Bedeutung und Arbeit des Deutschen Bundestages berühren zentrale Themen der politischen Bildung. Insbesondere Demokratieverständnis, Wahlrecht und Wahlsystem sowie die Gesetzgebung sind zentrale Themenfelder, die in dieser überblicksartig gestalteten Einheit behandelt werden sollen. Der Deutsche Bundestag informiert mit drei großen Internetportalen über seine vielfältige Arbeit. Neben dem Portal " www.bundestag.de " hält der Bundestag mit " www.mitmischen.de " und " www.kuppelkucker.de " auch zwei Angebote speziell für Jugendliche und Kinder bereit, in welchen auch die Möglichkeiten des aktiven Mitwirkens eröffnet wird. Diese flexibel einsetzbare Unterrichtseinheit soll grundlegende Kenntnisse zum Deutschen Bundestag vermitteln und aktuelle parlamentarische Themen jugendgerecht aufbereiten. Dabei werden die Schülerinnen und Schüler auch zur aktiven Recherche auf den Jugendseiten des Bundestages www.mitmischen.de angeregt. Die Unterrichtseinheit ist dabei so gestaltet, dass Lehrkräfte auch in einer einzelnen (Vertretungs-)Stunde relevante Inhalte rund um den Deutschen Bundestag mit ihren Schülerinnen und Schülern erarbeiten können. Die aktuell geltenden nationalen Bildungsstandards für den Politikunterricht sowie die Leitfäden zur Demokratiebildung der Bundesländer fordern die Ausbildung von politischer Urteilsfähigkeit, politischer Handlungsfähigkeit und methodischer Fähigkeiten. Schülerinnen und Schüler sollen dazu befähigt werden, ihre Bürgerrolle wahrzunehmen und politische und gesellschaftliche Prozesse aktiv mitzugestalten. Die Aufgaben dieser Einheit sind so gestaltet, dass die Lehrkraft als Moderatorin schülerinterner Arbeiten und Diskussionen im Hintergrund bleiben kann. Die Gesprächsleitung in Plenumsphasen kann – je nach Vorkenntnissen und sonstiger Unterrichtskonzeption – an vielen Stellen von den Lernenden selbst übernommen werden. 1 – Aufgaben den Bundestages Zu den wichtigsten Aufgaben des Deutschen Bundestages zählt, dass er über Gesetze entscheidet und diese verabschiedet. Dies erfahren die Lernen in Teil 1 dieser Unterrichtseinheit. 2 – Die Abgeordneten In Teil 2 recherchieren die Lernenden, wie die alltägliche Arbeit der Abgeordneten in und außerhalb der sogenannten Sitzungswochen aussieht. 3 – Die Wahl der Abgeordneten Wie funktioniert das mit den Stimmen genau? Teil 3 ermuntert die Schülerinnen und Schüler, die Regeln der Bundestagswahl zu recherchieren. 4 – Die Gremien des Bundestags Die Gremien des Bundestages sind das zentrale Thema des vierten Teils dieser Unterrichtseinheit. 5 – Wahl des Bundeskanzlers / der Bundeskanzlerin Die Wahl des Regierungschefs ist eine wichtige Aufgabe des Deutschen Bundestages. Teil 5 hat diese Wahl zu Thema. 6 – Weg der Gesetzgebung Der Deutsche Bundestag ist der Ort der Gesetzgebung. In Teil 6 erarbeiten die Schülerinnen und Schüler den Gesetzgebungsprozess. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Aufgaben des Deutschen Bundestages. lernen Wahl und Aufgaben der Abgeordneten kennen. kennen die Gremien des Deutschen Bundestages sowie ihre Aufgaben. erarbeiten zentrale Informationen zur Wahl des Bundeskanzlers oder der Bundeskanzlerin. vollziehen den Weg der Gesetzgebung nach. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen interaktive Online-Angebote. sammeln durch Internetrecherchen auf den Jugendseiten des Bundestages ( www.mitmischen.de ) gezielt Informationen. verwenden Web 2.0 Tools wie Wiki oder Blog zur Ergebnissicherung. Der Deutsche Bundestag ist der zentrale Ort der politischen Auseinandersetzung. Als eines von fünf ständigen Verfassungsorganen erfüllt das Parlament, neben vielen weiteren, vier zentrale Aufgaben: Entscheidung über Gesetze Verabschiedung des Bundeshaushaltes Kontrolle der Regierung Wahl der Bundeskanzlerin oder des Bundeskanzlers Den Schülerinnen und Schülern wird zum Einstieg die folgende Frage gestellt: Was ist der Bundestag? Die erwarteten Antworten reichen dabei von "architektonischen Aspekten" über politisch-inhaltliche Antworten bis hin zu korrekten Definitionen. Diese Aspekte werden gesammelt und sortiert für alle sichtbar notiert. Hier kann eine Filterung im Hintergrund durch die Lehrkraft erfolgen. Die Lernenden werden, den gesammelten Aspekten folgend, in fünf bis sieben Kleingruppen aufgeteilt, die sich online über jeweils einen Aspekt des Aufgabenspektrums des Bundestages informieren. Ergebnissicherung Ihre Ergebnisse halten die Lernenden auf einer Folie in einem Präsentationsprogramm fest. In Form von Mini-Referaten tauschen die Schülerinnen und Schüler ihr neu erworbenes Wissen aus. Zudem sollen sie ein Glossar der politischen Fachbegriffe erstellen, denen sie im Verlauf der Beschäftigung mit dem Deutschen Bundestag begegnen werden. Dies kann auch mithilfe eines Wikis erfolgen, auf das alle Lernenden zugreifen können, etwa in einem virtuellen Klassenraum. Nachhaltige Ergebnisnutzung Das erstellte Glossar kann auch im Rahmen der Behandlung von anderen politischen Themen genutzt und erweitert werden. Durch die aktive Beschäftigung mit den Inhalten wird sichergestellt, dass sich die Lernenden die Begriffe besser merken können. Als Hausaufgabe werden die Gruppenthemen neu verteilt, und die Lernenden recherchieren frei im Netz zu den jeweils neuen Themenfeldern. In der Folgestunde werden zu Beginn neue Erkenntnisse ausgetauscht sowie die Ergebnisse in Textform zum Download, etwa über eine gemeinsame Dateiablage oder die Schulhomepage, für alle Lernende verfügbar gemacht. Hintergrund Der Deutsche Bundestag vertritt den Willen des Volkes, deswegen werden die Abgeordneten auch als Volksvertreter bezeichnet. Die Abgeordneten im Bundestag sind auf Bundesebene die einzigen Personen, die von den Bürgerinnen und Bürgern gewählt werden. Was macht ein Abgeordneter? Die Lernenden benennen zunächst verschiedene Vorurteile, die sie allgemein im Zusammenhang mit der Arbeit der Bundestagsabgeordneten schon einmal gehört haben. Zu erwarten sind dabei auch Antworten dergestalt, dass die Abgeordneten zu wenig arbeiten und zu viel verdienen würden. Es muss auch mit Antworten dahingehend gerechnet werden, dass die Abgeordneten oft nicht wüssten, was die Bürgerinnen und Bürger wirklich bewegt und sie sich meist um unwichtige Dinge kümmerten. Im Anschluss an diese Gedankensammlung benennen die Schülerinnen und Schüler konkrete Aufgaben der Abgeordneten und schätzen ab, wie hoch die monatliche Summe ist, die ein Abgeordneter für seine Arbeit erhält. Nun recherchieren die Lernenden (in Kleingruppen) die grundlegenden Fakten rund um die Aufgaben der Abgeordneten des Deutschen Bundestages im Internet. Ergebnissicherung Die Schülerinnen und Schüler greifen die zum Einstieg gesammelten Gedanken und gegebenenfalls die aufgezählten Vorurteile auf und reflektieren diese vor dem Hintergrund der durch die Recherche auf mitmischen.de gesammelten Informationen. Dies kann in tabellarischer oder in Textform geschehen. Abschließend bewerten sie, inwiefern die Vorurteile durch die realen Gegebenheiten und durch den Vergleich mit der privaten Wirtschaft widerlegt werden. Zudem wird das Glossar (Wiki) um neue Einträge ergänzt sowie gegebenenfalls überarbeitet und erweitert. Zur Konkretisierung der im Rahmen dieser Einheit erarbeiteten Aufgaben eines Abgeordneten suchen die Lernenden im Internet zunächst nach Websites, Blogs und/oder Twitter-Feets von Bundestagsabgeordneten. Anschließen erarbeiten sie, gegebenenfalls in Kleingruppen, auf Basis der dort abrufbaren Informationen ein Kurzporträt der recherchierten Person und skizzieren einen konkreten Arbeitstag als Mini-Präsentation. Darüber hinaus können die Ergebnisse als Einträge in einem Blog der Klasse aufbereitet und dort von den anderen Lernenden kommentiert werden. Hintergrund Bei der Bundestagswahl haben die Wähler nicht eine, sondern zwei Stimmen. Es gibt die Erststimme und die Zweitstimme. Aber wofür sind überhaupt zwei Stimmen notwendig? Und wie läuft eine Wahl ab? Das Grundgesetz schreibt in Artikel 38 vor, dass die Abgeordneten in "allgemeiner, unmittelbarer, freier, gleicher und geheimer Wahl" gewählt werden sollen. Diese zentrale Aussage stellt die Lehrkraft ohne weitere Erläuterung in den Raum, etwa als Tafelanschrieb oder per Beamer oder Whiteboard. Zum Einstieg in die weiterführende Beschäftigung mit dem Thema diskutieren die Lernenden nun, was unter dieser grundgesetzlichen Vorgabe eigentlich zu verstehen ist. Daraufhin wird im Plenum zusammengetragen, was den Schülerinnen und Schülern über die Wahl der Bundestagsabgeordneten bereits bekannt ist. Dieses Vorwissen wird dabei an Flipchart, Tafel oder Board fixiert sowie gleichzeitig strukturiert. Anhand der bei mitmischen.de abrufbaren Informationen können die Lernenden die im Plenum zusammengetragenen Informationen anschließend in Partnerarbeit beziehungsweise in themenspezifischen Kleingruppen verifizieren und dabei gegebenenfalls korrigieren. Ergebnissicherung Zunächst skizzieren die Lernenden die Grundzüge der Bundestagswahl schriftlich oder als Schaubild und ergänzen das zuvor erstellte Glossar um die zentralen Begriffe, die im Gespräch genannt wurden. Anschließend vergleichen die Schülerinnen und Schüler ihr Vorwissen damit und reflektieren die dabei aufgetretenen Differenzen. Zur weiteren Vertiefung können sich die Lernenden in Einzelarbeit mit bisher nicht genannten wichtigen Aspekten des Wahlsystems, etwa dem System der Erst- und Zweitstimme, der Fünf-Prozent-Hürde oder den Überhangmandaten, beschäftigen und diese kritisch analysieren. Zudem können sie schriftlich ausarbeiten, inwieweit neue Formen der Bürgerbeteiligung jenseits der Wahl des Deutschen Bundestages denkbar wären, und ihre Arbeitsergebnisse in der Folgestunde im Plenum mit den Vor- und Nachteilen diskutieren. Alternativ kann die Diskussion auch im Rahmen eines Forums innerhalb einer virtuellen Klasse stattfinden. Hintergrund Das Plenum des Deutschen Bundestages kennt jeder: Hier kommen die Abgeordneten zusammen, um zu debattieren und über Gesetze abzustimmen. Ein Großteil der parlamentarischen Arbeit wird aber in anderen Gremien geleistet. Eine zentrale Rolle spielen die Ausschüsse, und im besonderen Blickpunkt stehen oftmals die Untersuchungsausschüsse. Direkten Bürgerkontakt hat der Petitionsausschuss. Die Lehrkraft konfrontiert die Schülerinnen und Schüler mit den Namen der zentralen Bundestagsgremien jenseits des Plenums, die auf A4-Zettel gedruckt sind: Präsidium, Bundestagspräsident, Ältestenrat, Ausschüsse, Untersuchungsausschüsse, Enquete-Kommissionen, Petitionsausschuss und Wehrbeauftragter. Diese Begriffe werden nun auf Kleingruppen verteilt, und diese überlegen jeweils, was sich hinter diesen Gremien verbirgt, welche Aufgaben sie haben und welche Personen darin arbeiten. Ihre Überlegungen notieren sie auf dem zuvor verteilten Wort-Blatt. Im Plenumsgespräch werden die Arbeitsergebnisse vorgestellt und durch einzelne Lernende in Stichpunkten an der Tafel (oder via Beamer oder Whiteboard) festgehalten. Die Gruppen recherchieren bei mitmischen.de und vergleichen die Rechercheergebnisse mit den zuvor erarbeiteten Überlegungen. Ergebnissicherung Die anfangs vorgestellten Gremien werden nun, wieder in Gruppenarbeit, als Begriffe schriftlich fixiert und anschließend in das Glossar (Wiki) übertragen. Vertiefend kann man nun aktuelle politische Vorgänge aufgreifen, etwa die Einsetzung eines Untersuchungsausschusses, und sich anhand dieser intensiver mit einzelnen Bundestagsgremien beschäftigen. Die Schülerinnen und Schüler schauen sich zunächst den auch auf mitmischen.de abrufbaren Videoclip über die Ausschüsse des Deutschen Bundestages an. Anschließend informieren sie sich in Kleingruppen auf der Website bundestag.de weitergehend über die verschiedenen Ausschüsse und stellen jeweils einen - nämlich den von ihnen begründet favorisierten - Ausschuss exemplarisch vor. Hintergrund Auch wenn es im Wahlkampf manchmal anders scheint: Der Bundeskanzler oder die Bundeskanzlerin wird in Deutschland nicht direkt durch das Volk, sondern durch die Abgeordneten des Deutschen Bundestages gewählt. Neben der Gesetzgebung und der Kontrolle der Regierungsarbeit ist die Kanzlerwahl eine wichtige Aufgabe, die für jeden neuen Bundestag zu Beginn der Wahlperiode ansteht. Die Schülerinnen und Schüler schauen sich den auf mitmischen.de abrufbaren Artikel über die Bundestagswahl und das Zustandekommen der Kanzlerwahl an. Anschließend besprechen die Lernenden im Plenum, wie die Wahl abgelaufen ist und welche Rolle der Amtseid dabei spielt. Die Abgeordneten des Bundestages wählen also die Bundeskanzlerin oder den Bundeskanzler, doch kann sie oder er von diesen auch wieder abgewählt werden? Diese Frage stellt die Lehrkraft im Plenum zur Diskussion, und die Lernenden überlegen, wie dies funktionieren könnte. Abschließend recherchieren die Lernenden bei mitmischen.de, welche Bedingungen bei der Abwahl eines Bundeskanzlers oder einer Kanzlerin im Rahmen eines sogenannten konstruktiven Misstrauensvotum erfüllt sein müssen. Ergebnissicherung Die Schülerinnen und Schüler schreiben jeweils einen kurzen Blogbeitrag dazu, welche Informationen sie dem Artikel entnommen haben. Die Beiträge können direkt veröffentlicht oder zur späteren Publikation gesammelt werden. Zudem halten die Lernenden in Form einer Präsentation oder eines Schaubildes fest, wie ein konstruktives Misstrauensvotum zur Abwahl eines Bundeskanzlers abläuft, und ergänzen darüber hinaus das Glossar um die neuen Begriffe. Zur weiteren Vertiefung recherchieren die Lernenden im Internet, wie viele konstruktive Misstrauensvoten es in der Geschichte der Bundesrepublik bislang gegeben hat und wie diese ausgegangen sind. Die Recherche-Ergebnisse werden tabellarisch aufbereitet. Hintergrund Der Deutsche Bundestag ist der Ort der Gesetzgebung. Die Abgeordneten entscheiden im Plenum darüber, welche Gesetze in Kraft treten und für uns alle verbindlich sein sollen. Gesetzesentwürfe werden dabei im Bundestag in mehreren Stationen geprüft, diskutiert und sehr oft überarbeitet, bevor sie verabschiedet werden. Wie kommt ein Gesetz überhaupt zustande? Mit dieser Frage werden die Lernenden zum Einstieg in die Bearbeitung des Themas konfrontiert. Die Lehrkraft benennt über Karteikarten oder einen Anschrieb an Tafel oder Board zunächst die politischen Akteure, die neben dem Bundestag in diesem Prozess beteiligt sind: Bundesregierung, Bundesrat und Bundespräsident. Nun überlegen die Lernenden im Plenum, wie der Bundestag beziehungsweise seine Gremien sowie die anderen Akteure zusammenarbeiten, damit ein Gesetz schließlich in Kraft treten kann. Ein Schüler oder eine Schülerin moderiert diese Phase. Die Lehrkraft hält die in dem Plenumsgespräch genannten Begriffe und Stationen im Hintergrund fest (Tafel, Beamer, Whiteboard), ordnet und ergänzt diese gegebenenfalls. Schließlich recherchieren die Lernenden bei mitmischen.de die weiteren Details zu den Gremien oder Stationen, die in die Erarbeitung von Gesetzen involviert sind. "Wir geben uns ein Gesetz" Der Weg der Gesetzgebung wird abschließend grafisch zusammengefasst und die verschiedenen Begriffe in das Glossar aufgenommen. In einem (stark verkürzten) Rollenspiel kann zudem der grundsätzliche Ablauf der Gesetzgebung nachvollziehbar gemacht werden: Zunächst verteilen sich die die Lernenden auf die verschiedenen Akteure (Bundesregierung, Bundestag und Ausschüsse, Bundesrat, Bundespräsident). Die Bundesregierung startet nun eine Gesetzesinitiative und schlägt ein Gesetz vor, etwa die Einführung einer Geldstrafe bei häufigem Zuspätkommen. Dieses muss nun die verschiedenen Stationen passieren und wird dabei immer wieder verändert, bevor es schließlich dem Bundespräsident zur Unterschrift vorgelegt oder vom Bundestag beziehungsweise dem Bundesrat abgelehnt wird. Das nächste Thema Die Gruppen, bei denen das "Gesetz" noch nicht zur Diskussion angekommen ist oder die es bereits bearbeitet haben, haben den Auftrag, sich zu überlegen, welchen Gesetzvorschlag sie als nächstes anstoßen würden. Das Thema notieren Sie abschließend plakativ auf Papier. Die Lernenden sollen sich auf mitmischen.de über aktuelle Gesetzgebungsverfahren informieren und jeweils den aktuellen Stand skizzieren. Dabei sollen sie vor allem darstellen, an welcher Stelle sich das Gesetz gerade befindet und welche Stationen noch ausstehen. Freiwillige formulieren und begründen ergänzend ihre Meinung zu diesem Gesetz.

In dieser Unterrichtseinheit sollen die Schülerinnen und Schüler interaktive Übungen zur Lernumgebung „Der programmierbare Roboterarm“ selbstständig bearbeiten. Die hier vorgestellten Übungen beziehen sich auf die Arbeit mit der Lernumgebung Der programmierbare Roboterarm , die für den Lernbereich Problemlösen mit Algorithmen entwickelt wurde. Die Materialien basieren auf Arbeitsblättern mit eingebundenen Videosequenzen und interaktiven Übungen. Sie sollen im Rahmen des Lernbereichs "Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung" unterrichtsbegleitend zur Lernumgebung eingesetzt werden. Für Lehrerinnen und Lehrer stehen Musterlösungen im Bereich "Mein LO" zur Verfügung. Videos und interaktive Übungen Der "Programmierbare Roboterarm", der den hier vorgestellten Materialien zugrunde liegt, setzt jede Eingabe der Schülerinnen und Schüler bildlich um. Durch die so erreichte Anschaulichkeit ist der Lernerfolg "vorprogrammiert". Diese bildliche Ebene eignet sich auch hervorragend für diverse Aufgabenstellungen. Die Arbeitsblätter dieser Unterrichtseinheit greifen das Thema Roboterarm auf und verknüpfen Videosequenzen mit interaktiven Aufgabestellungen. Hinweise zur Technik Da die Videosequenzen in der Regel über das Internet geladen werden, sollte eine schnelle Internetverbindung bestehen. Außerdem muss der Flash-Player installiert und aktiviert sein, da der in die Arbeitsmaterialien integrierte Videoplayer "flowplayer-3.1.5" auf Flash basiert. Alternativ können die Materialien auch offline genutzt werden. Einführung der Lernumgebung per Beamer Schülerinnen und Schüler der Klasse 8 sind den Einsatz interaktiver Arbeitsblätter oft noch nicht gewohnt. In diesem Fall sollte der Umgang mit den Materialien zunächst von der Lehrperson per Beamer gezeigt werden. Insbesondere der Umgang mit Videos und JavaScript sollte demonstriert werden. Ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise - unter Beachtung der Großschreibung - führt zu erhöhter Konzentration und damit weniger Frusterlebnissen. Die stellen sich ein, wenn Fragen zwar inhaltlich richtig, aber in falscher Schreibweise beantwortet wurden. Dynamische Arbeitsblätter Die Inhalte der vier Arbeitsblätter werden kurz beschrieben und die interaktiven Übungen per Screenshot vorgestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen im Lernbereich "Computer verstehen: Daten und Strukturen" das Prinzip Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe auf Vorgänge im Alltag übertragen, hier auf die Bedienung technischer Geräte (Klasse 7). im Lernbereich "Computer nutzen und anwenden: Objekte - Attribute - Methoden" konkrete Objekte einem Modell zuordnen (Objekt - Attribut - Attributwert) und die UML-Notation (Unified Modeling Language) kennenlernen (Klasse 7). im Lernbereich "Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte" Klassen aus der Erfahrungswelt (Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode) kennenlernen (Klasse 8). im Lernbereich "Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung" mit den Begriffen Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit) und Programmstrukturen (Folge, Wiederholung, Verzweigung) arbeiten (Klasse 8). Problemlöseprozesse kennenlernen: Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test, Dokumentation Thema Übungsserie zum "Programmierbaren Roboterarm" Autor Jens Tiburski Fächer Informatik, Mathematik Zielgruppe Klasse 7 und 8, bis Jahrgangstufe 12 (Prüfungsvorbereitung) Zeitraum 4-8 Stunden, je nach Vertiefung Technische Voraussetzungen im Idealfall ein Computer pro Person, Internetzugang, Flash-Player, JavaScript Vier Anweisungen, zwei Sensoren Die Einführung in die Problemlösung mit Algorithmen beginnt im Allgemeinen mit linearen Algorithmen - also der sequenziellen Programmierung. Diese lineare Abfolge von Anweisungen führt jedoch mit jedem Befehl (Methodenaufruf) zu einer Veränderung von Sensorzuständen. Auf diesen elementaren Zusammenhang zwischen Methodenaufruf und Attributwertänderung gehen die ersten beiden Arbeitsblätter ein. Ausgangspunkt ein Video, das in das Arbeitsblatt eingebunden ist (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Ziel ist es nicht nur den Algorithmus - also das verwendete Programm - zu erkennen, sondern vor allem ein vollständiges Zustandsdiagramm mit allen Methodenaufrufen und den sich daraus ergebenden Änderungen der Sensorenzustände zu erfassen. Das erste Arbeitsblatt beschränkt sich dabei auf einen Algorithmus mit nur vier Anweisungen und zwei Sensoren. Acht Anweisungen, drei Sensoren Das zweite Arbeitsblatt (Abb. 2) ist dann schon komplexer. Der Algorithmus umfasst hier acht Anweisungen, welche sich auf alle drei Sensoren des Roboterarms beziehen. Als Hilfe wird das UML-Diagramm (Unified Modeling Language, Vereinheitlichte Modellierungssprache) des Roboterarms angezeigt, das eine Übersicht aller einzusetzenden Werte bietet. Schleifen Nach der sequenziellen Programmierung erfolgt die Strukturierung von Algorithmen. Als erste Kontrollstruktur wird die Wiederholung gleicher Sequenzen - sogenannter Schleifen - behandelt. Das dritte Arbeitsblatt (Abb. 3) widmet sich diesem Thema. Auch hier werden verschiedene Videosequenzen abgespielt. Die Schülerinnen und Schüler müssen diese zunächst sequentiell erfassen, um sie anschließend - unter Verwendung von Schleifen - in strukturierte Programme umzuwandeln. Nach der Absolvierung der Aufgaben werden die Lernenden aufgefordert, die dazugehörigen Struktogramme zu entwickeln. Bedingte Verzweigung Das vierte Arbeitsblatt stellt die höchsten Ansprüche an die Schülerinnen und Schüler. Hier müssen komplexe verzweigte Algorithmen mit den dazugehörigen Struktogrammen (Abb. 4) in Übereinstimmung gebracht werden. Das erfordert in hohem Maße strukturiertes Denkvermögen. Die Einschätzung der fehlerfreien Arbeitsweise der Algorithmen sowie ihrer Effizienz lässt sich natürlich mithilfe des Programms "Der programmierbare Roboterarm" nachprüfen - die eigentliche Schwierigkeit ist aber die Beantwortung der Fragen durch eigene Überlegungen. Den Abschluss der Übungsserie bildet dann wieder die Vorführung von Videosequenzen, aus denen der entsprechende Algorithmus abzuleiten ist. Wichtig ist dabei die Erkenntnis, dass die Algorithmen im Prinzip nur bei zu schweren Kugeln voneinander abweichen - wenn alle Kugeln im Limit von 300 Kilogramm liegen, arbeiten alle Algorithmen identisch!

In der Einheit "Fibonaccizahlen, Automaten und Strichcodes" soll den Lernenden ein Einblick in das Denken in Strukturen aus der Informatik an einem aus dem Alltag bekannten Problem mit Strichcodes nahegebracht werden.Strichcodes sind auf allen Produkten zu finden; an der Kasse werden über Strichcodes Produkten Preise zugeordnet. Aber wie viele verschiedene Strichcodes gibt es eigentlich? Da gewisse Bedingungen an die Folge von schwarzen und weißen Strichen zu stellen sind, eignen sich Automaten aus der Informatik als Mittel, um hier kombinatorische Fragestellungen zu lösen. Das Thema "Fibonaccizahlen, Automaten und Strichcodes" im Unterricht Die Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe dieser Unterrichtseinheit Automaten kennenlernen. Sie üben sich außerdem im Umgang mit irrationalen Wurzeln und dem Satz des Pythagoras. Zudem gewinnen sie Einblick in die Lösung kombinatorischer Fragestellungen mit Automaten. Als Hilfsmittel wird dabei Excel (oder ein anderes Tabellenkalkulationsprogramm) verwendet. Vorkenntnisse Grundkenntnisse der Kombinatorik sind für diese Einheit nötig. Allerdings genügen hier schon die Kenntnis der Fakultät, so des Zählprinzips. Mithilfe dieser Grundlagen ist ein einfacher Einstieg in den Bereich möglich. Da Tabellenkalkulationen zur Bestimmung von Werten verwendet werden, sollte diese bekannt und der Umgang vertraut sein. Didaktische Analyse Gelingt es den Lernenden Darstellungen in Automaten in einer Tabellenkalkulation zu nutzen, um Anzahlen von Möglichkeiten zu bestimmen? Während das Mittel "Zustandsautomaten" den Schülerinnen und Schülern neu sein sollte, wird ihnen der Umgang mit Tabellenkalkulationen vertraut sein. Zustandsautomaten bei der bearbeitenden Fragestellungen sind leicht überblickbar. Deswegen eignet sich das Thema zum Kennenlernen dieses Mediums. Methodische Analyse Da die Schülerschaft viel in Anwesenheit der Lehrkraft erarbeiten soll, können Fragen zu verschiedenen Zeitpunkten möglich sein. Dies ist für Lernende motivierend, da sie wissen, dass ihnen bei Schwierigkeiten an der richtigen Stelle geholfen wird. Die Arbeiten außerhalb des Unterrichts werden in den darauffolgenden Stunden ausführlich besprochen, damit auch dort Rückmeldungen zu allen möglichen Schwierigkeiten erfolgen kann. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler argumentieren mathematisch. lösen Probleme mathematisch. modellieren mathematisch. gehen mit symbolischen, formalen und technischen Elementen der Mathematik um. verwenden mathematische Darstellungen und Darstellungen aus dem Fachbereich Informatik zu verwenden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten sicher am PC mit einer Tabellenkalkulation. verstehen, wie eine Tabellenkalkulation viele Werte bestimmen und darstellen kann. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich in Gruppenarbeit ein. geben Hilfeleistungen und fragen nach individuellen Hilfen von anderen. Strichcodes im Alltag An jeder Einkaufskasse werden sie verwendet: Strichcodes. Die Kassiererin, die früher noch Preise in die Tastatur der Kasse eintippte, ist für viele Jugendliche eine Geschichte aus längst vergangener Zeit. In einer Discothek in Barcelona wird nicht mehr nur mit Barem bezahlt. Besucher können sich einen Chip implantieren lassen. Sobald sie eine Bestellung aufgeben, werden sie anhand ihres Chips erkannt und ihr Konto wird via Online-Banking belastet. Strichcodes - Folgen von schwarzen und weißen Strichen - codieren eindeutig, um welches Produkt beziehungsweise um welche Person es sich handelt. Wie viele Objekte können verschlüsselt werden? Aber wie viele verschiede Objekte kann man mit Codes verschlüsseln und wovon hängt diese Anzahl ab? Einen ersten Einblick liefert eine Reihe von schwarzen und weißen Feldern, wie sie in Abb. 1 dargestellt ist. Wenn nun zehn Felder verwendet werden - wie viele verschiedene Muster können entstehen, wenn nur die Farben schwarz und weiß verwendet werden dürfen? Die Antwort, 210, ist schnell gefunden. Jedes Feld hat zwei verschiedene Möglichkeiten. Jedes Feld kann beliebig an jedes Feld angehängt werden. Und deswegen ist pro Feld ein Faktor 2 zu berücksichtigen. Anforderungen an den Code Doch schon bei diesem einfachen Problem kommt schnell folgende Frage auf: Woran kann der Scanner, der die Abfolge schwarzer und weißer Felder entziffern soll, erkennen, ob es zwei oder drei schwarze Felder nebeneinander sind? Dasselbe Problem ergibt sich auch bei den weißen Feldern, denn die schwarzen Trennstriche zwischen den weißen Feldern treten bei Strichcodes nicht auf. Somit werden Bedingungen an den Code gestellt: Das erste und das letzte Feld müssen schwarz sein. Für die Zahl gleicher nebeneinanderliegender Felder muss eine Höchstgrenze festgelegt werden (zwei, drei, vier … ). Erweiterung Eine Erweiterung des Themas ergibt sich daraus, dass nicht nur "Schwarz und Weiß", sondern mehrere Farben für den Aufbau eines Codes zugelassen werden. Dass in diesem Zusammenhang die Fibonacci-Zahlen auftreten ist überraschend - weniger, dass mit Automaten und Zustandsübergängen Lösungen gefunden werden können. Und dass dabei Tabellenkalkulationsprogramme wie Excel eine wunderbare Hilfe bieten, rundet die Thematik ab.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Zugvögel verfolgen die Lernenden den Zugweg des Schreiadlers von seinem Brutgebiet in Europa bis zum Überwinterungsgebiet in Afrika. Dabei setzen sie sich nicht nur mit den Besonderheiten des Vogels, sondern auch mit den verschiedenen Landschaften zwischen Europa und Afrika auseinander. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Umweltverschmutzung, Übernutzung von Ressourcen und Klimawandel tragen dazu bei, dass sich immer weniger Arten an die veränderten Umweltbedingungen anpassen können. Der Schreiadler dient in dieser Unterrichtseinheit als charakteristisches Beispiel für eine solche Art. Anhand seiner Zugroute in sein Überwinterungsgebiet erhalten die Schülerinnen und Schüler neben Informationen über den Vogel auch einen Überblick über verschiedene Landschaftsformen, die der Adler überfliegt. Dabei sollen sich die Schülerinnen und Schüler über eine sinnvolle Einteilung der Landschaftszonen (Biome) Gedanken machen und diese mithilfe diverser Tools in Google Earth einfügen. Die Unterrichtseinheit ist im Rahmen des Projekts "Fernerkundung in Schulen" am Geographischen Institut der Universität Bonn entstanden. FIS beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II.Ziel der Unterrichtseinheit ist es, mithilfe des Geobrowsers Google Earth den Zugweg des Schreiadlers nachzuvollziehen. Dabei sollen sich die Schülerinnen und Schüler in erster Linie mit den jeweiligen Landschaftsformen beschäftigen, die der Schreiadler durchfliegt, und sich Gedanken über eine sinnvolle Kategorisierung der Biome machen. Darüber hinaus soll durch die Informationsverarbeitung mittels des Computers auch die Methodenkompetenz geschult werden. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Vorteile der Fernerkundung für biologische Fragestellungen kennen und üben sich im Umgang mit Geobrowsern. Auf Basis von Fernerkundungsdaten beschäftigen sie sich mit grundlegenden Methoden der Fernerkundung. Technische Hinweise und Unterrichtsverlauf Mithilfe des Geobrowsers Google Earth vollziehen die Lernenden den Zugweg des Schreiadlers nach und analysieren die verschiedenen Landschaftsformen auf der Strecke. Die Schülerinnen und Schüler können spezifische Merkmale des Schreiadlers benennen. können den Zugweg des Schreiadlers beschreiben und kartographisch darstellen. können aus jahreszeitlichen Veränderungen der globalen Vegetationsbedeckung Biome ableiten und diese kartographisch darstellen. können die Lebensräume auf dem Zugweg des Schreiadlers charakterisieren. können die Grundfunktionen von Google Earth anwenden. Informationen zum Schreiadler Zunächst erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Steckbriefs die wichtigsten Fakten zu dieser Vogelart. Anschließend können sie Google Earth starten und die beiden Dateien schreiadler_winter.KMZ und schreiadler_sommer.KMZ analysieren. Die Lehrkraft sollte erläutern, dass es sich bei den abgebildeten Karten um eine Darstellung der photosynthetischen Aktivität der Vegetation (des NDVI) zu zwei Zeitpunkten handelt. Mit dem Wissen aus dem Steckbrief, der Erläuterung über den NDVI sowie einer kurzen Orientierung in Google Earth bearbeiten die Schülerinnen und Schüler die erste Aufgabe des Arbeitsblattes. Mithilfe des Pfad-Werkzeuges tragen die Lernenden den vermuteten Zugweg des Schreiadlers in Google Earth ein. Nachdem die Schülerinnen und Schüler den Zugweg des Adlers in Google Earth markiert haben, sollen sie sich mit den überflogenen Landschaften genauer beschäftigen (Aufgabe 2 des Arbeitsblattes). In der letzten Phase stellen die Schülerinnen und Schüler ihre Beobachtungen, Vorgehensweisen und Ergebnisse (Zugweg, Einteilung der Biome) einander vor. Eine Evaluation kann sowohl in einem Gruppengespräch als auch durch gemeinsames Betrachten der KMZ-Datei "schreiadler_zugweg_biome.kmz" erfolgen. In dieser Datei ist der tatsächliche Zugweg eines Schreiadlers aufgezeichnet, der mit einem GPS-Sender ausgestattet war. Diese Route kann zum Vergleich mit dem Streckenverlauf, den die Lernenden vorgeschlagen haben, herangezogen werden.

Nanotechnologie gilt als eine der großen Fortschrittshoffnungen des 21. Jahrhunderts. Diese Unterrichtseinheit lädt ein, dem Begriff Nano auf die Spur zu kommen und einige wichtige Zusammenhänge für den Einstieg in die Thematik zu erkennen.Nach "Mikro" und "Mega" erfreut sich "Nano" heute in der Techniksprache großer Beliebtheit: Von der Wissenschaftssendung bis zum iPod ist das Wort allgegenwärtig. Nano ist einerseits Verheißung (weniger Krankheiten, mehr Reichtum und ein komfortables Leben ohne Kratzer im Autolack und Kalkablagerungen in der Badewanne), andererseits gibt es auch Ängste (lungengängige Partikel, mangelnde Abschätzung der Folgen). Die Annäherung an die "Nanowelt" erfolgt in dieser Unterrichtseinheit über den Begriff und die Kenntnis einiger wichtiger Anwendungsfelder der Nanotechnologie.Die Schülerinnen und Schüler überlegen zunächst im Plenum, wo ihnen das Wort Nano im Alltag begegnet ist. Anschließend tauchen sie interaktiv in die "Nanowelt" ein und erkennen, um welche Größenordnung es geht. Im nächsten Schritt erkunden sie, welche Anwendungsgebiete für Nanotechnologie es gibt, und finden exemplarisch Lösungen und Pläne aus der Materialkunde, der Medizin, und der Informationstechnologie. Eine vertiefende Beschäftigung mit der Nano-Forschung und möglichen Lösungen findet am Beispiel des Lotus-Effekts und der Frage statt, wie Insekten und andere Tiere die Schwerkraft überwinden können. Ablauf der Unterrichtseinheit Die Unterrichtseinheit nutzt Informationen und Präsentationen aus dem Internet. Umfang und fachliche Tiefe können flexibel gestaltet werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen sich ein Bild davon machen, wo sich die "Nanowelt" (Moleküle und Atome) befindet. herausfinden, welche Anwendungsfelder von Nanotechnologie es gibt. erkennen, wie in der Nanotechnologie von der Natur abgeschaut wird. einfache Phänomene wie den Lotus-Effekt kennenlernen. sich mit dem Risiken von Nanomaterialien für Mensch und Umwelt auseinandersetzen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Informationen selbstständig nach Vorgaben im Internet finden. Textinformationen auswerten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, Modebegriffe nach ihrem tatsächlichen Inhalt zu hinterfragen. Thema Nano! Nutzen und Visionen einer neuen Technologie Autor Michael Fiedler Fach Chemie/Biologie/Physik Zielgruppe Klasse 8/9 aller Schulformen, empfohlen für Gymnasien und Gesamtschulen Zeitraum 5 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang für Einzel- und Gruppenarbeit Inhalt Das Arbeitsblatt fragt zunächst das vorhandene Wissen zum Thema Nano ab. Der Begriff dürfte für die meisten Schülerinnen und Schüler nicht neu sein. Deshalb können auf diese Weise bereits etliche Facetten des Themas deutlich werden. Das Arbeitsblatt 1 regt dazu an, nachzudenken, wo überall im Alltag der Begriff Nano auftaucht, beispielsweise iPod Nano, Fernsehsendung, allerlei Putz- und Pflegemittel, Farben. Falls die Suche nicht ergiebig genug ist, können die Schülerinnen und Schüler eine Internetrecherche anschließen. Inhalt Ein Nanometer ist 10 -9 m klein. Mithilfe einer sehr gut umgesetzten Internetseite nähern sich die Schülerinnen und Schüler diesem Maßstab an. Weitere Reiseangebote Zwei weitere "Reiseangebote" in den Nanokosmos sind technischer, zeigen das Innere eines Notebooks und einer LED-Beleuchtung. Die drei Reisen in die Nanowelt ergänzen das Arbeitsblatt 1 und bereiten das Arbeitsblatt 3 vor. nanoreisen.de Von dieser Website aus starten die Lernenden ihre Reisen in die Nanowelt. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler finden mithilfe einer weiteren Internetseite heraus, auf welchen Feldern die Nanowelt erforscht wird: von der Materialkunde über die Medizin bis hin zur Sport- und Freizeit. Arbeitsmaterial Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Forschungsansätze und Anwendungsgebiete kennen und stellen fest, dass es sicht um eine Querschnittstechnologie handelt, die in vielen Bereichen eingesetzt werden kann. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler finden auf einer Internetseite Informationen über die Erforschung eines Phänomens in der Natur: Insekten und andere Tiere scheinen die Schwerkraft überwunden zu haben. Für die Forscherinnen und Forscher ist die Natur Lehrmeisterin. Die Lernenden erkennen damit eine wichtige Forschungsstrategie und können anhand des Beispiels nachvollziehen, wie die gewonnenen Erkenntnisse in der Nanotechnologie umgesetzt werden. Arbeitsmaterial Arbeitsblatt 4 leitet zu der Frage hin, wie es Insekten und Geckos möglich ist, scheinbar schwerelos an Decken und Wänden zu kleben. Der Link führt zu einem Text, der genau dies erklärt. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler finden auf dem Arbeitsblatt die Anleitung für ein einfaches Experiment zum Lotus-Effekt. Arbeitsmaterial Mit Arbeitsblatt 5 erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass Wassertropfen sich auf unterschiedlichen Oberflächen unterschiedlich verhalten. Sie stellen fest, dass das Wasser vom Kohlrabiblatt rückstandsfrei abläuft, vom Salatblatt dagegen nicht. Durch Reiben wird die Oberflächeneigenschaft des Kohlrabiblatts zerstört. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler betätigen sich in dieser Phase als Risikoforscher. Dabei sollen sie erkennen, dass Nanomaterialien - wie viele andere chemische Stoffe auch - Risiken für Mensch und Umwelt mit sich bringen können. Diese müssen systematisch erforscht werden, um unsere Sicherheit als Arbeitnehmer, Verbraucher und Bürger zu schützen. Arbeitsmaterial Arbeitsblatt 6 macht die Schülerinnen und Schüler zu Risikoforschern. Sie sollen auf der Internetseite herausfinden, wie die von Nanomaterialien eventuell freigesetzten ultrafeinen Partikel in den menschlichen Körper und in die Umwelt gelangen können. Schließlich lernen die Schülerinnen und Schüler mit Exposition und Gefährdungspotenzial die zwei wesentlichen Säulen einer Risikobeschreibung kennen.

Das Energieeffizienzspiel "Energie Rallye" regt spielerisch dazu an, energieverbrauchende Geräte im Haushalt ausfindig zu machen und Wege zum Energiesparen zu finden.In unserem Alltag verbergen sich vielfältige Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu senken. Dieses Potenzial besteht sowohl für private Haushalte als auch für öffentliche Gebäude wie Schulen. Die Schülerinnen und Schüler können sich auf spielerische Weise mit Energiespar-Tipps vertraut machen. Die Sensibilisierung für das Thema findet anhand eines einfach zu bedienenden Online-Spiels statt. Das Energieeffizienzspiel von Schulen ans Netz e.V. und die begleitenden Unterrichtsmaterialien dienen als Einstieg in das Thema.Als Einstieg kann das Energieeffizienz-Spiel genutzt werden. Die Arbeitsblätter umfassen eine Reihe von Vorschlägen zur Vermittlung verschiedenster Aspekte der einzelnen Themen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die jeweiligen Themen weitgehend selbstständig bearbeiten. Die Lehrerin oder der Lehrer sollte die vorgeschlagenen Themen formal einführen. Spielverlauf und Unterrichtsmaterialien Hier finden Sie Anregungen, wie Sie das Thema Energieeffizienz in den Unterricht einbringen können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Ursachen und Auswirkungen des Klimawandels in Bezug auf den eigenen Haushalt kennenlernen. verschiedene Energiequellen identifizieren können. Wege zur Reduzierung des Energieverbrauches nennen können. Multiplikatorenschulungen für ihre Umgebung entwickeln. erkennen, dass globales Denken in lokales Handeln münden muss. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen das Internet als Recherchemedium nutzen. Thema Energieeffizienz und Energiesparen im Haushalt und in der Schule Autorin Jana Haberstroh Fach Physik, Geographie, Politik/SoWi, fächerübergreifend Zielgruppe ab Klasse 7 Zeitraum 2 bis 6 Stunden, je nach Vertiefungsgrad Technische Voraussetzungen Alle gängigen Browser und plattformunabhängig (Windows, Mac und Linux; Bildschirmauflösung von 1024x768 Pixel) Energieverbraucher im Haushalt Der Einstieg in das Thema Energieeffizienz findet anhand eines einfach zu bedienenden Online-Spiels statt. Grundidee dabei ist, Energieverbraucher im Haushalt aufzuspüren und Optionen zur Minimierung des Energieverbrauchs aufzuzeigen. Eine Vertiefung, zum Beispiel im Unterricht, kann anhand der begleitenden Unterrichtsmaterialien erfolgen. Es handelt sich um ein Singleplayergame. Ein Vergleich zu anderen Spielerinnen und Spielern findet über eine Highscore-Liste statt. Spielkonzept Die Spielerinnen und Spieler bewegen sich durch einen virtuellen Haushalt. In allen Räumen befinden sich energieverbrauchende Geräte. Diese Geräte gilt es zu finden. Ziel des Online-Spiels ist es, die Schülerinnen und Schüler anzuregen, den eigenen Haushalt im Hinblick auf Potenziale zum Energiesparen zu erforschen. Ein virtuelles Energie-Messgerät dient als Werkzeug, um beispielsweise Fernseher, Handy-Ladestation oder Kühlschrank genauer unter die Lupe zu nehmen. Spieldauer Eine vollständige Spielrunde beinhaltet die Simulation eines ganzen Jahres und dauert ungefähr 30 Minuten. Energiequellen und Energiesparen Die Schülerinnen und Schüler sollen auf das Thema Energie einstimmt werden und es sollen erste Schwachstellen beim Energie- und Wasserverbrauch der Schule geortet werden. Weiterhin soll nach Veränderungen gesucht werden, die durch intelligentes Verhalten zu erreichen sind. Ziel ist es, den Stellenwert der Energie für das persönliche Leben zu thematisieren und das individuelle Fachwissen zur Energiethematik zu reaktivieren. Checkliste Energie-Rundgang Der Energie-Rundgang dient dazu, dass die Schülerinnen und Schülern zum Energiesparen angeregt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen die potenziellen Schwachstellen hinsichtlich des Energie- und Wasserverbrauchs der Schule kennenlernen.

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

Mit einem Bildbearbeitungsprogramm und physikalischen Formeln prüfen Schülerinnen und Schüler, ob eine Filmszene der NASA von der Mondoberfläche eine Fälschung sein könnte. In diesem Beitrag stellen wir Ihnen eine motivierende Anwendung der Kenntnisse zum schrägen Wurf aus der Mechanik vor. Am 20. Juli 1969 landeten die Amerikaner Neil Armstrong und Edwin Aldrin gegen 21:17 Uhr mitteleuropäischer Zeit auf dem Mond. Doch Verschwörungstheoretiker sind der Meinung, dass die Mondlandungen der Apollo-Missionen nie stattgefunden hätten. Sie behaupten, die US-amerikanische Regierung sowie die NASA hätten die Mondlandung vorgetäuscht. Die Lernenden sollen untersuchen, ob ein NASA-Film, der eine Fahrt mit dem Mondauto der Apollo 16 Mission zeigt, tatsächlich auf der Erde entstanden sein könnte. Mechanik - Wurfgesetze und Erdbeschleunigung Nach der Behandlung der Wurfgesetze im Physikunterricht bildet der Auftrag, die Authentizität des Mondauto-Videos mithilfe des Gelernten auf die Probe zu stellen, eine anwendungsorientierte Aufgabe, die Abwechslung in den Unterrichtsstoff der Mechanik bringt. Raumfahrt Die kritische Hinterfragung der Mondlandung und der Argumente der "Skeptiker" mithilfe von NASA-Material aus dem Internet kann im Rahmen eines Projekts zum Thema Raumfahrt für Spannung sorgen. Ausgehend von ihrem physikalischen Wissen agieren die Schülerinnen und Schüler dabei als Detektive, die zur Frage "Fake oder echt?" einen eigenen Standpunkt entwickeln und begründen sollen. Die Auseinandersetzung mit den verschiedenen Argumenten der Mondlandungsskeptiker kann dabei arbeitsteilig erfolgen. Die Analyse des Mondauto-Videos ist dann nur eine Facette des Themas. Durchführung und Ergebnisse der Berechnungen Mit den Werten für die Erd- und die Mondbeschleunigung sowie der Höhenformel des schrägen Wurfs wird das "Mondvideo" analysiert. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Höhenformel des schrägen Wurfs anwenden. mithilfe ihres physikalischen Wissens die Authentizität eines NASA-Videos überprüfen. ein Bildbearbeitungsprogramm als Werkzeug der naturwissenschaftlichen Bildauswertung kennen und nutzen lernen. motiviert werden, sich mit den Argumenten der "Mondlandungs-Skeptiker" kritisch auseinanderzusetzen und dabei ihre physikalischen Kenntnisse anzuwenden. Thema Waren die Amerikaner auf dem Mond? - Anwendung der Kenntnisse zum schrägen Wurf Autoren Arif Purtul, Heinrich Kuypers Fächer Physik, Naturwissenschaften, Astronomie Zielgruppe Jahrgangsstufe 11 Zeitraum maximal 1 Stunde mit Diskussion Technische Voraussetzungen Computer für die Internetrecherche, Bildbearbeitungsprogramm Die Verschwörungstheoretiker haben zahlreiche Argumente gegen die Mondlandung gesammelt - das bekannteste bezieht sich auf die "wehende" Fahne. Filmaufnahmen vom Aufstellen der amerikanischen Flagge auf der Mondoberfläche zeigen, dass die Flagge "flattert". Da auf dem Mond aber keine Atmosphäre vorhanden ist, sehen die Verschwörungstheoretiker darin einen stichhaltigen Beweis für die Vortäuschung der Mondlandung. Die Bewegungen der Fahne wurden jedoch durch Vibrationen der Stangenkonstruktion im luftleeren Raum verursacht. Doch man muss nicht unbedingt ein großer Physiker sein, um die Richtigkeit der Filmaufnahmen und die Mondlandung zu hinterfragen zu können, wie diese Unterrichtseinheit zeigt. Während der letzten drei Apollo-Missionen (15, 16 und 17) führten die Landefähren Mondautos mit, die die Reichweite der Astronauten bei der Erkundung der Mondoberfläche erhöhen sollten. Videoaufnahmen der Mondfahrten sind im Internet zu sehen. Aber fuhr das Auto tatsächlich auf dem Mond? Oder wurden die Aufnahmen in einem Filmstudio auf der Erde gedreht, wie es die Verschwörungstheoretiker behaupten? Für die Überprüfung des NASA-Videos benötigt man lediglich ein einfaches Bildbearbeitungsprogramm (zum Beispiel Paint), einige technischen Daten des Mondautos (Lunar Roving Vehicle), die im Internet recherchiert werden können, und einen geeigneten Screenshot aus einem NASA-Video (siehe Internetadressen), der das Mondfahrzeug in Aktion zeigt. Am rechten Bildrand - und darauf kommt es bei der Analyse an - ist über dem Mondhorizont von den Rädern des fahrenden Autos hochgeworfenes Mondmaterial zu sehen. Das Mondauto dient als Maßstab für die Vermessung der Szene. Seine Länge - die Schülerinnen und Schüler können dies schnell im Internet recherchieren - beträgt 3,099 Meter. Danach wird der Mondauto-Screenshot mit einem Bildbearbeitungsprogramm, zum Beispiel Paint, geöffnet. Nun zeichnet man unmittelbar unter dem Fahrzeug sowie am rechten Bildrand Linien ein, die der Länge des Autos und der Höhe des hochgeschleuderten Staubs entsprechen. Am unteren Rand des Bildbearbeitungsfensters liest man, während man eine Linie zeichnet, ab, über wie viele Bildpunkte (Pixel) sich die Linien erstrecken. Danach wird mit einem Dreisatz die Höhe des aufgeworfenen Staubs ermittelt (Tabelle): Bildpunkte Länge 166 Bildpunkte 3,099 Meter 1 Bildpunkt ? 0,019 Meter 115 Bildpunkte ? 2,19 Meter Durch die grafische Auswertung haben wir die Höhe der vom Mondauto hochgeschleuderten Partikel ermittelt. Für den nächsten Schritt brauchen wir folgende Informationen: die maximale Geschwindigkeit des Mondautos: 13 km/h den Wert der Erdbeschleunigung (g): 9,81 m/s² den Wert der Mondbeschleunigung: 1,62 m/s² die Höhenformel des schrägen Wurfs (alpha = Abwurfwinkel): Der Abwurfwinkel lässt sich aus dem Screenshot über das Anlegen einer Tangente an die Staubspur kurz nach dem Hinterreifen bestimmen. Er beträgt 47 Grad. Nun kann die maximal mögliche "Wurfhöhe" berechnet werden. Wir nehmen dafür an, dass das Fahrzeug im Video mit Höchstgeschwindigkeit fuhr: Berechnung der maximalen Wurfhöhe für die Erde: Auf der Erde wäre demnach eine maximale Wurfhöhe von etwa 35,5 Zentimetern möglich gewesen. Das liegt jedoch deutlich unter dem im ersten Schritt (Videoanalyse) ermittelten Wert (? 2,19 Meter). Berechnung der maximalen Wurfhöhe für den Mond: Auf dem Mond wäre bei maximaler Geschwindigkeit eine maximale Wurfhöhe von 2,15 Metern möglich. Die kleine Abweichung der bei der Videoanalyse bestimmten Wurfhöhe von diesem Wert kann durch die Lage des Fahrzeugs zustande kommen, das in dem für die Messung verwendeten Screenshot nicht exakt parallel zur Abszisse steht. Die aus der grafischen Analyse berechneten Werte zeigen, dass die im Video zu sehende Höhe des aufgeworfenen Mondmaterials auf der Erde nicht hätte erreicht werden können. Somit kann man sagen: Die Amerikaner waren auf dem Mond!