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Röntgenkristallographie: Aufbau und Funktionsweise komplexer biochemischer Moleküle

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtssequenz zum Thema Röntgenkristallographie erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anhand eines Videos und eigener Internetrecherchen den Nutzen und das Prinzip der Röntgenkristallographie. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden. Dieses Unterrichtsmaterial leitet die Schülerinnen und Schüler zur Erarbeitung wesentlicher Informationen über die Röntgenkristallographie an. Dazu werden zwei zentrale Fragen an die Lernenden gestellt, deren Beantwortung anhand eines Lehrvideos und einer selbstständigen Recherchearbeit erfolgen soll. Für die Recherchearbeit werden hilfreiche Internetadressen angeboten. 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" . Das Thema Röntgenkristallographie im Unterricht Die "Röntgenkristallographie" oder auch "(Röntgen-)Strukturanalyse" kann im Zusammenhang mit verschiedensten Themen im naturwissenschaftlichen Unterricht angesprochen werden. Durch die Behandlung dieses Themas gewinnen die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in naturwissenschaftliche Arbeitsmethoden sowie ein realistisches Verständnis über die mühsame Aufklärung von Molekülstrukturen, die im Unterricht ganz selbstverständlich genutzt werden. Vorkenntnisse Da dieses Thema in mehreren Unterrichtsreihen der naturwissenschaftlichen Fächer eingegliedert werden kann, wird für das Unterrichtsmaterial kein spezielles Vorwissen vorausgesetzt. Die Konzipierung der Unterrichtsstunde ermöglicht den Lernenden eine Recherche entsprechend ihrem individuellen Leistungsstand und Vorwissen. Somit kann diese Unterrichtsstunde – im Biologie-, Chemie- oder Physik-Unterricht der Sekundarstufen – in jeder Klassenstufe und Schulart eingesetzt werden. Es wird allerdings eine hohe Kompetenz im Umgang mit dem Internet vorausgesetzt. Didaktische Analyse Das Interesse der Schülerinnen und Schüler an der Röntgenkristallographie kann anhand einer einführenden Frage über die Aufklärung von Strukturen (bio-)chemischer Moleküle – wie beispielsweise ein Molekül, das in der Vorstunde besprochen wurde – geweckt werden. In der anschließenden Erarbeitungsphase fokussieren sich die Schülerinnen und Schüler auf die Beantwortung zwei wesentlicher Fragen, um das Thema in seiner Komplexität einzugrenzen. Die Sicherungsphase kann entsprechend der Klassenstufe oder dem Leistungsniveau durchgeführt werden, hierzu macht das Material keine Vorgaben. Methodische Analyse Durch die methodische Aufbereitung der Unterrichtsstunde zur Röntgenkristallographie wird eine hohe Schüleraktivität erreicht. Die selbstständige Recherchearbeit und das Medium Video erhöhen die Lernbereitschaft und das Interesse am Thema. Die Erarbeitungsphase soll möglichen heterogenen Vorkenntnissen und Leistungen gerecht werden: Durch selbstständige Recherchearbeiten können die Aufgaben entsprechend der individuellen Leistung bearbeitet werden. Hierfür bietet sich Einzelarbeit an, jedoch kann eine Partnerarbeit aufgrund der Komplexität des Themas durchaus sinnvoller sein. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten den Nutzen und das Prinzip der Röntgenkristallographie. stellen ihre Ergebnisse schlüssig und unter Gebrauch der Fachsprache dar. erhalten einen Einblick in naturwissenschaftliche Arbeitsweisen und reflektieren den selbstverständlichen Gebrauch naturwissenschaftlicher Ergebnisse. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können das in einem Video dargestellte Wissen nach Relevanz filtern und strukturiert wiedergeben. üben sich darin, aus komplexen und informationsreichen Internetquellen wesentliche Sachverhalte herauszuschreiben. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv und kooperativ in Paararbeit. stärken ihr Selbstkonzept durch die geschützte Atmosphäre in der Paararbeitsphase. Hier können Sie sich das Video zur Unterrichtseinheit anschauen.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Chemie / Natur & Umwelt / Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Kohlenstoff: das chemisch vielseitigste Element

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtssequenz zum Thema Kohlenstoff erarbeiten die Lernenden in verschiedenen Sozialformen und anhand eines Erklärvideos die Besonderheit und Bedeutung von Kohlenstoff, dem chemisch vielseitigsten Element. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten anhand dieses Unterrichtsmaterials die Besonderheit des Elements Kohlenstoff. Dazu betrachten sie den Atombau, die Vielfalt an Bindungsmöglichkeiten und Verbindungen und die Allotrope von Kohlenstoff. Im Anschluss kann optional der Kohlenstoffkreislauf erarbeitet werden. Durch das Erklärvideo zum Kohlenstoff, auf dessen Inhalt dieses Material basiert, erhalten die Schülerinnen und Schüler auch einen Einblick in die Arbeitsweise der dort vorgestellten Nobelpreisträger. 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 . Das Thema Kohlenstoff im Unterricht Das Thema Kohlenstoff ist für jeden Unterricht, der Aspekte aus der organische Chemie behandelt, grundlegend und damit besonders relevant für das Schulfach Chemie. Als Grundbaustein aller organischen Stoffe, die in unserem Alltag in vielseitiger Weise vertreten sind, kann den Lernenden auch die Alltagsrelevanz von Kohlenstoff aufgezeigt werden. Vorkenntnisse Die Schülerinnen und Schüler sollten das Schalenmodell nach Bohr kennen und für jedes Element zeichnen können. Die Oktettregel und Kenntnisse zur Bindigkeit werden zur Lösung der Aufgaben benötigt. Die Schülerinnen und Schüler sollten des Weiteren in der Lage sein, zu einer Summenformel mögliche Strukturformel zu zeichnen. Der Begriff der Allotropie wird im Material verwendet und knapp erläutert; er wird also nicht als Grundwissen vorausgesetzt. Didaktische Analyse Das Arbeitsmaterial ist als erste fachliche Konfrontation der Schülerinnen und Schüler mit dem Thema Kohlenstoff konzipiert. Die Lernenden gewinnen neben fachlichen Grundlagen zu dem Element (Atombau, Bindungsmöglichkeiten und Allotrope) einen Eindruck der Bedeutung und Besonderheit von Kohlenstoff. Dies wird dadurch erreicht, dass eine zentrale Fragestellung diesbezüglich den Rahmen des Unterrichts bildet und nach (fast) jeder Aufgabenstellung aufgegriffen wird. Somit erkennen die Lernenden die hohe Fachrelevanz des Themas. Methodische Analyse Durch die methodische Aufbereitung der Unterrichtssequenz wird eine hohe Schüleraktivität erreicht. Verschiedene Sozialformen regen die Lernenden zu Austausch und Diskussionen an. Das Video als Medium erhält das Interesse am Thema aufrecht. Schwierige Arbeitsaufträge werden durch Partnerarbeiten aufgefangen. Durch Vertiefungsaufgaben kann eine Binnendifferenzierung erfolgen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Besonderheit von Kohlenstoff durch Reflexion ihrer Ergebnisse aus verschiedenen Aufgabenstellungen. zeichnen unter Verwendung ihres Vorwissens zum Schalenmodell nach Bohr sowie zu der Oktettregel das Atommodell von Kohlenstoff und seine Bindungsmöglichkeiten. stellen den Kohlenstoffkreislauf schlüssig und unter Gebrauch der Fachsprache dar. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können das in einem Video dargestellte Wissen nach Relevanz filtern und strukturiert wiedergeben. üben sich darin, Informationen aus geschriebenen Sätzen in einer schematischen Darstellung wiederzugeben. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv und kooperativ in Partner- oder Gruppenarbeit. stärken ihr Selbstkonzept durch die geschützte Atmosphäre in den Partnerarbeitsphasen. diskutieren in Partner- oder Gruppenarbeit und äußern dabei ihre Meinung unter Nutzung ihrer fachlichen Kenntnisse. Hier können Sie sich das Video zur Unterrichtseinheit anschauen.

  • Biologie / Chemie
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Arbeitsblatt "Sozialpartner" in leichter Sprache

Arbeitsblatt der Woche

In Deutschland gibt es eine lange Tradition, dass Gewerkschaften und Arbeitgeberverbände Konflikte partnerschaftlich lösen. Im Arbeitsblatt "Sozial-Partner" wird in kurzen, einfachen Sätzen erläutert, wie diese Zusammenarbeit funktioniert. Es macht das komplexe Thema Sozialpartnerschaft für Schülerinnen und Schüler sowie für Berufseinsteigerinnen und Berufseinsteiger mit Lernbehinderung oder Sprachschwierigkeiten verständlich. Die Stiftung Jugend und Bildung bietet Materialien an, mit denen die Lücken in der Unterrichtsversorgung geschlossen werden. Ergänzende Unterrichtsmaterialien der Stiftung zur politischen, sozialen und ökonomischen Bildung erscheinen regelmäßig neu und sind immer aktuell und kostenfrei. Die Materialien können unter www.jugend-und-bildung.de kostenfrei heruntergeladen werden.

  • Politik / WiSo / SoWi / Wirtschaft

Der digitale Erziehungs- und Fürsorgeauftrag

Fachartikel
5,99 €

Dieser Fachartikel beschäftigt sich mit dem digitalen Erziehungs- und Fürsorgeauftrag von Lehrerinnen und Lehrern. Die Bundesländer haben sich dazu verpflichtet, ab dem kommenden Schuljahr an allen deutschen Schulen die Strategie der Kultusministerkonferenz "Bildung in der digitalen Welt" umzusetzen. Nach den Sommerferien sollen die Lehr-Lern-Szenarien des Fachunterrichts (dem Primat des Pädagogischen folgend) systematisch und fächerübergreifend in digitale Lernumgebungen eingebettet werden. Schülerinnen und Schüler, die in die Grundschule eingeschult werden oder in die Sekundarstufe I eintreten, sollen sich bis zum Ende ihrer Pflichtschulzeit einen umfangreichen Katalog digitaler Kompetenzen erschließen können (Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland, 2016, 9 ff.). Der Erziehungs- und Fürsorgeauftrag wächst Wenn die Schulen ihre Schülerinnen und Schüler zum Lernen in digitale Lernumgebungen schicken, dann müssen sie sich dort auch um die Kinder kümmern. Genauso wie in der realen Welt müssen sie sie dort erziehen und schützen. Damit erweitert die Strategie der Kultusministerkonferenz den Erziehungs- und Fürsorgeauftrag der Lehrerinnen und Lehrer deutlich. Cybermobbing Ebenso wie in der realen Welt gehen Kinder und Jugendliche auch in der virtuellen Welt teilweise recht hart miteinander um. Über 1,4 Millionen Schülerinnen und Schüler sind mittlerweile von Cybermobbing betroffen (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 81 f.). Die meisten Lehrerinnen und Lehrer glauben, dass die Anonymität im Internet die Bereitschaft der Jugendlichen fördere, böse und gemein gegenüber anderen zu sein. Auch sei die Umgangssprache zwischen Jugendlichen härter und gewaltbetonter geworden, so die Studie Cyberlife II (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 61). Wie in der realen Welt begegnet man auch in der digitalen Welt Mobbing am besten präventiv. Deshalb bieten die meisten Schulen mittlerweile Workshops zur Mobbing-Prävention und Anti-Gewalt Trainings an (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 56). Darüber hinaus wünschen sich Lehrerinnen und Lehrer ein geeignetes Cybermobbing-Gesetz (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 60), da es ihnen bislang schwer fällt, ihrer digitalen Erziehungs- und Fürsorgepflicht nachzukommen. Das ergibt sich bereits daraus, dass sie sich nicht am Ort des Geschehens befinden sollen. So erlauben beispielsweise nur vier Bundesländer ihren Lehrerinnen und Lehrern die dienstliche Nutzung von Facebook. Alle anderen Bundesländer genehmigen diese nur unter Einschränkungen oder verbieten sie vollständig (Muuß-Merholz & Moje, 2014). Darüber hinaus fällt die digitale Post der Schülerinnen und Schüler unter das Post- und Fernmeldegeheimnis. Wie im Artikel Mobile Endgeräte im Unterricht: Bring Your Own Device beschrieben wurde, darf nur die Staatsanwaltschaft Einsicht in die mobilen Endgeräte der Schülerinnen und Schüler nehmen. Das erschwert es Lehrerinnen und Lehrern zusätzlich, Sachverhalte zu klären und Probleme zu lösen. Es stellt sich aber auch ganz allgemein die Frage, wie weit der digitale Erziehungs- und Fürsorgeauftrag geht. Sind Schulen beispielsweise dafür zuständig, wenn sich Schülerinnen und Schüler außerhalb der Schulzeit in selbst gegründeten Klassengruppen, zu denen Lehrerinnen und Lehrer gar keinen Zugang haben, gegenseitig hart angehen, sich mobben oder sexuell belästigen? Im Schulalltag werden solche Probleme immer häufiger an die Pädagogen herangetragen. Im letzten Jahr sind über die Hälfte aller Lehrerinnen und Lehrer mit irgendeiner Form von Cybermobbing in Berührung gekommen. Jeder Zehnte von ihnen sogar regelmäßig (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 47). Es erscheint daher dringend nötig, an dieser Stelle Rechtssicherheit zu gewährleisten, den digitalen Erziehungs- und Fürsorgeauftrag zu konkretisieren sowie Personal zu schulen und dafür abzustellen. Bislang gibt es nur an 22 Prozent der Schulen einen Anti-Mobbing-Beauftragten. Ein spezielles Unterstützungsteam für die Opfer von Cybermobbing, Cybercrime, Cyberstalking und sexuelle Übergriffe gibt es sogar nur an 12 Prozent der Schulen (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 31). Hier herrscht Handlungsbedarf. Ebenfalls müssen die Eltern mit ins Boot geholt und über diesen Problem-Komplex informiert werden. Bislang klären noch nicht einmal die Hälfte aller Schulen ihre Eltern über Cybermobbing, Cyberstalking, Cybercrime oder Cyber-Grooming auf (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 32), obwohl eine stärkere Zusammenarbeit auch von den Kultusministern erwünscht ist. Exzessiver Medienkonsum Lehrerinnen und Lehrer müssen ihre Schülerinnen und Schüler aber nicht nur vor Schaden durch Dritte bewahren. Sie müssen sie auch davor schützen, dass sie sich selbst schädigen. Laut der Drogenaffinitäts-Studie 2015 wachsen die internet- und computerspielbezogenen Störungen insbesondere in der Altersgruppe der 12- bis 17-Jährigen stark an (Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung, 2016, 9). 2017 warnten die Drogenbeauftragte der Bundesregierung, das Institut für Medizinökonomie & Medizinische Versorgungsforschung und der Berufsverband der Kinder- und Jugendärzte e. V. in einer gemeinsamen Erklärung davor, dass die Zahl der internetabhängigen Jugendlichen und jungen Erwachsenen rasant ansteige. Experten gehen mittlerweile von etwa 600.000 Internetabhängigen und 2,5 Millionen problematischen Nutzern in Deutschland aus. Für Marlene Mortler, die Drogenbeauftragte der Bundesregierung, "ist ganz klar: Wir müssen die gesundheitlichen Risiken der Digitalisierung ernst nehmen!" (Die Drogenbeauftragte der Bundesregierung, 2017). Doch mit ihrer digitalen Erziehungs- und Fürsorgepflicht hadern die Schulen bislang noch. Nur 14,8 Prozent aller Lehrerinnen und Lehrer fördern ihre Schülerinnen und Schüler im Bereich der Medienerziehung (Bos, Lorenz, Endberg, Eickelmann, Kammerl & Welling, 2016, 15). Doch das bedeutet nicht zwangsläufig, dass diese 14,8 Lehrkräfte tatsächlich auch den exzessiven Medienkonsum thematisieren, denn dieser Inhalt wird bislang nicht verbindlich vorgegeben (Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen, 2016). Erst die Strategie "Bildung in der digitalen Welt" thematisiert das Suchtproblem (Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland, 2016, 17). Ausblick Noch ein halbes Jahr - dann soll die Strategie der Kultusministerkonferenz umgesetzt werden. Doch anders als bei der Verkehrserziehung, bei der die Kinder behutsam Schritt für Schritt an die Teilnahme am Straßenverkehr herangeführt werden, findet eine solche Vorbereitung auf den Eintritt in die digitale Welt bislang noch nicht statt. Es scheint mehr ein Drahtseilakt – ohne Netz und doppelten Boden – als verantwortungsvolle Pädagogik. Denn der Sprung in die digitale Welt und der Umgang mit digitalen Medien sind nicht ungefährlich: Bei Schülerinnen und Schülern, die süchtig nach Computerspielen sind, konnte beobachtet werden, dass sich ihre schulischen Leistungen mit zunehmender Spielzeit verschlechterten. Ebenso wuchs mit zunehmender Spielzeit ihr Schulabsentismus (Rehbein, Kleimann & Mössle, 2009, 24). "Aus der neurobiologischen Forschung ist bekannt, dass die Nutzung digitaler Medien bei Kindern zu Schädigungen in der Gehirnentwicklung führen kann. Irreversible Schäden können speziell die Reifungsvorgänge des Stirnhirns betreffen und die Sozialisierung der Kinder schwer behindern" (Projekt aufwach(s)en mit digitalen Medien, 2017). Bei Schülerinnen und Schülern, die sich weniger mit digitalen Medien beschäftigen, treten seltener Aufmerksamkeitsstörungen auf. Schülerinnen und Schüler, die nicht so häufig ihr Smartphone nutzen, leiden seltener an Schlafstörungen (Riedel, Buesching & Brand, 2016, 36 f.). "Zu viel Smartphone, zu viel Laptop, zu viel Online erhöht die Wahrscheinlichkeit von Smartphone-Abhängigkeit, reduzierter Aufmerksamkeitsspanne, Vergesslichkeit, Produktivitäts-Einbußen, Ungeduld, Unzufriedenheit und mangelndem Selbstwertgefühl bis hin zu fehlenden emotionalen und sozialen Kompetenzen" (WirtschaftsWoche, 2017). Multitasking-Stress verkürzt die Wahrnehmung und verflacht das Denken. Immer mehr Studien bestätigen die These, dass das Internet die Schülerinnen und Schüler durch konstante Ablenkungen, Unterbrechungen und Reizüberflutungen zu intellektueller Oberflächlichkeit verführt (Fokus, 2010). Zudem beschränken die mobilen Endgeräte die Möglichkeiten der Schülerinnen und Schüler schriftlich zu denken. Während die Schülerinnen und Schüler ihre Gedanken auf Papier frei strukturieren, gruppieren und aufschreiben können, setzen ihnen Textverarbeitungs-Programme Grenzen (WirtschaftsWoche, 2017). Opfer von Cybermobbing leiden unter Konzentrationsproblemen, Kopf- oder Magenschmerzen, sind plötzlich verschlossen, ziehen sich in andere Welten zurück und fehlen häufiger im Unterricht (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 49). 14 Prozent aller Cybermobbing-Opfer betäubten ihren Schmerz mit Alkohol oder Tabletten. 20 Prozent von ihnen tragen sich mit Suizidgedanken (Bündnis gegen Cybermobbing, 2017, 86).

  • Fächerübergreifend
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