezahlt werden muss, ist es sogar sinnvoll, gemeinsam zu forschen. Forschungsprojekte zahlen sich für alle teilnehmenden Metropolen aus: Der Neubau einer grünen oder schwarzen Fabrik – je nach Forschungsart – kostet nach erfolgreichem Abschluss eines Forschungsprojektes weniger Geld. Auf diese Art und Weise können die Spielerinnen und Spieler die wirtschaftliche Entwicklung ihrer Metropolregion langfristig lenken – doch Vorsicht – massive Investitionen in fossile Energieträger beschleunigen die Gesamterwärmung der Erdatmosphäre. Klimafolgen können mit Fortschreiten der Spielrunde stärker und häufiger auftreten. Reflektion Wie in der realen Welt, können auch in "Keep Cool mobil" diejenigen Akteure Profit erzielen (im Spiel: Siegpunkte und Siegpunkte aus politischen Forderungen), die auf schwarze Fabriken und somit auf die Weiternutzung und Förderung fossiler Energieträger setzen. Wirtschaftlich gesehen macht das Sinn, denn bis die Energieversorgung das Label „100 Prozent erneuerbar“ trägt, vergehen auch in der Realität noch einige Jahre. Der Effekt der Weiternutzung fossiler Energieformen nach heutigen Standards und mit den derzeitigen CO 2 -Emissionen allerdings ist mit Blick in die Zukunft besorgniserregend – die dadurch konstant steigende Erderwärmung bildet sich auch im Spielverlauf einer Runde "Keep Cool mobil" ab. Hieran und an den Klimafolgen kann die Lehrkraft exemplarisch aufzeigen, dass die Erforschung bestehender fossiler Energieversorgungssysteme wichtig ist, um neben dem Voranbringen erneuerbarer Energien auch Optimierungspotentiale zu nutzen. Eine effizientere Technik spart nicht nur Kosten, sondern auch CO 2 -Emissionen. Die Energiewende lässt auf sich warten Die Nutzung fossiler Energieträger ist der Hauptgrund für den Klimawandel. Wir verbrennen Kohle und Gas zur Stromerzeugung. Wir verbrennen Benzin, Diesel und Kerosin als Treibstoff für unsere Mobilität. Erst allmählich werden erneuerbare Energien genutzt. Der Umstieg braucht Zeit. Das liegt einerseits an technischen Hürden. Aber auch ökonomische Interessen spielen eine Rolle. Denn je länger eine Technologie genutzt werden kann, desto eher amortisieren sich die Investitionen in Forschung und Innovation. Die großen Energieversorger sind daher träge und wollen die hohen Gewinnmargen ihrer Kraftwerke möglichst lange abschöpfen. Übergangsfrist für fossile Energieversorgung Bis wir unsere Energieversorgung mit dem Label "100 Prozent erneuerbar" versehen und komplett umgestellt haben werden, vergehen noch einige Jahre. Aber sollen die bestehenden Kraftwerke und Energieversorgungssysteme einfach so weitermachen wie bisher, ohne Optimierungspotentiale zu nutzen? Eine effizientere Technik spart nicht nur Kosten sondern auch CO 2 -Emissionen. An sich also ein lohnendes Forschungsfeld. Oder etwa nicht? Forschungsgebiete der fossilen Energieversorgung Anhand der Arbeitsblätter 1 bis 4 sollen sich die Schülerinnen und Schüler mit ausgewählten Forschungsthemen aus dem Bereich der fossilen Energieversorgung beschäftigen. Die Arbeitsblätter enthalten kurze Zusammenfassungen, weiterführende Internetadressen und Aufgaben. 1. Neue Rohstoffvorräte 2. Kraftwerkstechnik 3. Flugverkehr 4. Bauwirtschaft Hier bietet es sich an, vier kleinere Gruppen zu bilden. Nach einer Erarbeitungsphase sollen die Schülerinnen und Schüler ihre Ergebnisse vorstellen und diskutieren. Fossile Energieträger sind endlich Es dauert Jahrmillionen, um fossile Energieträger wie Kohle und Öl entstehen zu lassen. Nach menschlichen Zeitmaßstäben sind die fossilen Vorräte also endlich. Und die Lagerstätten sind unterschiedlich leicht auszubeuten. Selbstverständlich werden zunächst die Lagerstätten genutzt, die einfach auszubeuten sind. Je näher wir dem Ende der weltweiten Ressourcen kommen, desto schwieriger wird es, die Rohstoffe zu fördern. Deshalb werden neue Fördertechnologien erforscht, die bislang unwirtschaftliche Lagerstätten interessant werden lassen. Schwer zugängliche Rohstoffquellen Oberflächennahe Ölsande und Ölschiefer, Erdgas in dichten Speichergesteinen, flach und sehr tief liegende Erdgasvorkommen, Gas in Kohleflözen und Gashydrat, diese Rohstofflagerstätten waren lange Zeit nicht wirtschaftlich nutzbar. Durch Fortschritte bei der Erkundung der Lagerstätten als auch bei der Förderung, werden große Mengen fossiler Energieträger zusätzlich nutzbar. Was ist Fracking? Der Begriff Fracking leitet sich von Hydraulic Fracturing ab, also dem „hydraulischen Zerbrechen“, und zwar von Untergrund-Gestein. Dadurch sollen mehr gasförmige und lösliche Stoffe (Erdöl und Erdgas) zugänglich gemacht werden. Wissenschaftler sprechen von „Stimulierung“. Erreicht wird dieses Aufbrechen, indem man chemische Substanzen mit sehr hohem Druck (mehrere hundert Bar) in das Gestein presst. Die Chancen Im Vordergrund stehen ökonomische Interessen. Durch Fracking werden noch mehr Rohstoffe pro Lagerstätte genutzt. Oder es wird die Nutzung von bislang ökonomisch nicht nutzbaren Lagerstätten erst möglich. Abgesehen von den technischen und wirtschaftlichen Aspekten, spielen auch geopolitische Interessen eine Rolle. So setzten die USA unter anderem deshalb so stark auf Fracking, weil es dadurch unabhängiger wird von Rohstoffimporten aus dem mittleren Osten. In Deutschland überwiegen die Bedenken vor den schädlichen Auswirkungen. Dementsprechend ist Fracking bei uns (Stand Juli 2016) nur sehr eingeschränkt erlaubt. Die Risiken Die chemischen Substanzen, die mit hohem Druck in den Untergrund gepumpt werden, sind hochgiftig. Sie enthalten krebserregende Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle und teilweise auch radioaktive Substanzen. Immer wieder dringen diese Schadstoffe an die Oberfläche oder ins Grundwasser. Die Bohrschlämme müssen in speziellen Deponien entsorgt werden. Umweltverbände rechnen vor , dass bereits im Jahr 2016 bis zu 35 Millionen Tonnen Sondermüll entsorgt werden müssen. Die Chancen Ob in der Tiefsee Öl gefördert wird, hängt vorrangig davon ab, ob es sich wirtschaftlich lohnt. Durch entsprechende Forschungsaktivitäten können Verfahren entwickelt werden, die den Kostenaufwand für die Förderung reduzieren. Und wenn die Nachfrage steigt, kann das geförderte Öl auch noch teuer verkauft werden. So kann sich insgesamt das wirtschaftliche Verhältnis von Aufwand zu Nutzen dahingehend verschieben, dass sogar die Tiefseeförderung ein lohnendes Geschäft wird. Neben den rein wirtschaftlichen Interessen gibt es auch geopolitische Interessen. Die Unabhängigkeit von Staaten mit hohen Öl- und Gasvorkommen kann auch eine große Rolle spielen. Die Risiken Das Bohren in großen Wassertiefen ist mit besonderen technischen Anforderungen verbunden. Der Druck in großen Tiefen ist enorm. In 2.800 Metern Tiefe ist der Druck der Wassersäule doppelt so groß wie der einer Autopresse. Entsprechend teuer sind die eingesetzten technischen Geräte und Verfahren. Schwierigkeiten bereiten auch die Temperaturunterschiede. In diesen Tiefen ist der geförderte Rohstoff teilweise sehr heiß. Beim kilometerlangen Aufstieg zur Bohrplattform können durch das Abkühlen störende Effekte wie Wachsbildung auftreten. Wenn ein Störfall eintritt, ist er viel schwieriger zu kontrollieren. Schon allein aufgrund der Entfernung zum Bohrloch, aber auch aufgrund der extremen Bedingungen in solchen Tiefen. Trauriges Beispiel ist die Katastrophe am 20. April 2010 auf der Plattform "Deepwater Horizon", einer Bohrplattform im Golf von Mexico. Höhere Wirkungsgrade Übliche Kohlekraftwerke erreichen hinsichtlich der Stromerzeugung einen Wirkungsgrad von 30 bis 40 Prozent. Moderne Kohlekraftwerke erreichen bis zu 45 Prozent. Eine weitere Steigerung auf über 50 Prozent wird angestrebt. Möglich sein soll das durch höhere Temperaturen und höheren Druck. Bisherige Materialien der Kraftwerkstechnik würden diesen Belastungen nicht oder nur sehr kurz standhalten. Deshalb wird an neuen Materialien geforscht, die auch extremen Bedingungen lange standhalten. Eine andere Möglichkeit, den Wirkungsgrad zu erhöhen, ist die Verbrennung von Kohle mit reinem Sauerstoff. Allerdings ist bislang die Herstellung von reinem Sauerstoff sehr aufwendig. Aus diesem Grund versucht man das Herstellungsverfahren zu optimieren oder andere, effizientere Verfahren zu entwickeln. Häufige Lastwechsel Kraftwerke müssen zunehmend flexibel auf unterschiedlichen Strombedarf reagieren können. Grund hierfür ist der steigende Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Sie hängt vom Wetter ab und schwankt entsprechend. Der Stromverbrauch ist aber unabhängig vom Wetter. Diese Differenz müssen Kraftwerke ausgleichen (dabei können fossile oder erneuerbare Brennstoffe eingesetzt werden). Je nach Wetterlagen können kurzfristige und häufige Lastwechsel auftreten. Entsprechend müssen Kraftwerke hoch- oder runtergefahren werden. Jeder Lastwechsel führt zu Temperatur- und Druckwechseln in der Kraftwerkstechnik. Die Folge ist, dass die Materialien stärker beansprucht werden und schneller verschleißen. Abhilfe können neue Materialien bringen. Aber auch die Wartungstechnik muss auf die höheren Belastungen reagieren, um sicherzustellen, dass Bauteile rechtzeitig ausgetauscht werden. Chancen und Risiken Höhere Wirkungsgrade haben zur Folge, dass bei gleicher erzeugter Strommenge weniger CO 2 freigesetzt wird. Das ist natürlich grundsätzlich zu begrüßen. Gleichzeitig besteht das Risiko, dass durch sogenannte Rebound-Effekte der Vorteil der modernen Technik wieder zunichte gemacht wird. Das bedeutet, dass der Stromverbrauch in gleichem Maß oder sogar mehr steigt als der Wirkungsgrad des Kraftwerks. Leider sind solche Rebound-Effekte nicht selten. Als Beispiel hierfür sei die Autobranche genannt: Motoren werden immer sparsamer, gleichzeitig werden die Autos immer leistungsstärker. Auch die Atomenergie beruht auf einem fossilen Energieträger, dem Uran. Zwar emittieren Kernkraftwerke prinzipiell kein CO 2 . Aufgrund des außerordentlichen Gefährdungspotentials und der ungelösten Entsorgungsproblematik verliert diese Art der Energieversorgung nicht nur in Deutschland an Bedeutung. Selbst nach dem Atomausstieg wird die Entsorgung von Atommüll und der Rückbau stillgelegter Atommeiler noch lange als Herausforderung beziehungsweise als Forschungsfeld relevant bleiben. Belastung für das Klima Der Flugverkehr hat bislang einen Anteil von 2 Prozent an den globalen CO 2 -Emissionen. Der Anteil am anthropogenen Klimawandel liegt allerdings bei 5 Prozent, da nicht nur CO 2 , sondern auch weitere klimarelevante Gase in großen Höhen freigesetzt werden. Zudem muss davon ausgegangen werden, dass in Zukunft noch mehr geflogen wird als heute. Kein Wunder also, dass zu umweltverträglicheren Alternativen geforscht wird. Propellerantriebe der Zukunft Bei der sogenannten Open-Rotor-Technologie kommen große, vielblättrige Rotoren zum Einsatz. Sie sollen bis zu 30 Prozent weniger Treibstoff verbrauchen. Es gibt aber auch Nachteile. So erreichen Flugzeuge mit diesem Antrieb nur geringere Fluggeschwindigkeiten als mit herkömmlichen Triebwerken. Außerdem sind die Antriebe deutlich lauter. Und der dritte große Nachteil ist die Größe der Triebwerke. Sie passen nicht unter die Flügel und müssen stattdessen im Heckbereich integriert werden. Dadurch werden neue Bauarten von Flugzeugen notwendig. Biokraftstoff Könnte man Biokraftstoffe im Flugverkehr einsetzen, wäre die CO 2 -Bilanz deutlich besser. Denn im Prinzip wird nur die Menge an CO 2 freigesetzt, die vorher eine Pflanze aus der Atmosphäre entnommen hat, um ihre Biomasse aufzubauen. Beachtet werden muss allerdings auch, ob die Quellen, aus denen die Biomasse stammt, nachhaltig bewirtschaftet wurden. Wenn nämlich Regenwald gerodet wird, um dort Soja für Biokraftstoff anzubauen, dann ist die Ökobilanz nicht mehr so rosig. Brennstoffzelle Ähnliches gilt für die Idee, Energie aus Brennstoffzellen zu nutzen. Die meisten Brennstoffzellen erzeugen Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff, und zwar mit einem beachtlichen Wirkungsgrad. Theoretisch können 80 Prozent der Energie in Strom umgewandelt werden. In der Praxis werden jedoch „nur“ 45 Prozent erreicht. In der Gesamt-Ökobilanz muss allerdings berücksichtigt werden, wie das Wasserstoff-Gas hergestellt wurde. Dafür muss nämlich zunächst eine Menge Energie investiert werden. Nur wenn diese Energie aus erneuerbaren Quellen stammt, stellen Brennstoffzellen eine Entlastung des Klimas dar. Der Gesamt-Wirkungsgrad (Wasserstoff-Herstellung – Stromerzeugung – Antriebsenergie) kann zwar theoretisch bis zu 45 Prozent betragen, in der Praxis dürfte er jedoch deutlich darunter liegen. Auch der Preis der Technologie ist für den Massenmarkt noch nicht attraktiv. Ressourcenverbrauch und CO 2 -Emissionen Die Bauwirtschaft hat einen sehr hohen Anteil an unserem Ressourcenverbrauch. Aus ökologischer Sicht ist insbesondere das Bauen mit Beton problematisch. Beton besteht aus Sand, Kies und dem Bindemittel Zement. Zement wird aus Kalkstein, Ton, Sand, Eisenerz und Gips hergestellt. Bei der Zementherstellung werden enorme Mengen an CO 2 freigesetzt. Einerseits entsteht CO 2 als chemisches Produkt beim Brennen von Kalkstein. Andererseits wird CO 2 durch Verbrennungsvorgänge frei, die für die hohen Temperaturen von über 1.400 °C benötigt werden. Laut IPCC gehen weltweit 7 Prozent der anthropogenen (vom Mensch gemachten) CO 2 -Emissionen auf das Konto der Zementherstellung. Auch Ersatzbrennstoffe machen schlechte Luft Zur Einsparung fossiler Brennstoffe werden bei der Zementherstellung zunehmend sogenannte „Ersatzbrennstoffe" verwendet. Unter anderem Altöl, Lösemittel, Haus- und Gewerbemüll, Autoreifen, Tiermehl. Auch wenn Filteranlagen einen Teil der Schadstoffe aus den Abgasen entfernen können, ein mehr oder weniger großer Rest an Schadstoffen entweicht in die Umwelt. Forschung zur Zementherstellung Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, das deutlich weniger CO 2 emittiert. Statt 1.450°C sollen weniger als 300°C ausreichen, um den alternativen Zement herzustellen. Zudem wird weniger Kalk benötigt, wodurch sich die CO 2 -Emissionen weiter senken lassen. Forschung im Bereich Betonbau An der Hochschule Bochum wurde ein Verfahren entwickelt, um bei gleicher Bauweise den Betonanteil zu verringern. Dazu werden Hohlkörper aus recyceltem Kunststoff in den Beton gemischt. Auf diese Weise werden über 20 Prozent weniger Primärenergie verbraucht. Außerdem sind die Bauteile leichter, wodurch die gesamte Gebäudekonstruktion schlanker ausfallen kann. Das spart weitere Ressourcen und dadurch auch CO 2 -Emissionen. Bislang haben sich die Schülerinnen und Schüler schwerpunktmäßig mit fossilen Energieträgern beschäftigt. Diese sind aber nur ein Teil der Energieversorgung. Zur Energieversorgung tragen auch die erneuerbaren Energien einen erheblichen Teil bei. Beim Strom ist das bereits über 25 Prozent, Tendenz stark steigend. Die Zukunft der Energieversorgung Legen Sie die Zukunft der Energieversorgung schon heute in die Hände Ihrer Schülerinnen und Schüler (später werden ohnehin sie es sein, die bestimmen werden). Arbeitsblatt 5 bietet hierfür eine einfache Vorlage, um auf einem sehr hohen Abstraktionsniveau die Planung bis ins Jahr 2100 durchzuführen. Es kommt dabei weniger auf „richtig“ oder „falsch“ an, sondern darauf, dass sich die Schülerinnen und Schüler gemeinsam in kleinen Gruppen über Ideen und Ansätze zu einer generellen Strategie und den damit verbundenen Entscheidungsfaktoren unterhalten. Welche Gewichtung haben ökonomische und ökologische Fragestellungen? Wo sind die Investitionen am sinnvollsten? Welche sozialen Konsequenzen haben die Entscheidungen (Energiepreis, Bau von Stromleitungen, Gesundheitsrisiken, Folgen des Klimawandels …), im eigenen Land, aber auch weltweit?

Diese Unterrichtseinheit zum Thema Sonnenenergie lenkt die Aufmerksamkeit auf das riesige Potenzial an kostenloser Energie, die uns die Sonne bietet, und darauf, wie dieses Potenzial genutzt werden kann. Über die Hitze der Sonne stöhnen ist das Eine, die von ihr ausgehende kostenlose Energie sinnvoll nutzen, das Andere. Fotovoltaikanlagen oder Sonnenkollektoren auf Dächern gehören unbewusst zum Umfeld vieler Kinder. Sie spielen mit Spielzeug, das mit Solarzellen angetrieben wird, oder nutzen Taschenrechner und Armbanduhren oft ohne sich darüber im Klaren zu sein, dass sie mithilfe der Sonne funktionieren. Die vorliegende Unterrichtseinheit möchte in einem multimedialen Ansatz den Blick auf diese Dinge richten, und zeigen, wo und wie Sonnenenergie unser Leben erleichtert. Einen idealen Einstieg in das Thema bietet die Sendung "Sonnenenergie - Stromausfall im Bauwagen" (ZDF - Löwenzahn). Für Kinder verständlich vermittelt sie wissenschaftliche Fakten und hat außerdem hohen Unterhaltungswert, sodass mit Spaß gelernt werden kann. Die fächerübergreifende interaktive Lerneinheit dient als Plattform für die Internetrecherche, von der aus gezielt kindgerechte Webseiten zur Lösung der Arbeitsaufträge angeklickt werden können. Verschiedene interaktive Übungen sowie Puzzles und Spiele am Computer und herkömmliche Arbeitsblätter runden die Arbeit ab. Vorbereitung und Inhalte der Lernumgebung Diese Seite bietet einige Hintergrundinformationen zum Thema Sonnenenergie und führt in die Nutzung der interaktiven Lernumgebung ein. Arbeitsmaterial zur interaktiven Lernumgebung Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu den einzelnen Arbeitsblättern und Hinweise, wie sie im Unterricht eingesetzt werden können. Links zum Thema Internetadressen mit Informationen und weiterführenden Materialien zum Thema "Sonnenenergie" und zu den Inhalten dieser Unterrichtseinheit. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen in den Fächern Sachunterricht, Deutsch, Englisch und Kunst Lernziele erreichen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Video im Internet anschauen (falls im Unterricht möglich) und Informationen daraus entnehmen. gezielte Recherchen im Internet durchführen und das World Wide Web als Informationsquelle nutzen. eine interaktive Lerneinheit am Computer bearbeiten und dabei Erfahrungen mit dem Prinzip der Verlinkung machen. interaktive Übungen (HotPotatoes-Zuordnung, Kreuzworträtsel) durchführen. ein interaktives Puzzle (drag & drop) lösen. Sozialkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler sollen Absprachen zur Benutzung der Computer-Arbeitsplätze treffen. sich als Partner über die Reihenfolge der Aufgaben einigen. sich gegenseitig helfen. Sonnenfinsternis in Bärstadt. Das seltene Ereignis soll in wenigen Stunden stattfinden und Fritz Fuchs will es unbedingt filmen. Ausgerechnet jetzt ist der Akku der Kamera leer. Aufladen funktioniert nicht - die Stromleitung ist gekappt. Solange aber die Sonne scheint, könnte man doch sie selbst als Energiequelle nutzen. Fritz werkelt und tüftelt an einer einfachen Solaranlage. Zumindest das Wasser zum Kochen wird heiß genug. Und das Akkuproblem? Die Zeit drängt. Auf der Suche nach Ersatz stößt Fritz auf riesige Sonnenkollektoren und winzige Solarzellen. Mit dem Bau seiner eigenen Solaranlage will er ein für alle Mal sein Stromproblem lösen... Die Schülerinnen und Schüler sollen erfahren, dass Sonnenenergie Wärme und Strom erzeugt. einen Steckbrief der Sonne vervollständigen. überlegen, wann sie selbst die Strahlungsenergie der Sonne gespürt haben. erkennen, wie Lupe und Hohlspiegel Licht bündeln. ein Experiment zur Lichtbündelung durchführen. erfahren, dass Schwarz Sonnenstrahlen absorbiert und Weiß sie reflektiert. ein Experiment dazu durchführen. erfahren, wie die Sonne als Energiequelle genutzt werden kann. die Vorteile der Sonnenenergie erkennen. erfahren, wie die Sonne als Heizung genutzt werden kann. den Begriff Sonnenkollektoren kennen lernen. erfahren, wie mit Spiegeln Sonnenenergie in Kraftwerken eingefangen werden kann (Parabolrinnenkraftwerk und Solarturmkraftwerk). erfahren, wie aus Sonnenenergie Strom erzeugt wird. den Begriff Fotovoltaikanlagen kennen lernen. über die Vor- und Nachteile der Sonnenenergie reflektieren und argumentieren. an einer Sonnenuhr die Zeit ablesen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Texte den richtigen Abbildungen zuordnen. eine Tabelle ausfüllen. Rätselschriften entziffern. Lückentexte ergänzen. ein Kreuzworträtsel lösen. Satzteile richtig zuordnen (Akkusativ-Objekt). nach dem Akkusativ-Objekt fragen. einen Text lesen und weiterschreiben. in Wortreihen passende Wörter markieren. zusammengesetzte Nomen mit "Sonne" bilden. Lernwörter für ein Diktat üben. Die Schülerinnen und Schüler sollen ein englisches Lied singen. englische Wörter für das Lied kennen lernen und die Aussprache am Computer üben. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Maler Vincent van Gogh und sein Bild "Sämann vor untergehender Sonne" kennen lernen. das Bild nachmalen. Die Strahlung der Sonne Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne erzeugte Energie, die als Strahlung zur Erde gelangt und über Hunderte von Jahren relativ konstant ist. Ein Teil dieser Strahlungsenergie wird von bestimmten Bestandteilen der Atmosphäre reflektiert, ein weiterer Teil wird von anderen Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und in Wärme umgewandelt, der dritte und größte Teil geht durch die Atmosphäre hindurch und erreicht uns auf dem Erdboden. Folgen der Einstrahlung Die vordringlichste Folge der Sonnenenergie ist die Erwärmung unseres Planeten, so dass Leben überhaupt möglich ist. Ein weiterer Effekt ist die Fotosynthese der Pflanzen, so dass wir entweder direkt oder indirekt von der Sonnenenergie leben. Sie ist außerdem wichtig zur Erzeugung von Luftdruckunterschieden, die zu den Wetterphänomenen in der Atmosphäre und zum Antrieb des Wasserkreislaufs führen. Nutzung der Sonnenenergie Neben dieser natürlichen Nutzung gibt es zunehmend eine technische, vor allem im Bereich der Energieversorgung. So erzeugen beispielsweise Sonnenkollektoren warmes Wasser. In sogenannten Sonnenwärmekraftwerken kann durch aufwändige Spiegelkonstruktionen Wasserdampf und damit elektrischer Strom erzeugt werden. Solarzellen erzeugen allein durch einfallende Sonnenstrahlen Strom (Fotovoltaik). Pflanzen nutzen die Sonnenstrahlung zum Wachstum (Fotosynthese). Pflanzen und pflanzliche Abfälle wiederum können so verarbeitet werden, dass daraus nutzbare Energieträger entstehen (Rapsöl, Biogas). Die Einstrahlung der Sonne unterliegt tages- und jahreszeitlich bedingten Schwankungen, so dass zusätzliche Maßnahmen nötig sind, um die Energieversorgung konstant zu gewährleisten (Speicherung, Vernetzung mit anderen Energiequellen). Erzeugung von warmem Wasser Sonnenkollektoren auf Hausdächern erwärmen Wasser, das, in Schläuchen ins Haus geleitet und dort in einem Speicher aufbewahrt, einige Tage für Warmwasser und Heizung ausreicht. Da schwarze Flächen Sonnenstrahlen absorbieren, ist die Unterseite dieser Kollektoren entsprechend eingefärbt. Erzeugung von Strom In Fotovoltaikanlagen (Solarzellen) wird die Lichtenergie der Sonne durch die Bewegung der Ionen des Metalls Silizium direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Um den so gewonnenen Gleichstrom ins allgemeine Netz einzuspeisen, muss er allerdings noch mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden. Strom aus solarthermischen Kraftwerken Solarthermische Kraftwerke bündeln das Sonnenlicht mithilfe von Hohlspiegeln. Die so entstandene Hitze erzeugt Wasserdampf, der die Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Dabei fangen in einem Solarturmkraftwerk viele Spiegel die Sonne ein und lenken sie auf einen einzigen Punkt auf dem Turm, während in Parabolrinnenkraftwerken Sonnenstrahlen mit langen Spiegelschüsseln auf schwarze Röhren gelenkt werden und das darin befindliche Wasser erhitzen. Inhalte Die interaktive Lerneinheit (Ausschnitt siehe Abb. 1, zum Vergrößern bitte anklicken) besteht neben der Eingangsseite aus vier weiteren Hauptseiten (Sonnenenergie/ Sprache/ Sunny Song/ Dies und das), zwei Unterseiten zur Ergebniskontrolle, sechs intern verlinkten interaktiven Übungen (HotPotatoes-Übungen/Puzzle) und 24 externen Links. Die Arbeitsanweisungen auf den meisten Arbeitsblättern (bis auf die Arbeitsblätter Nummer 11 und 12) beziehen sich jeweils auf direkt aufrufbare Internetseiten, was natürlich einen Internetzugang voraussetzt. Diese Arbeitsblätter sind besonders gekennzeichnet (durch ein Computer-Symbol), auch auf dem Deckblatt. Die internen Links dagegen können auch offline bearbeitet werden. Zeitlicher Ablauf Organisation des Unterrichts und Zeitraum der Arbeit hängen von der Anzahl der jeweils vorhandenen Computer-Arbeitsplätze ab und davon, ob sie in einem Netzwerk gemeinsamen Zugang zum Internet haben. Als sinnvoll hat sich auf jeden Fall Partnerarbeit erwiesen, da sich zum einen so die Zahl der auf einen Computer wartenden Kinder halbiert und zum anderen die Partner sich gegenseitig unterstützen können. Als zusätzliches Angebot können im Bedarfsfall weitere Arbeitsblätter zur Verfügung gestellt werden, die die in der Lerneinheit angesprochenen Themen vertiefen: zum Beispiel Sachbücher zum Thema anschauen, weitere Wörter mit der Endung -ie aus Wörterbüchern suchen. Die Unterrichtseinheit ist fächerübergreifend angelegt, als Fachlehrkraft haben Sie aber auch die Möglichkeit, nur die Sachthemen zu behandeln und die Fächer Deutsch, Englisch und Kunst auszuklammern, wenn der fächerübergreifende Ansatz aus stundenplantechnischen Gründen nicht oder nur sehr schwer durchführbar ist. Organisation des Ablaufs Wichtig ist außerdem die Organisation des Unterrichtsablaufs. Absprachen bezüglich der Computer-Nutzung müssen getroffen werden, da nicht alle gleichzeitig am Rechner sitzen können. Dabei sollten Vorschläge der Kinder aufgegriffen werden, weil sie erfahrungsgemäß die Einhaltung eigener Vorschläge auch selbst überprüfen. Außerdem ist festzulegen, ob die Arbeit als Partner- oder Gruppenarbeit erfolgen soll. Anschließend muss eine entsprechende Einteilung vorgenommen werden (freie Wahl, Zufallsprinzip durch Ziehen von Kärtchen oder vom Lehrer bestimmt). Es hat sich zudem bewährt, "Computer -Experten" zu wählen, die bei Schwierigkeiten mit dem Medium als erste Ansprechpartner fungieren sollen. So können die Kinder viele Fragen unter sich klären und selbstständig arbeiten. Die Kinder sollten an offene Unterrichtsformen gewöhnt sein. Kenntnisse im Umgang mit dem Internet sind nicht unbedingt nötig, da die Links direkt über die Lerneinheit angesteuert werden und keine Internetadressen eingegeben werden müssen. Erklären sollte man auf jeden Fall, dass die Rückkehr zur eigenen Startseite über den Rückwärtspfeil des Browsers erfolgt. Jedes Kind heftet seine fertigen Arbeitsblätter und gelösten Aufgaben in einem Hefter ab, der nach Abschluss des Projekts eingesammelt und von der Lehrkraft überprüft werden kann. Hier befindet sich eine kurze Einführung in die Arbeit mit der Lernumgebung. Die Kinder können auch zwischendurch davon Gebrauch machen, um sich Dinge ins Gedächtnis zu rufen. Lösung der Rätselschrift auf dem Arbeitsblatt: mehr, jemals, kostenlos, ohne, entlegen, sinnvoll, dort, überall, über, genügend, wirkungsvoll, zusätzlich Zur Erleichterung dürfen die Kinder einen Spiegel benutzen. Diktattext: Solarenergie Die Sonne strahlt mehr Energie aus, als wir jemals verbrauchen können. Wir bekommen sie kostenlos und ohne Schaden für die Umwelt. Deshalb ist es sinnvoll, sie als Energiequelle zu nutzen. Solarmodule können überall aufgestellt werden und brauchen keine Leitung zu Kraftwerken. Deshalb können sie auch entlegene Gegenden mit Strom versorgen. Besonders wirkungsvoll sind sie dort, wo die Sonne oft scheint. In anderen Gebieten braucht man dagegen noch eine zusätzliche Stromversorgung, um auch im Winter über genügend Energie zu verfügen. (80 Wörter) Gemälde mit Sonne Hier geht es zunächst um Vincent van Gogh und sein berühmtes Bild "Sämann vor untergehender Sonne", das die Kinder anschließend nachmalen sollen. Sie lernen den Künstler kennen und schauen sich das Bild im Internet an. Entspannung Das Puzzle zeigt eine Fotovoltaikanlage auf dem Dach und dient der Entspannung. Mithilfe einfacher Mittel (Stöckchen, Stift, Sonne) wird zum Schluss die Zeit bestimmt.

Die Unterrichtseinheit "Keep Cool" fordert Jugendliche heraus, in die Welt der globalen Klimapolitik einzutauchen. Ob online oder klassisch auf dem Brett: Beim beliebten "Keep Cool"-Spiel setzen Jugendliche unser Klima auf's Spiel. "Keep Cool" fördert spielerisch die jugendliche Weitsicht über den Zusammenhang von menschlichem Verhalten und der Entwicklung unseres Klimas. "Keep Cool" kann Lehrkräften zum motivierenden Einstieg in den Themenkomplex "Klimawandel" dienen. Um das Spiel durchzuführen sind keine speziellen Vorkenntnisse seitens der Schülerinnen und Schüler erforderlich. Im Spielverlauf werden aber zahlreiche Themen eingestreut, die nachfolgend im Unterricht vertieft werden können. Zusammenarbeit in Ländergruppen Zunächst sollten die Spielregeln erläutert werden. Dies gelingt am nachhaltigsten, wenn die Lehrkraft dies übernimmt und für erste grundsätzliche Fragen der Lernenden zur Verfügung steht. Jede Ländergruppe bei "Keep Cool" verfolgt ein wirtschaftliches Ziel, das darin besteht, eine bestimmte Anzahl Fabriken aufzubauen, um das eigene Wirtschaftswachstum zu sichern. Dieses wirtschaftliche Ziel ist allen Spielern und Spielerinnen bekannt. Gleichzeitig müssen alle einem politischen Ziel für die eigene Ländergruppe nachkommen. Die politischen Ziele können, wie in der Realität, stark voneinander abweichen oder sogar einander entgegen laufen. Kein Spieler und keine Spielerin kennt die politischen Ziele der anderen. Nur wenn ein Spieler sowohl das wirtschaftliche als auch das politische Ziel erreicht hat, gewinnt er sofort. Investitionen und Politik Das wirtschaftliche Ziel erreicht jeder und jede durchaus allein, indem das Geld, das die Fabriken erwirtschaften, in den Bau neuer Fabriken investiert wird. Das politische Ziel hingegen erreichen die Spieler nur in Zusammenarbeit mit anderen. Das bedeutet, dass neben der Entwicklung einer eigenen Gewinnstrategie ein hohes Maß an Verhandlungsgeschick und Kompromissbereitschaft notwendig ist. Hintergrundinformationen zur Unterrichtseinheit "Keep Cool: Ein Spiel rund ums Klima" Hier gibt es weitere Informationen zum Spiel "Keep Cool". Spielelemente und Ablauf von "Keep Cool" Näheres zum Ablauf von "Keep Cool" und zu den Spielelementen finden Sie hier. Fach- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können nachvollziehen, dass der Mensch durch sein Verhalten und seine Entscheidungen das Weltklima beeinflusst. lernen bedeutende Anpassungsmaßnahmen kennen, die Schutz vor Klimafolgen bedeuten und verinnerlichen präventive Maßnahmen. informieren sich selbstständig über Möglichkeiten politischen Handelns und entwickeln eine persönliche Motivation, für den Klimaschutz aktiv zu werden. entwickeln ein Gefühl für die Schwierigkeiten weltpolitischen Handelns und lernen durch Verhandlungen ihre Interessen (Spielziele) zu verfolgen sowie Kompromisse einzugehen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können verschiedenartige Medien wie Texte, Tabellen, Grafiken und Bilder hinsichtlich relevanter Informationen auswerten. setzen diese Informationen aus verschiedenen Medien miteinander in Verbindung. Der Klimapoker Für die Schülerinnen und Schüler gilt es bei diesem Spiel, in die Rollen der Akteure der Weltwirtschaft zu schlüpfen und wirtschaftliche Interessen durchzusetzen, etwa die der Entwicklungsländer oder die Interessen der von den USA angeführten Industrieländer. Aber auch starke Lobbygruppen wie die Ölindustrie oder Umweltverbände bestimmen bei "Keep Cool" über Sieg oder Niederlage. Nur diejenigen, die wirtschaftliche und politische Interessen unter einen Hut zu bringen vermögen, ohne das Klima dabei zu vernachlässigen, können gewinnen. Dabei müssen die Jugendlichen bei jedem Spielzug zwischen gemeinschaftlichem Klimaschutz und wirtschaftlich-profitablem Handeln abwägen. Das Risiko: Katastrophen wie Dürren, Hochwasser und Krankheiten. Die Chance: Wohlstand für möglichst viele Menschen und ein stabiles Weltklima. Wissenschaftlicher Hintergrund Das Spiel wurde in der Abteilung "Integrierte Systemanalyse" am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) entwickelt. Forschungsschwerpunkt der Wissenschaftler ist die Integration von Erkenntnissen aus verschiedenen Fachdisziplinen, die für Probleme und Chancen globaler Umweltveränderungen bedeutsam sind. Um den Schwierigkeiten interdisziplinärer Arbeit gerecht zu werden, sucht man hier insbesondere nach geeigneten neuen Methoden und nach typischen Mustern globalen Wandels. Dies spiegelt sich im Brettspiel wider, da dort die Bereiche Ökologie, Ökonomie und Politik charakteristisch verzahnt sind. Globale Umweltveränderungen aller Art werden am PIK untersucht. Damit junge Menschen den Klimawandel in all seinen Facetten nachvollziehen können, ist die ganze Wirkungskette bedeutsam: von den Ursachen der globalen Erwärmung über die Klimadynamik und die Klimafolgen bis hin zu politisch-gesellschaftlichen Veränderungen. Wissenschaftliche Modelle aus diesen Bereichen liegen dem Brettspiel zugrunde, sie sind aber im Sinne der didaktischen Reduktion auf den wesentlichen Kern vereinfacht, so dass auch Schülerinnen und Schüler ohne spezielle thematische Vorkenntnisse "Keep Cool" spielen können. Mit einfachen Spielregeln werden aktuelle wissenschaftliche und klimapolitische Themen angeschnitten, wie etwa: Vermeidung von Emissionen, die Ursache der Erderwärmung sind, oder Anpassung an unvermeidliche Veränderungen Zunahme in Häufigkeit und Stärke extremer Klimaereignisse wie Dürren oder Stürme Verteilungsgerechtigkeit in internationalen Klimaverhandlungen Die natürliche Variabilität des Klimas (zusätzlich zum menschlichen Einfluss), so genannte Kohlenstoffsenken und die Bedeutung des technischen Fortschritts für die Transformation der Energiesysteme Drei bis sechs Spielende An einer Runde nehmen drei bis sechs Spielerinnen oder Spieler teil. Die Spieldauer beträgt etwa eine bis anderthalb Stunden. Der Spielplan besteht aus einer Weltkarte und einem Welt-Thermometer. Reihum erhalten die Spieler Geld aus so genannten "grünen oder schwarzen Fabriken". Letztere verbrauchen fossile Energieträger wie Kohle und Öl, wodurch Kohlendioxid ausgestoßen wird und die Temperatur steigt. Die Folge: Katastrophenkarten (wie Sturmfluten, Ernteausfälle oder Buschbrände) kommen zunehmend ins Spiel. Das Knifflige: Die Katastrophen können auch die Spieler mit so genannten "grünen Fabriken" (Wind- und Solarenergie, Energie-Einsparungen) treffen. Wie am besten reagieren? Auf die beschriebenen Risiken können die Spieler verschieden reagieren. Die Pioniere steigen auf grüne Technologien um, gehen damit die Ursachen der Erwärmung an und setzen darauf, dass die Anderen mitziehen. Man kann sich aber auch gegen die Folgen im eigenen Land wappnen und dies aus schwarzer Technologie finanzieren. Innerhalb dieses Interessenskonflikts können die Akteure miteinander verhandeln. Wer zuerst sein geheimes Ziel erreicht, gewinnt. Kollektives Versagen ist - wie im richtigen Leben - auch bei "Keep Cool" möglich: Sollte die Welttemperatur zu stark ansteigen, verlieren alle. Der Spielplan Auf dem Spielplan sind die sechs an "Keep Cool" beteiligten Ländergruppen farbig dargestellt. Genaues Hinsehen lohnt sich, denn Norwegen und Island tauchen bei "USA und Partner" auf. Die Aufteilung richtet sich nach den Hauptfraktionen in den Klimaverhandlungen, und da kooperieren Norwegen und Island mit den USA. Das Karbometer Das Karbometer, das zu Beginn des Spiels mit Kohlechips gefüllt wird, stellt zum einen die Welttemperatur dar, ist zum anderen aber auch Quelle des Einkommens aus schwarzen Fabriken: Durch das Herunternehmen von Kohlechips steigt die Temperatur und das Klima wechselt in bestimmte Intervallen die Farbe. Die Länderkarten Jeder Spieler erhält eine Länderkarte, womit auch die von ihm gespielte Ländergruppe bestimmt ist. Auf der Karte ist zunächst das wirtschaftliche Ziel vermerkt und im Falle der OPEC, der Entwicklungsländer oder der ehemaligen Sowjetunion auch eine Sonderregel. Die Fabriken Fabriken generieren das Einkommen der Spielerinnen und Spieler, sie erhalten zwei Kohlechips pro Spielrunde und Fabrik. Schwarze Fabriken haben zudem einen Einfluss auf das Klima. Das bedeutet, das Einkommen wird vom Karbometer genommen, wodurch sich die Welttemperatur erhöht. Schutzsteine Auf dem Spielplan installierte Schutzsteine verringern den Schaden der Treibhauskarten (nächster Punkt). Je Schutzstein muss ein Kohlechip weniger gezahlt werden. Durch jeden neu gebauten Stein erhöht sich der Preis um einen Kohlechip. Die Gesamtzahl an gebauten Schutzsteinen kann über Sieg oder Niederlage entscheiden. Treibhauskarten Jede Spielpartei erhält einen Satz Treibhauskarten. Diese erläutern klimatische Besonderheiten und klimatische Prognosen für die Region. So wird im Zuge des Klimawandels zum Beispiel für die Mittelmeerregion ein im Allgemeinen trockeneres Klima erwartet, und auch mit einer Häufung von Wald- und Buschbränden ist zu rechnen. Interessensgruppen/Zielkarten Als Vertreter von Interessensgruppen verfolgen alle Spieler unterschiedliche Ziele: je nach Zugehörigkeit zur "Ölindustrie", zur "Wirtschaftswachstum"-Gruppe, zur Gruppe "Neue Technologien" oder "Klimaskeptiker", zu den "Umweltverbänden", zur "Technischen Zusammenarbeit"-Gruppe oder als Vertreter der "Versicherung". Jedes Spiel verläuft anders, da verschiedene politische Ziele ausgelost werden. Damit werden jedes Mal neue Szenarien zukünftiger Entwicklungen spielerisch erzeugt. Möglichkeiten und Grenzen einer nachhaltigen Klimapolitik werden erfahrbar. Die einzelnen Spielelemente vermitteln Fakten zum Klimaproblem und öffnen auch Spielraum für weiterführende Fragen und Diskussionen innerhalb des Klassenraums. Auch wenn die Jugendlichen bereits während des Spiels Einsichten in die Ursachen und Folgen des Klimawandels entwickeln, bietet die Erfahrung eines "Keep Cool"-Spiel im Folgenden auch Nährboden für eine intensivere Behandlung der Themen Klima und Klimawandel im Unterricht.

Im literaturgeschichtlichen Unterricht der Sekundarstufe II nimmt die Epoche der Romantik großen Raum ein. Dieser Unterrichtsvorschlag nutzt den Digitalen Grimm, um sprachliche Phänomene der Epoche zu verdeutlichen.Oft wird bei der Arbeit zur Epoche der Romantik auf die Brüder Grimm als die Sammler und Herausgeber der Märchen verwiesen, in deren volkstümlicher Sprache und Gedankenwelt sie die deutsche Volksseele manifestiert sahen. Doch sollten die Grimms auch mit ihrem eigentlichen Hauptwerk im Unterricht zu Wort kommen. Das gelingt im Zusammenhang mit der Arbeit an zeitgenössischen, romantischen Texten. Joseph von Eichendorff: Wünschelrute In Eichendorffs programmatischem Lied kommen einige Begriffe vor, deren Bedeutung mithilfe des Wörterbuches erhellt werden kann. Joseph von Eichendorff: Wünschelrute Schülerinnen und Schüler sollen das Gedicht lesen und problematische Wörter neu definieren. E.T.A. Hoffmann: Lebensansichten des Katers Murr E.T.A. Hoffmanns "Lebensansichten des Katers Murr" zeichnet sich durch mitunter recht vergnügliche Ironie aus, wie der folgende Ausschnitt belegt. E.T.A. Hoffmann: Kater Murr Schülerinnen und Schüler ersetzen romantische durch aktuell gebräuchliche Begrifflichkeiten. Die Schülerinnen und Schüler machen problematische Begriffe in vermeintlich klaren Kontexten aus. schlagen solche Begrifflichkeiten im "Deutschen Wörterbuch" (im Digitalen Grimm) nach. formulieren eigene (zeitgenössische) Definitionen. Wünschelrute Schläft ein Lied in allen Dingen, Die da träumen fort und fort. Und die Welt hebt an zu singen, Triffst du nur das Zauberwort. Zwar ist die Sprache in diesem kurzen Gedicht so einfach, dass gerade darin ein Teil seines Reizes liegt, doch lassen sich zu den Wörtern Wünschelrute, anheben und Zauberwort umfangreiche Erklärungen finden. Begriffsdefinitionen Im Unterricht kann zunächst versucht werden, ungewöhnliche oder besonderen Sinn tragende Begriffe selbst zu definieren. Mit der Aufgabe "Was genau bedeuten Wünschelrute / anheben / Zauberwort?" kommen die Schülerinnen und Schüler zu modernen Umschreibungen dieser Begriffe. Vergleich der Definitionen mit dem Grimm Im zweiten Schritt werden die eigenen Formulierungen mit denen des Grimmschen Wörterbuchs verglichen. Dabei wird deutlich, dass der Informationsgehalt der Wörterbucheinträge meist um ein Vielfaches größer ist als der der eigenen Texte. Mitunter wird auch ein falsches Textverständnis korrigiert. Zwar wird Eichendorff mit seinen Gedichten im Quellenverzeichnis geführt, doch dient das zitierte Gedicht nicht als Beleg für die untersuchten Wörter. Aber über den Gebrauch des Wortes "Sommernacht" - nicht nur bei Eichendorff - informiert der betreffende Wörterbucheintrag. Der großherzogliche Exkapellmeister Kreisler philosophiert über seine Heirats-Chancen bei der Damenwelt. Da begann aber auf Kreislers Antlitz jenes seltsame Muskelspiel, das den Geist der Ironie zu verkünden pflegte, der seiner mächtig worden. »Hoho,« sprach er, »hoho! Ew. Hochehrwürden haben unrecht, haben durchaus unrecht. Ew. Hochwürden irren sich in meiner Person, werden konfuse durch das Gewand, das ich angelegt, um en masque einige Zeit hindurch die Leute zu foppen und, selbst unerkannt, ihnen ihre Namen in die Hand zu schreiben, damit sie wissen, woran sie sind! - Bin ich denn nicht ein passabler Mensch, noch in den besten Jahren, von leidlich hübschem Ansehn und sattsam gebildet und artig? - Kann ich nicht den schönsten schwarzen Frack ausbürsten, ihn anlegen und, was die Unterkleider betrifft, ganz Seide keck hineintreten vor jede rotwangichte Professors-, vor jede blau- oder braunäugichte Hofratstochter und, alle Süßigkeit des zierlichsten Amoroso in Gebärde, Antlitz und Ton, ohne weiteres fragen: 'Allerschönste, wollen Sie mir Ihre Hand geben und Ihre ganze werte Person dazu, als Attinenz derselben?' Und die Professorstochter wurde die Augen niederschlagen und ganz leise lispeln 'Sprechen Sie mit Papa!' oder die Hofratstochter mir gar einen schwärmerischen Blick zuwerfen und dann versichern, wie sie schon lange im stillen die Liebe bemerkt, der ich nun erst Sprache geliehen, und beiläufig vom Besatz des Brautkleides sprechen. Und, o Gott! die respektiven Herrn Väter, wie gern würden sie die Tochter losschlagen auf das Gebot einer solchen respektablen Person als es ein großherzoglicher Exkapellmeister ist! - Aber ich könnte mich auch versteigen in das höhere Romantische, eine Idylle beginnen und der glauen Pachterstochter mein Herz offerieren und meine Hand, wenn sie eben Ziegenkäse bereitet, oder, ein zweiter Notar Pistofolus, in die Mühle laufen und meine Göttin suchen in den Himmelswolken des Mehlstaubs! - Wo würde ein treues ehrliches Herz verkannt werden, das nichts will, nichts verlangt als Hochzeit - Hochzeit - Hochzeit! - Kein Glück in der Liebe? - Ew. Hochehrwürden bedenken gar nicht, daß ich eigentlich recht der Mann dazu bin, um in der Liebe ganz horrend glücklich zu sein, deren einfaches Thema weiter nichts ist als: 'Willst du mich, so nehm' ich dich!' dessen weitere Variationen nach dem Allegro brillante der Hochzeit dann in der Ehe weiter fortgespielt werden. Hoffmann: Lebensansichten des Katers Murr, S. 444 f. Digitale Bibliothek Band 1: Deutsche Literatur, S. 86674-86676 (vgl. Hoffmann-PW Bd. 5, S. 444 f.) (Un)bekannte Begriffe In dem Text kommen mehrere heute ungebräuchliche Begriffe vor, die mithilfe des Digitalen Grimm geklärt werden können. Auf Grund ihres Fremdwortcharakters sind die folgenden Begriffe nicht enthalten: "en masque", "Ironie", "Amoroso", "Attinenz", "respektabel" und "Idylle". Dagegen finden sich aufschlussreiche Erklärungen zu "foppen", "passabel", "leidlich", "sittsam", "rotwangicht" (zu rotwangig), "lispeln", "Besatz", "glau", "offerieren" und "Notar". Gerade das alte deutsche Adjektiv "glau", das heute völlig unbekannt ist, wird sehr differenziert erläutert. Arbeitsauftrag Schreibgewandte Schülerinnen und Schüler könnten versuchen, den Abschnitt der Erzählung in modernes Deutsch zu übertragen, indem sie alle ungebräuchlichen oder ungewöhnlichen Wörter durch heute geläufige Begriffe ersetzen. Einsatz des Grimm Bei der Erschließung unbekannter Begriffe leistet der Digitale Grimm gute Dienste. Im Anschluss an die Formulierungsübung vergleichen die Schülerinnen und Schüler ihre unterschiedlichen modernen Textfassungen, begründen ihre Entscheidung für die eine oder andere Wortersetzung und diskutieren, ob der neue Text ebensolchen ästhetischen Ansprüchen genügt wie Hoffmanns ironisch gemeintes Original. Gotthelf: Die schwarze Spinne Alternativ könnte auch der Anfang der Novelle "Die schwarze Spinne" von Jeremias Gotthelf analysiert oder in Ausschnitten "übersetzt" werden. Suchbegriffe Bei der Lektüre fallen viele unbekannte Begriffe auf, die im Digitalen Grimm eine Erklärung erfahren, zum Beispiel: "Nidel/Nidle", "Anken", "Züpfe", "Götti", "Kachel/Kacheli", "Weinwarm", "Lulli/Luller" oder "tubaken". Dagegen fehlen die Wörter "Einbund", "verbeiständet", "Meyer", "Schlärpli" und "Meitschi". Die meist mehrfachen Belegstellen lassen sich durch die Suchfunktion in der Digitalen Bibliothek leicht auffinden.