Nach einer Internetrecherche zu verschiedenen Treibstoffen sollen die Schülerinnen und Schüler eine Vision zum Thema "Tankstelle der Zukunft" entwerfen. Die Ergebnissicherung erfolgt sowohl in Plakatform als auch in Form eines Flyers, in dem die Lernenden ihre Visionen vorstellen. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich in dem hier vorgestellten WebQuest zunächst in Kleingruppen theoretisch mit den Eigenschaften verschiedener Treibstoffe auseinander. Sie sollen sich über Vor- und Nachteile informieren und herausfinden, welche Konsequenzen der Einsatz der Treibstoffe für die Umwelt haben kann. Innerhalb der Gruppen sollen die Lernenden im Anschluss begründet überlegen, welcher Treibstoff ihrer Meinung nach am besten für eine bevorzugte Nutzung geeignet ist. Ihre Wahl sollen sie in Form einer eigenen Vision von der "Tankstelle der Zukunft" mithilfe eines Plakats vorstellen. Der Auftrag ist so offen gestellt, dass die Schülerinnen und Schüler sich eine eigene Meinung zu der Thematik bilden können. Die Lehrperson bietet lediglich Hilfestellungen und gibt Anregungen, mischt sich aber nicht in die eigentliche Diskussion ein. Durch die Übertragung der fachchemischen Behandlung von Treibstoffen auf einen schülernahen Alltagsbezug wird die lebensnahe Relevanz des Themas verdeutlicht und eine Diskussion zur aktuellen Entwicklung von Treibstoffen angeregt. Hinweise zum Unterrichtsverlauf Internetrecherche, die Arbeit in Kleingruppen, die Entwicklung und Präsentation eines Plakats sowie die Hausaufgabe zur Erstellung eines Flyers werden hier kurz skizziert. Algensprit aus der Retorte Als Alternative zu höheren Pflanzen bieten sich Algen aus Aquakulturen zur Erzeugung von (nicht nur) Biosprit an. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit dem Basiskonzept Energie am Beispiel der Verbrennung von Treibstoffen unter Nutzung der Verbrennungsenergie auseinandersetzen. wirtschaftliche Aspekte der Treibstoffnutzung hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit bewerten. die gesellschaftliche Relevanz von Treibstoffen erkennen. sich kritisch mit verschiedenen Energieträgern auseinandersetzen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen den Computer gezielt zur Informationsbeschaffung verwenden, indem sie wichtige Inhalte aus Online-Dokumenten erarbeiten und diese auf ihre Aufgabenstellung beziehen. Darstellungen in den Medien kritisch hinterfragen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Vor- und Nachteile der Nutzung unterschiedlicher Treibstoffe arbeitsteilig recherchieren und die anderen Gruppenmitglieder über ihre Rechercheergebnisse informieren. auf Basis der Recherchen die Vor- und Nachteile verschiedener Treibstoffe in Kleingruppen vergleichend diskutieren. zu ihren Diskussionsergebnissen gemeinsam ein Plakat entwerfen und präsentieren. die Vorstellungen und Ideen der anderen Gruppen aufmerksam verfolgen und miteinander vergleichen. Thema WebQuest "Tankstelle der Zukunft" Autorinnen Julia Elsen, Prof. Dr. Julia Michaelis Fach Chemie Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 6 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss pro Arbeitsgruppe (4 Personen) Prof. Dr. Julia Michaelis von der Didaktik der Chemie der Universität Oldenburg betreute Julia Elsen bei der Bachelorarbeit "Warum WebQuest? - Erstellung von WebQuest-Materialien mit unterschiedlichen Kompetenzschwerpunkten". Gesellschaftliche und ökologische Fragen Der WebQuest thematisiert die Nutzung der Treibstoffe Benzin, Wasserstoff, Biodiesel und Autogas im Rahmen des Chemieunterrichts in der Oberstufe. Neben den fachlichen Grundlagen organischer und alternativer Treibstoffe bietet sich bei diesem Thema auch die bewertende Betrachtung der Auswahl und Nutzung einzelner Treibstoffe an, um damit die Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung des Themas vor dem Hintergrund gesellschaftlicher und ökologischer Fragestellungen zu reflektieren. Alltagsbezug für "werdende Autofahrerinnen und -fahrer" Da der WebQuest für die Oberstufe konzipiert wurde, wird hier eine Zielgruppe angesprochen, die gerade die Fahrschule besucht oder bald besuchen wird. Die meisten Schülerinnen und Schüler in diesem Alter träumen von einem eigenen Auto und sind sich im Klaren, dass hiermit Kosten auf sie zukommen. Dabei sind sie abhängig von den Entwicklungen am Treibstoffmarkt. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich in dem WebQuest in Kleingruppen mit fossilen und alternativen Brennstoffen auseinander. Dabei soll jedes Gruppenmitglied zu einem anderen Energieträger recherchieren und die Resultate der Gruppe vorstellen. Eine tabellarische Übersicht der Ergebnisse, die folgende Punkte berücksichtigt, wird dabei fixiert: Chemische Zusammensetzung Darstellung/Gewinnung Vor- und Nachteile der Verwendung (Kosten, Konsequenzen für die Umwelt) Diskussion und Entwicklung eines Plakats Auf Basis der Einzelrecherchen sind die Schülerinnen und Schüler aufgefordert, die Teilergebnisse vergleichend zu diskutieren und die Zukunftsbedeutung der einzelnen Treibstoffe gegeneinander abzuwägen. Ihre Diskussionsergebnisse sollen sie nutzen, um die Vorstellung einer "Tankstelle der Zukunft" zu entwerfen. Im Rahmen der Gruppenarbeit ist ein Plakat über diese Zukunftsvision anzufertigen. Die von dem Kurs angefertigten Plakate werden im Anschluss an die Gruppenarbeiten den Mitschülerinnen und Mitschülern präsentiert und im Plenum diskutiert. Wer ist aus welchen Gründen zu welchem Ergebnis gekommen? Welche Lösung erscheint besonders schlüssig? Entwicklung eines Flyers in Einzelarbeit Als Hausaufgabe sollen die Jugendlichen einen Flyer zur "Tankstelle der Zukunft" erstellen. Dies fordert von jeder Schülerin und jedem Schüler die Reflektion der Ergebnisse der Plenumsdiskussion und der Gruppenvorstellungen, um sich abschließend eine eigene Meinung bilden und eine persönliche Zukunftsvision entwickeln zu können. Durch diese Aufgabe werden die Jugendlichen auch aufgefordert, sich erneut mit allen Treibstoffen auseinandersetzen, da sie sich während der Internetrecherche ja nur mit einem Treibstoff intensiv beschäftigt haben. Bildung der eigenen Meinung Die Möglichkeit zur eigenen Meinungsbildung wird im Rahmen von Gruppenarbeiten meist nicht ausgeschöpft. Den Schülerinnen und Schülern muss bei Vergabe der Hausaufgabe klar verdeutlicht werden, dass es keine reine Wiederholungsarbeit ist, sondern dass sie ihre eigenen Gedanken einbringen sollen. Gerade durch eine solche Arbeit wird der Kompetenzbereich "Bewerten" gefördert. Exkursionen - Unterrichtsbesuche - Informationen aus erster Hand Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bietet im Rahmen des Wissenschaftsjahres 2010 eine Webseite an, die Schulen und Wissenschaft unmittelbar zusammenbringen soll. Dort können Sie Kontakt zu Personen aus der Forschung aufnehmen, um sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern an ihren Forschungseinrichtungen zu besuchen, in Ihren Unterricht einzuladen oder einfach zu ihrem Forschungsgebiet "auszufragen". Ihre Ansprechpartnerin zum Thema Algenbiotechnologie Prof. Dr. Carola Griehl ist Themenbotschafterin des Wissenschaftsjahres 2010 - Die Zukunft der Energie und Vizepräsidentin sowie "Algenforscherin" an der Hochschule Anhalt in Köthen. Sie forscht mit ihrer Arbeitsgruppe an der Entwicklung von Biodiesel aus Mikroalgen und aus Algen gewonnenen Medikamenten. Prof. Dr. Carola Griehl Auf der Webseite der Forschungsbörse zum Wissenschaftsjahr 2010 finden Sie ein Portrait von Prof. Dr. Carola Griehl und einen Link für die Kontaktaufnahme. Algen lösen Getreide als Rohstoffquelle ab Bislang wurden Biokraftstoffe vorwiegend aus Getreide hergestellt. Für die Erzeugung sind jedoch erhebliche Mengen an Ackerland, Wasser und Energie nötig, weshalb sich die alternativen Kraftstoffe bislang noch nicht durchsetzen konnten. Algen werden in offenen Aquakulturen oder in geschlossenen Photobioreaktoren gezüchtet, verbrauchen also keine Agrarfläche, zeichnen sich durch schnelles Wachstum und die Bindung des Emissionsgases Kohlenstoffdioxid per Fotosynthese aus. Bei der Vergärung erzeugtes Methan liefert Strom Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. Griehl an der Hochschule Anhalt hat ein viel versprechendes Kreislaufsystem entwickelt, um das Potenzial der Algen noch besser auszuschöpfen: In einem Algenreaktor vergären die Algen. Das dabei entstehende Biogas besteht zu zwei Dritteln aus dem energiereichen Methan, das zur Stromerzeugung verbrannt wird. Ein Drittel des entstehenden Gases ist das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid, das für die Produktion von Strom nicht zu gebrauchen ist. Kohlenstoffdioxid ermöglicht das Wachstum der nächsten Algengenerationen Die Anhalter Arbeitsgruppe leitet - ganz nach dem Motto "Die Guten ins Töpfchen, die Schlechten ins Kröpfchen" - das anfallende Kohlenstoffdioxid in ein Brutbehältnis für neue Algen um. Diese verwerten das klimaschädliche Gas für ihr Wachstum, indem sie es durch Fotosynthese in Biomasse umwandeln. Die neu entstandene Biomasse wird wieder in den ersten Reaktor gefüllt, um dort zu Biogas zu vergären. Mit Essensabfällen aus der Mensa reichert Prof. Griehl die Algenreste in dem Reaktor an: "Das ergibt eine gute Ausbeute." Jedenfalls im Labor. Treibstoff, Futter- und Nahrungsergänzungsmittel Aus der entstehenden Biomasse werden Öle für Biodiesel, Tierfutter und Nahrungsergänzungsmittel gewonnen. Der Bau einer Pilotanlage zur Optimierung der gesamten Prozesskette - von der Algenproduktion bis zum Endprodukt - ist in Planung. Auch die Luftfahrtindustrie hat bereits ihr Interesse an dem potenziellen Algentreibstoff signalisiert. Bevor diese Art von Treibstoff preislich mit Kerosin konkurrieren kann, ist allerdings noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig. Wirkstoffe gegen Alzheimer, Schnupfen- und Grippeinfektionen Es gibt noch zusätzliche medizinische Anwendungsbereiche der Algenbiotechnologie, an denen geforscht wird. So fungieren die Algen auch als Antioxidantien für Medikamente. Forschungsarbeiten der Anhalter Arbeitsgruppe zeigen die Vielfalt der Möglichkeiten, die das "grüne Gold" bietet: So konnte aus den Organismen ein potenzieller Wirkstoff gegen die Alzheimer-Krankheit extrahiert werden. Diese Substanz soll die Alzheimer-Plaques auflösen. Auch andere Krankheiten können - laut dem Pharmaunternehmen Marinomed - mithilfe von Algenwirkstoffen bekämpft werden. Auf der Suche nach Wirkstoffen, die besonders effektiv vor Schnupfen- und Grippeviren schützen, stießen die Marinomed-Gründer Eva Prieschl-Grassauer und Andreas Grassauer auf die Carragelose, eine Substanz, die in Rotalgen vorkommt. Wird sie auf die Nasenschleimhäute gesprüht, kann sie dort sehr effektiv Viren abfangen, bevor sie in den Körper eindringen. Kostensenkung durch Kreisläufe und clevere Erntemethoden Die Kreislaufsysteme der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Griehl könnten die Kosten für die "Marinen Arzneien" senken. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beim Technologiekonzern Siemens entwickeln gerade eine Methode, die die Algenproduktion noch günstiger machen könnte: Sie wollen bei der Ernte Kosten einsparen. Die Trennung der Algen vom Medium verbraucht sehr viel Wasser und Strom. Durch einen Trick kann dies auch effizienter und kostengünstiger umgesetzt werden: Magneten in den Algenbehältern sorgen dafür, dass die Algen zum Magneten wandern und in einem Verbund an der Glaswand "kleben" bleiben. Magnetische Algen? Nicht ganz: Es werden zuvor winzige Eisenteilchen ins Wasser gemischt. Da Algen nicht wählerisch sind und sich auf jeder Fläche ansiedeln, die sich ihnen bietet, nehmen sie die Eisenteilchen sofort in Beschlag. Der Magnet zieht das Metall an und mit ihm die Algen. Wie viel Einsparung letztendlich durch diese Technik zu erwarten ist, ist noch nicht vorhersehbar.

Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Stoffgemische und lernen die Begriffe „Reinstoff“ und „Stoffgemisch“ kennen. Sie werden zum eigenständigen experimentellen Erforschen naturwissenschaftlicher Phänomene ermuntert. Mit dieser Unterrichtseinheit sollen Schülerinnen und Schüler dazu befähigt werden, naturwissenschaftliche Projekte weitgehend selbstständig durchführen zu können. Die Lernenden untersuchen verschiedene Stoffgemische in praktischen Experimenten. Dabei werden sie vor das Problem gestellt ein vorliegendes Stoffgemisch in seine Bestandteile zu zerlegen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten die geeigneten Gerätschaften und dürfen dann ausprobieren. Begonnen wird mit der einfachen Auslese, gefolgt von Filtrieren und Trennen mit einem Magnete, dabei steigert sich nach und nach der Schwierigkeitsgrad. Im letzten Schritt experimentieren die Kinder selbst mit Reagenzglas und Brenner, um ein Gemisch zu erhitzen und es auf diese Weise in seine Bestandteile zu trennen. Entstanden ist diese Unterrichtseinheit im Rahmen der Initiative "Naturwissenschaftliche Erlebnistage" mit jährlich stattfindenden Präsentationstagen. Die Schülerinnen und Schüler können sich allein oder in Gruppen mit dem Thema beschäftigen, wobei die Gruppenarbeit bevorzugt werden sollte. Es bietet sich an, dass die Lernenden im Anschluss an ihre eigene Durchführung als Experten für andere auftreten. Zur Dokumentation erstellen sie einfache, übersichtliche Plakate, die den Versuchsablauf zeigen und mit Bildern illustrieren. Die Versuche führen sie dann mit anderen Schülerinnen und Schülern, die die Versuche noch nicht kennen, gemeinsam durch. Für diese Präsentation eignet sich der Rahmen der Naturwissenschaftlichen Erlebnistage. Hinweise zur Durchführung Verschiedene Versuche zum Thema Stofftrennung, die die Schülerinnen und Schüler eigenständig durchführen können, werden erläutert. Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre naturwissenschaftlichen Kenntnisse und methodischen Fähigkeiten erweitern. anhand der angeeigneten Methoden eigene Versuche planen und durchführen. mit dem Brenner umgehen können, um Wasser von Salz zu trennen. die Versuche und Versuchsergebnisse dokumentieren und präsentieren. Thema Trennen von Stoffgemischen Autor Nicole Neumann Fach Sachkunde, Chemie, Biologie Zielgruppe Grundschule Klasse 3-4 Hauptschule Klasse 5-6 Realschule Klasse 5 Zeitraum etwa 4 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang für die Recherche; Präsentationsprogramm wie PowerPoint oder Ähnliches Material Laborbedarf: Bechergläser, Reagenzgläser, Reagenzglashalter, Brenner, Trichter, Rundfilter, Eisenspäne, Petrischale, Siedesteinchen, Schutzbrillen; Haushaltsmaterialien: verschiedene Döschen, mehrere Haushaltssiebe, Lupe, zu siebende Substanzen (Vollkornmehl, Salz, Erdboden, Nüsse, Linsen Senfkörner, Reis und Ähnliches), Löffel, Sand, Küchenrolle; der Umgang mit dem Gasbrenner sollte vertraut sein. Dieser Versuch eignet sich, um mit den Schülerinnen und Schülern den Begriff "Reinstoff" und "Stoffgemisch" zu erläutern. Den Lernenden werden Dosen ausgeteilt, in denen sich verschiedene Hülsenfrüchte befinden: Reiskörner, Senfkörner, Linsen, Nüsse, Bohnen und so weiter. Die Schülerinnen und Schüler erhalten die Aufgabe, Ordnung in dieses "Chaos" zu bringen. Anschließend wird geklärt, nach welchen Kriterien die Kinder sortiert haben. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten. Manche von ihnen sortieren zum Beispiel nach Farbe oder Größe. Wichtig ist, dass die Lösungen nicht falsch sind. Die Lernenden sollen letztlich aber den Unterschied zwischen Stoffgemisch und Reinstoff verstehen. Reinstoff Einheitliche Stoffe, die nicht mit anderen Stoffen gemischt sind, nennt man "Reinstoffe". Sie bestehen aus gleichen Teilchen. Stoffgemisch Ein Stoffgemisch besteht aus verschiedenen Reinstoffen. Ein Stoffgemisch ist nicht einheitlich. Zunächst erhalten die Schülerinnen und Schüler die Aufgabe, das Mehl mit einer Lupe zu betrachten, um die einzelnen Stoffe, die vielleicht mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, zu identifizieren. Anschließend sollen sie selbstständig das Vollkornmehl in Schrot und Mehl trennen. Die Bodenprobe wird in einem Becherglas mit Wasser vermischt und mit dem Löffel umgerührt. Die Lernenden setzten den Trichter auf den Erlenmeyerkolben und setzten den Rundfilter ein. Langsam gießen die Schülerinnen und Schüler das Schmutzwasser in den Filter. Der Vorgang kann nach Bedarf wiederholt werden. Die Kinder erhalten eine Petrischale, die ein Sand-Eisenspäne-Gemisch enthält. Mithilfe des Magneten sollen die Schülerinnen und Schüler nun das Gemisch trennen. Achtung: Unbedingt den Magneten mit einem Küchentuch einwickeln lassen, da sich die feinen Eisenspäne nur schwer bis gar nicht vom Magneten lösen und dieser unbrauchbar wird! Die Lernenden erhalten die Salz-Wasser-Lösung und überlegen, wie sie dieses Gemisch trennen können. Dazu erhalten sie die im rechten Kasten angegebenen Materialien. In das Reagenzglas werden Siedesteinchen gegeben, damit das Wasser nicht so leicht aus dem Reagenzglas spritzt. Die Schülerinnen und Schüler setzten sich Schutzbrillen auf. Während das Gemisch erhitzt wird, ist darauf zu achten, dass die Kinder das Reagenzglas leicht hin und her bewegen und die Öffnung nie auf Personen richten, da das heiße Wasser herausspritzen kann. Das Wasser verdampft und im Reagenzglas bleibt das Salz zurück. Die Kinder können unter Anleitung der Lehrkraft überlegen, ob ihnen ein Beispiel zur Salzgewinnung dazu einfällt. In manchen Ländern nutzt man die Verdunstungskraft der Sonne und lässt Meerwasser in flachen Becken verdunsten, bis das Salz auskristallisiert, das man anschließend "erntet". Die Schülerinnen und Schüler bekommen die Aufgabe im Internet nach Informationen zum Thema "Reinstoff" und "Stoffgemisch" zu suchen. Ziel ist es, Beispiele für Reinstoffe und Stoffgemische zu finden. Außerdem sollen die Schülerinnen und Schüler recherchieren, ob sie noch weitere Trennverfahren von Stoffgemischen finden. Zur Dokumentation bietet es sich an, dass die Gruppen einfache, übersichtliche Plakate zu ihren Versuchen erstellen. Es wäre aber auch denkbar, dass die Schülerinnen und Schüler am Computer kleine PowerPoint-Präsentationen erstellen, in denen die Durchführung der Versuche in kleinen Schritten dargestellt wird. Diese Präsentationen könnten dann an Schülerinnen und Schüler einer anderen Schule weitergeleitet werden. Mithilfe einer Plattform wie lo-net² können sich die Lernenden der beiden Schulen austauschen und über ihre Erfahrungen berichten.

Lernende stellen im Schülerexperiment Nano-Goldpartikel her und erkennen die Farbe der Goldsole als größenabhängige Eigenschaft der Nanopartikel. Interaktive Lernumgebungen visualisieren die Reaktionen auf der Teilchenebene und ermöglichen die Untersuchung der Nanopartikel im virtuellen Elektronenmikroskop.Der erste Teil der fächerübergreifenden Unterrichtseinheit (Chemie und Physik) findet im Schul- oder Schülerlabor statt. Die Lernenden präparieren mithilfe einer Versuchsvorschrift unterschiedlich große Gold-Nanopartikel in Dispersion (Kolloidchemie). Die verschiedenen Größen der Goldpartikel werden schon bei der Präparation an der unterschiedlichen Farbe erkennbar. Der zweite Teil der Unterrichtseinheit findet im Rechnerraum statt. Die Schülerinnen und Schüler wiederholen die Präparation der Gold-Nanopartikel noch einmal im Rahmen eines virtuellen Experiments und können dabei beobachten, was auf der Teilchenebene passiert. Mithilfe eines interaktiven Lernmoduls lernen sie zudem Schritt-für-Schritt die Funktion und Betriebsweise eines Elektronenmikroskops kennen: Sie können ein virtuelles Transmissionselektronenmikroskop bedienen, die (virtuell und/oder real) hergestellten Partikel anschauen und sich davon überzeugen, dass den verschiedenfarbigen Goldsolen unterschiedlich große Nanopartikel zugrunde liegen. Kombination von Realexperiment und Computereinsatz Die Nanotechnologie und speziell die chemische Nanotechnologie bieten Schülerinnen und Schülern keinen unmittelbaren Zugang. Nanoplättchen, Nanostäbchen oder Nanopartikel lassen sich im Schülerexperiment zwar leicht herstellen, zum Beispiel durch Fällungen, jedoch lichtmikroskopisch nicht sichtbar machen. Ein Elektronenmikroskop wäre dafür erforderlich, aber eine solche Hochtechnologie-Apparatur ist für Schule und Schülerlabor viel zu teuer und zu empfindlich. Aus diesem Dilemma heraus entstand die vorliegende Unterrichtseinheit: Für die Präparation von Nanopartikeln sollen die Schülerinnen und Schüler vorzugsweise selbstständig experimentieren und damit die Faszination des Experiments erleben. Die Untersuchung der Produkte im virtuellen Elektronenmikroskop einer interaktiven Lernumgebung erfolgt nach dem Realexperiment im Rechnerraum der Schule. Eine Alternative: Außerschulische Lernorte Falls die räumlichen Möglichkeiten für das Schülerexperiment in der Schule nicht gegeben sind, kann dieser Teil der Unterrichtseinheit in einem außerschulischen Schülerlabor, zum Beispiel an einer Universität, stattfinden. Alternativ kann die Lehrperson den Versuch als Demonstrationsexperiment vorführen. In jedem Fall können die Schülerinnen und Schüler den Versuch am Rechner multimedial durchführen beziehungsweise wiederholen. Teil 1: Kolloidale Systeme Nach der (optionalen) Herstellung von Nano-Goldpartikeln werden die Vorgänge auf der Teilchenebene mithilfe einer Lernumgebung visualisiert. Teil 2: Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) Schülerinnen und Schüler lernen die Funktionsweise eines Elektronenmikroskops kennen und untersuchen virtuell die Größe von Nano-Goldpartikeln. Materialien Hier finden Sie Hinweise zum Einsatz der klassischen Arbeitsblätter und der Lernumgebungen sowie detaillierte Handreichungen zu den virtuellen Experimenten. Fachkompetenz - kolloidale Systeme Die Schülerinnen und Schüler sollen die Begriffe Kolloid und Nanopartikel und ihren Zusammenhang kennen. die Dimension nanoskaliger Materialien kennen und zu bekannten Materialien anderer Dimensionen in Beziehung setzen können. den Begriff kolloidale Dispersion kennen und kolloidale Dispersionen in Zweistoffsystemen je nach Aggregatzustand der dispersen Phase und des Dispersionsmittels klassifizieren können. Methoden zur Unterscheidung zwischen "echten" Lösungen, kolloidalen Dispersionen und grobdispersen Systemen kennen. die Synthese von Goldkolloiden durchführen. wissen, dass die optischen Eigenschaften der hergestellten Goldkolloide im Zusammenhang mit der Größe der Kolloide stehen. den Begriff Koagulation/Aggregation kennen. Fachkompetenz - Transmissionselektronenmikroskop Die Schülerinnen und Schüler sollen das TEM als Werkzeug zur Visualisierung von Nanopartikeln kennen. begründen, warum Nanopartikel nicht mithilfe eines Lichtmikroskops beobachtet werden können. den Aufbau und den Strahlengang des Elektronenstrahls im TEM kennen. wissen, warum im Vakuum gearbeitet werden muss. die Bilderzeugung im TEM als Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Probe kennen. elastisch und unelastisch gestreute Elektronen als Ursache für die verschiedenen Kontraste im elektronenmikroskopischen Bild kennen. Thema Herstellung und Untersuchung von Nano-Goldpartikeln Autoren Katrin Prete, Dr. Walter Zehren, Prof. Dr. Rolf Hempelmann Fächer Chemie, Physik Zielgruppe ab Klasse 9 Technische Voraussetzungen Möglichkeit für chemisches Experimentieren (optional); Rechner in ausreichender Anzahl (Partnerarbeit), mindestens ein Präsentationsrechner mit Beamer, Flash-Player 9 Dr. Walter Zehren ist Studienrat an der Saarbrücker Marienschule und teilabgeordnet an die Universität des Saarlandes. Dort leitet er das Schülerlabor NanoBioLab und hat zum Thema Forschendes Experimentieren im Schülerlabor promoviert. Rolf Hempelmann ist Professor für Physikalische Chemie und Geschäftsführender Leiter des Transferzentrums Nano-Elektrochemie an der Universität des Saarlandes. Er ist Betreiber des Schülerlabors NanoBioLab und Sprecher des Saarländischen Schülerlaborverbunds SaarLab. Umrechnung von Maßeinheiten Die Schülerinnen und Schüler müssen in der Lage sein, verschiedene Maßeinheiten (Meter, Millimeter, Nanometer) ineinander umzurechnen. Diese Kompetenzen werden im Fach Mathematik in Klasse 5 erworben. Aggregatzustände Die Lernenden benötigen Kenntnisse über Aggregatzustände und über die verschiedenen Typen chemischer Stoffgemische. Diese Kompetenzen werden im Fach Chemie in Klasse 8 erworben. Redox-Reaktionen Zum Verständnis der Synthese der Gold-Nanopartikel müssen die Schülerinnen und Schüler den erweiterten Redox-Begriff kennen: Redox-Reaktionen müssen als Elektronenübertragungsreaktionen bekannt sein. Dies wird im Fach Chemie in Klasse 9 thematisiert. Der erste Teil der Unterrichtseinheit behandelt einige Aspekte der Kolloid- und Nanochemie und besteht aus einem Experimentalteil und einer interaktiven Lernumgebung zur Herstellung von Goldsol, also einer Suspension von Gold-Nanopartikeln. Gold- und auch Silber-Nanopartikel zeigen einen interessanten Farbeffekt im sichtbaren Spektralbereich: Die resonante Anregung von Oberflächenplasmonen führt dazu, dass sich die Farbe des Metalls in Abhängigkeit von der Größe und Form der Nanoteilchen stark verändert (Abb. 1). Zum Beispiel sehen Suspensionen von kleinen Gold-Nanopartikeln in Wasser rot aus (im Gegensatz zu dem gelblichen Schimmer, den Gold normalerweise zeigt). Aggregiert man diese Partikel teilweise, so ändert sich die Farbe zu dunkelblau bis violett. Einstieg und Schülerexperiment Der erste Teil der Unterrichtseinheit gliedert sich in zwei Abschnitte. Zunächst erfolgt eine Einführung in das Thema kolloidale Systeme. Durch geeignete Aufgabenstellungen wird den Schülerinnen und Schülern zunächst die Dimension, also der Größenbereich, der Nanochemie nahe gebracht, und es werden die Begriffe Nanopartikel beziehungsweise Kolloid geklärt. Danach folgt eine Reihe von Experimenten, welche die Schülerinnen und Schüler mit den bis zur Klasse 9 erworbenen Vorkenntnissen in Eigenarbeit durchführen können. Der Einfluss des Zerteilungsgrades (des Dispersionsgrades) auf die Eigenschaften von Stoffen und die Unterscheidung zwischen echten Lösungen und kolloidalen Dispersionen können im Experiment selber entdeckt werden. Zum Abschluss werden Goldkolloide verschiedener Größen hergestellt. Die Herstellung von Goldkolloiden ist gleichzeitig die Überleitung zum zweiten Abschnitt des ersten Teils der Unterrichtseinheit, der Multimedia-Anwendung. Virtuelles Experiment, Visualisierung der Teilchenebene Die interaktive Lernumgebung zeigt zunächst noch einmal den zuvor durchgeführten Versuch zur Herstellung von Goldkolloiden. Dabei werden die Schritte der Reaktion auf der Teilchenebene visualisiert (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken), und den Schülerinnen und Schülern wird schließlich die unterschiedliche Farbe der Goldsole erklärt (Abb. 3). An die Animation zum Versuch schließt sich eine Wiederholungsphase an, in der die Lernenden interaktiv den Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Farbe der Goldsole bearbeiten können (Abb. 4). Weiter geht es mit einer Übungsphase, in der Schülerinnen und Schüler das Gelernte anwenden. Methodenvielfalt Im ersten Teil der Unterrichtseinheit wird also mit verschiedenen Medien gearbeitet: Arbeitsblätter, Schülerexperimente und Multimedia-Anwendungen. Durch diese Methodenvielfalt wird auf die Heterogenität der Lernvoraussetzungen und der Interessen der Schülerinnen und Schüler eingegangen, wodurch möglichst viele Lernende erreicht und für die Beschäftigung mit dem Nanobereich motiviert werden sollen. Die einzelnen Schritte und Inhalte des gesamten virtuellen Experiments werden in einer Handreichung (tutorial_goldsole_virtuelles_experiment.pdf) ausführlich beschrieben und mit zahlreichen Screenshots dargestellt. Glühelektrischen Effekt, Kondensator Die Schülerinnen und Schüler müssen Kenntnisse über den Glühelektrischen Effekt und das Prinzip eines Kondensators besitzen (Physik, Oberstufen-Grundkurs). Linke-Hand-Regel Die Lernenden müssen in der Lage sein, mithilfe der Linke-Hand-Regel die magnetischen Feldrichtungen einer Spule zu bestimmen (Physik, Klasse 9). Lorentzkraft Die Schülerinnen und Schüler müssen Kenntnisse über die Bewegung von elektrischen Ladungsträgern im magnetischen Feld besitzen. Sie müssen die Richtung der Kraftwirkung der Lorentzkraft mit der Drei-Finger-Regel bestimmen können (Physik, Klasse 9). In einem interaktiven Lernmodul werden der Aufbau und die Funktionsweise des TEM Schritt-für-Schritt erläutert. Damit wird eine wichtige Methode der Nanotechnologie eingeführt. Sie erlaubt es, die zuvor im (realen und/oder) virtuellen Experiment hergestellten Nanopartikel zu visualisieren. Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, welches das Innere oder die Oberfläche einer Probe mithilfe von Elektronen abbilden kann. Da schnelle Elektronen eine sehr viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht haben und die Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge begrenzt ist, kann mit einem Elektronenmikroskop eine deutlich höhere Auflösung (etwa 1 Nanometer; mit einem einem Höchstleistungs-TEM bis zu 0,1 Nanometer) erreicht werden als mit einem Lichtmikroskop (typischerweise etwa 1 Mikrometer, im Extremfall bis zu 200 Nanometer). Die einzelnen Seiten, Inhalte und Funktionen der Lernumgebung zum Transmissionselektronenmikroskop (TEM) werden in einer Handreichung (tutorial_goldsole_TEM.pdf) ausführlich beschrieben und mit Screenshots dargestellt. Tutorielles System zur Funktion des TEM Die Lernumgebung erlaubt es, die hergestellten Gold-Nanopartikel "virtuell" zu untersuchen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren, wie die zuvor bereits verwendeten TEM Aufnahmen (vergleiche Abb. 4 ) entstehen. Dabei kommt eine Multimedia-Anwendung im Stil eines tutoriellen Systems zum Einsatz. Auf der Startseite wird das Thema dargestellt, und den Lernenden wird ein motivierender Einstieg in das Thema geboten. Außerdem wird auf dieser Seite ein Einblick gegeben, welche Lerninhalte nachfolgend bearbeitet werden. Informationsseiten An die Startseite knüpfen dann Informationsseiten an, auf denen den Schülerinnen und Schülern Lerninhalte durch Texte, Animationen oder Bilder präsentiert werden, die in individueller Geschwindigkeit bearbeitet werden können (Abb. 5, Platzhalter bitte anklicken). Sie können dabei auch zu vorangegangenen Lerninhalten zurückzuspringen, um nicht Verstandenes zu wiederholen. Übungen und Ergebnissicherung Die Informationsseiten bilden Themenblöcke oder "Bausteine". Nach jeweils einem Baustein schließen sich Übungsseiten an, mit deren Hilfe das Gelernte überprüft und die Lernergebnisse gefestigt werden (Abb. 6). Dabei kommen in der Regel recht kurz gehaltene Multiple-Choice-Aufgaben, Lückentexte oder Wortpuzzles zum Einsatz, an einigen Stellen allerdings auch komplexere Aufgabenstellungen. Die Übungen bieten auch die Möglichkeit zur Differenzierung - leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler, die schneller mit dem Programm fertig werden, können zusätzliche Aufgaben lösen. Den Abschluss des Programms bildet eine Lückentextübung zum TEM. Anwendungssimulation Im Anschluss an das tutorielle System folgt eine kleine Simulation. Hier haben die Schülerinnen und Schüler ein virtuelles TEM vor sich, in dem sie die Goldsole virtuell untersuchen können. Hierbei handelt es sich um eine Anwendungssimulation. Die Lernenden sollen die Handhabung des TEM prinzipiell verstehen. Dabei führen sie dieselben "Handgriffe" aus, die sie auch im Umgang mit einem realen TEM ausführen müssten (Abb. 7). Bei Fehlern - wenn zum Beispiel vergessen wird, in der Probenkammer ein Vakuum anzulegen - gibt das Programm eine entsprechende Rückmeldung ("Vorsicht, überprüfe dein Vorgehen"). 1. Partikel mit Potenzial: Nanoteilchen und Kolloide Das erste Arbeitsblatt (1_nanoteilchen_groessenvergleiche.pdf) führt die Begriffe Nanoteilchen und Kolloide ein. Der Text beginnt mit den Begriffsbestimmungen. Daran knüpfen sich fünf Aufgaben an, die den Schülerinnen und Schülern helfen sollen, sich die Dimensionen der Nanowelt in Relation zur Lebenswelt zu veranschaulichen: Die Lernenden sollen die Dimension des Nanometers durch Vergleiche mit Gegenständen aus ihrem alltäglichen Erfahrungsbereich erfassen. Nur durch diese Vergleiche ist es möglich, die winzigen Dimensionen zu verdeutlichen. Unbekanntes wird auf Bekanntes zurückgeführt und kann besser gelernt und verstanden werden. Aufgabe 3 ermöglicht es den Lernenden mit einem kleinen Experiment, sich selbst die Größe zu veranschaulichen und die Ergebnisse direkt zu sehen. Die Dimension des Nanometers wird im Experiment natürlich nicht erreicht, dennoch wird sie erlebbar und besser vorstellbar. 2. Eigenschaften von Nanopartikeln und Kolloiden Das zweite Arbeitsblatt (2_eigenschaften_nanoteilchen_kolloide.pdf) soll die Veränderung der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften eines Stoffs in Abhängigkeit von seinem Zerteilungsgrad veranschaulichen. Die Verkleinerung eines Stoffes in nanoskalige Dimensionen führt zu völlig neuen Werkstoffeigenschaften. In der ersten Aufgabe wird zunächst veranschaulicht, dass mit zunehmendem Zerteilungsgrad die Oberfläche eines Stoffes wächst und somit eine viel größere Oberfläche reagieren kann. Die Auswirkung einer größeren Oberfläche auf die Reaktionsgeschwindigkeit kennen die Schülerinnen und Schüler aus Standard-Experimenten des Chemieunterrichts, wie zum Beispiel der Verbrennung eines Eisennagels gegenüber der Verbrennung von Stahlwolle. In einem Versuch sollen die Lernenden nun entdecken, dass sich mit zunehmendem Zerteilungsgrad auch physikalische Eigenschaften verändern, wie zum Beispiel das magnetische Verhalten eines Stoffs. Die Reaktionsgleichung wird auf den Arbeitsblättern angegeben, da sie mit dem den Schülerinnen und Schülern zu Verfügung stehenden Vorwissen nicht aufgestellt werden kann, von diesen aber zum Verständnis der Reaktion benötigt wird. Zusätzlich wird der Begriff des Hydrats kurz vorgestellt, da als Ausgangsstoffe Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat und Eisen(II)-Chlorid-Tetrahydrat eingesetzt werden und der Hydrat-Begriff aus dem Unterricht in dieser Form nicht geläufig ist. 3. Unterscheidung zwischen echten und kolloidalen Dispersionen Mit dem dritten Arbeitsblatt (3_dispersionen.pdf) lernen die Schülerinnen und Schüler den Tyndall-Effekt als eine Möglichkeit kennen, zwischen echten Lösungen und kolloidalen Systemen zu unterscheiden. In einem Versuch werden verschiedene Lösungen beziehungsweise Dispersionen mithilfe des Tyndall-Effektes identifiziert. Mit der Aufgabe, für die Dispersionen das Dispersionsmittel und die disperse Phase anzugeben, wird an das Vorwissen der Lernenden angeknüpft, da die Einteilung von Stoffgemischen bereits in Klasse 8 erlernt wird. 4. Herstellung von Goldkolloiden Das vierte Arbeitsblatt (4_goldkolloide.pdf) beschreibt einen Versuch zur Herstellung von Gold-Nanopartikeln unterschiedlicher Größe. Zum Einstieg werden Verwendungsmöglichkeiten von Gold-Nanopartikeln aufgezeigt und hervorgehoben. Durch die Herstellung von Gold-Nanopartikeln wird mit der Farbe eine weitere spezifische Stoffeigenschaft angesprochen. Sie ändert sich mit zunehmendem Zerteilungsgrad von dem charakteristischen Goldgelb bis hin zu Rot. Hierbei handelt es sich um einen Größenquantisierungseffekt (englisch "quantum size effect"): sehr kleine Teilchen unterliegen mit abnehmender Teilchengröße zunehmend den Gesetzen der Quantenmechanik, woraus sich die Änderung der Eigenschaften von Nanopartikeln im Vergleich zu grobkristallinen Stoffen der gleichen chemischen Zusammensetzung erklärt. Die einführenden Texte dienen zur Motivation der Schülerinnen und Schüler, in einem Experiment selbst Gold-Nanopartikel herzustellen. 5. Arbeitsblatt und interaktive Lernumgebung Für die Bearbeitung der Aufgabenstellungen des fünften Arbeitsblatts (4_2_goldkolloide.pdf) kann die Flash-Lernumgebung zur Herstellung von Goldkolloiden herangezogen werden. Die Aufgabe greift auf bereits vorhandenes Wissen zurück, wie zum Beispiel den erweiterten Redox-Begriff, und fungiert auch als Ergebnissicherung für neu erlernte Inhalte. Die Fragen können nach der Arbeit mit der Lernumgebung beantwortet werden. Teilweise müssen Lerninhalte aus den vorangegangenen Arbeitsblättern angewendet werden, sodass durch zusätzliche Wiederholung eine Festigung des Gelernten gewährleistet werden kann. Einsatzmöglichkeiten Das virtuelle Experiment zur Herstellung verschiedenfarbiger Goldsole veranschaulicht die Vorgänge auf der Teilchenebene. Mit ihm wird auch erarbeitet, dass die Farbe der Goldsole von der Größe der Nano-Goldpartikel abhängig ist. Die Lernumgebung kann flexibel eingesetzt werden: Schülerexperiment und virtuelles Experiment Nach der experimentellen Herstellung von Goldsolen im Schülerversuch (im Chemielabor der Schule oder in außerschulischen Schülerlaboren) kann die Lernumgebung zur Herstellung von Goldsolen zur "virtuellen Wiederholung" und insbesondere zur Darstellung der Vorgänge auf der Teilchenebene genutzt werden. Lernende experimentieren nur "virtuell" Besteht keine Möglichkeit, den Versuch als Schülerexperiment durchzuführen, können die Lernenden die Herstellung von Goldsolen auch ausschließlich am Rechner durchführen - im Idealfall in Partnerarbeit im Computerraum der Schule. Präsentation per Beamer Alternativ oder zusätzlich zur Bearbeitung im Computerraum kann die Lehrperson die Flash-Animationen zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs im Fachraum per Beamer einsetzen. Die Lehrperson oder einzelne Schülerinnen und Schüler können den Prozess dann noch einmal für alle beschreiben. Einsatzmöglichkeiten Dieses Lernmodul ist für die Einzel- oder Partnerarbeit am Rechner konzipiert. Alternativ können die Animationen und interaktiven Übungen aber auch zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs (Beamerpräsentation) genutzt werden. Die Lernumgebung zum TEM kann natürlich auch in anderen unterrichtlichen Zusammenhängen - unabhängig von der Herstellung von Goldsolen - zum Einsatz kommen. Prete, Katrin Visualisierung von Nanopartikeln mittels TEM und STM, aufgearbeitet als eine mediengestützte Unterrichtseinheit, Wissenschaftliche Staatsexamensarbeit, Saarbrücken 2009 Zehren, Walter Forschendes Experimentieren im Schülerlabor , Dissertation, Saarbrücken 2009 Sepeur, Stefan Nanotechnologie - Grundlagen und Anwendungen, Vincentz Network, Hannover 2008 Dörfler, Hans-Dieter Grenzflächen und kolloid-disperse Systeme, Springer-Verlag, Berlin und Heidelberg 2002 Hempelmann, Rolf; Zehren, Walter; Mallmann, Matthias Nanotechnologie im Schulunterricht, NanoBioNet Newsletter II/2008, nanotechnologie aktuell 2, 88-91 (2009) Walter Zehren ist Studienrat an der Saarbrücker Marienschule und teilabgeordnet an die Universität des Saarlandes. Dort leitet er das Schülerlabor NanoBioLab und hat zum Thema Forschendes Experimentieren im Schülerlabor promoviert. Rolf Hempelmann ist Professor für Physikalische Chemie und Geschäftsführender Leiter des Transferzentrums Nano-Elektrochemie an der Universität des Saarlandes. Er ist Betreiber des Schülerlabors NanoBioLab und Sprecher des Saarländischen Schülerlaborverbunds SaarLab.

Frankophone Sketche bieten Abwechslung im schulischen Alltag. Sie zu verstehen ist aber selbst für Oberstufenkurse nicht immer leicht. Die Lernenden wissen am besten, welche Hilfen sie brauchen, um die Inhalte zu erschließen. In diesem Unterrichtsprojekt veröffentlichen sie in einem Blog Verständnishilfen für ihre Lieblingssketche.Das Unterrichtsprojekt soll einen auf das Internet gestützten, intensiven und die Selbstständigkeit fördernden Lernprozess initiieren. Ziel ist, über frankophone Sketche im Internet zu lachen und andere Lernende zum Lachen zu bringen. Der sprachliche Schwerpunkt liegt auf der Förderung der Hörverstehenskompetenz. Lernchancen und Grenzen des Kompetenzerwerbs bei der Arbeit mit Blogs in einem Grundkurs der Qualifikationsstufe werden hier aufgezeigt.In der Unterrichtseinheit finden die folgenden Methoden Anwendung: Internetrecherchen zu francophonen Sketchen auf YouTube, Schreibphasen und die Präsentation des Blogs. Die nötigen technischen Kenntnisse werden im Verlauf der Arbeit erworben. Es ist günstig, wenn die Lernenden ein Blog verwalten können. Vorbemerkungen Das Fach attraktiv gestalten, die Lernenden handeln lassen und ihnen Spaß am Französischen vermitteln - das sind die Ziele dieser Einheit. Ablauf der Unterrichtseinheit Eine detaillierte Beschreibung des Unterrichtsverlaufs sowie alle benötigten Arbeitsmaterialien zum Download haben wir hier für Sie zusammengestellt. Reflexion und Ausblick Inwiefern Anspruch und Wirklichkeit in dieser Unterrichtseinheit wirklich übereinstimmen, zeigt diese Reflexion auf. Das Erreichen der anvisierten Kompetenzen kann durch die Erfüllung der folgenden Arbeitsaufträge erkannt werden: Die Schülerinnen und Schüler sollen didaktische Hilfen nutzen und über die wichtigsten Pointen verschiedener von der Lehrkraft didaktisiert eingeführter Sketche lachen. die Namen mehrerer frankophoner Humoristen und Titel ihrer Sketche kennen, um nach diesen auch von zu Hause aus gezielt im Internet zu suchen. den ausgewählten Sketch mehrmals sehen und ein Konzept für eine Didaktisierung erarbeiten. das Konzept in ein Manuskript umsetzen. das Manuskript bei der Lehrkraft zur Korrektur und zur Einholung eines Feedback einreichen. das korrigierte Manuskript lesen und die ihnen schlüssig erscheinenden Korrekturen zeitnah in des Manuskript einarbeiten. das Manuskript in einem Blog veröffentlichen. sich über mehrere Wochen mit den Blog-Beiträgen beschäftigen, indem sie die didaktisierten Sketche zu Hause mehrmals ansehen. ihre Beiträge gegenseitig kommentieren. motiviert sein, sich weiter intensiv mit Sketchen zu beschäftigen, und die Online-Angebote selbstständig in ihrer Freizeit nutzen. Thema Faire rire en français sur Internet Autor Dr. Achim Schröder Fach Französisch Zielgruppe ab dem 5. Lernjahr Referenzniveau ab Referenzniveau B - Selbstständige Sprachverwendung Zeitraum mehrwöchiges Unterrichtsprojekt Technische Voraussetzungen Internetzugang, ein eigener Blog Planung Verlaufsplan "Faire rire en français sur Internet" Das Fach Französisch gilt nicht erst seit gestern als schwierig zu vermittelndes und häufig unbeliebtes Fach, und so wundert es nicht, dass die Französisch-Lerner-Quote der gymnasialen Oberstufe in den 90er Jahren von "gravierenden Einbrüchen" (Nieweler 2005: 31) betroffen war. Die Klagen von Lehrkräften und Lernenden über die Realität des Französischunterrichts sind vielfältig. Die didaktische Gestaltung von computergestützten Projekten für den Fremdsprachenunterricht ist eines der didaktischen Verfahren, an das Lehrkräfte und die Fachdidaktik die Hoffnung knüpfen, das für das Fach Französisch offenbar besonders schwerwiegend "substantielle Problem der Vermittlung" (Gruschka 2002: 328) zu überwinden. Authentizität und Handlungsorientierung Durch den Einsatz von authentischen Materialien, die auf Online-Kommunikationsplattformen bereitstehen und die handlungs- und produktorientiert bearbeitet werden sollen, wird in internetgestützen Projekten versucht, den Lernenden einen Einblick in aktuelle kulturelle Phänomene zu geben, das selbstständiges Lernen zu fördern, ihre Motivation zu erhöhen und "die herrschende Tradition der schulischen Routine auf vielfältige Weise" aufzubrechen (Arnsdorf/Majari/Steiner 1999: 48). Im Schlagwort Internet "bündeln sich die Hoffnungen auf ein erneuertes Schulwesen" (Moser 2000: 10) und auf einen "Zuwachs an Gestaltungsfreiheit" (Vogt 2004, 7). Die Vielzahl von solchen Unterrichtsprojekten, die beispielsweise hier bei Lehrer-Online zur Verfügung stehen, belegen das wachsende Interesse von Fachdidaktik und Lehrkräften an didaktischen Konzepten, die versuchen, mithilfe digitaler Medien die Distanz zwischen den Lernenden und dem Lerngegenstand, der französischen Sprache und Kultur, zu überwinden. Reflexion zeigt Grenzen auf In diesem Beitrag werden die Chancen, aber auch Grenzen dieses Auswegs aus dem Vermittlungsproblem exemplarisch an einer mit Web-Elementen operierenden Unterrichtseinheit beschrieben. Gefragt werden muss hier auch, in welcher Weise die Lernenden welche Kompetenzen erweitern, wenn sie mit Online-Materialien arbeiten. Es bedarf einer großen Beobachtungsanstrengung, um zu verhindern, dass mit der Propagierung des E-Learnings einer über ihre Grenzen unaufgeklärten "Verselbstständigung der Didaktik" (Gruschka 2002: 364) Vorschub geleistet wird. Nur wenn auf Grenzen und Schwierigkeiten bei der Umsetzung von solchen Projekten ehrlich hingewiesen wird, können möglichst viele Kolleginnen und Kollegen davon überzeugt werden, die großen aber eben zugleich auch begrenzten Chancen dieses didaktischen Mittels zu nutzen. Spaß an Sketchen Die Idee für das vorliegende Unterrichtsprojekt entstand ausgehend von der Selbsterfahrung mit dem Vergnügen, das sich beim Anschauen der nahezu unerschöpflichen Vielzahl von frankophonen Sketchen auf YouTube einstellt. Ziel: Produktorientiert arbeiten und Spaß haben Die Lernenden eines Grundkurses der Qualifikationsstufe, so die produktorientierte Ausgangsüberlegung, gestalten ein Blog, auf dem sie Sketche frankophoner Humoristen vorstellen, mit didaktischen Hilfen versehen und unter der Fragestellung analysieren, was an ihnen witzig ist. Die Lernenden kommen so "auf den Geschmack" und sehen die von ihnen veröffentlichten Sketche und darüber hinaus weiter auch in ihrer Freizeit wiederholt an. Die Vernetzung mit anderen Sketchen sorgt dafür, dass die Lernenden selbstständig auf Entdeckungsreise gehen. Lachen als Zeichen für gelungene Kommunikation Das Projekt ist auf mehreren Ebenen "kompetenzorientiert", ist das Lachen über einen Sketch doch einer der sichersten Indikatoren für eine gelungene Kommunikation zwischen Komiker und Publikum und für den erfolgreichen Erwerb kommunikativer Kompetenzen als Hör-, Leseverstehens- und landeskundlicher Sachkompetenz. Für das Projekt ist der Gedanke zentral, die Lust am Lachen als Motivationsquelle zu nutzen. Das Lachen der Lernenden ist zudem der unmittelbar messbare Output eines kompetenzorientierten Unterrichts. Damit dieser Output messbar wird, bedarf es einer intensiven Förderung der drei oben genannten Kompetenzen. Dank des Materialangebots im Internet, so die Überlegung, müsste ein solches Vorhaben wohl erfolgreich durchführbar sein. Sketche sind nicht nur auf YouTube und DailyMotion in stetig wachsender Zahl zu sehen, sondern häufig auch als Transkripte im Internet verfügbar. Zugriff auf YouTube oder DailyMotion Für die Unterrichtseinheit müssen nur wenige technische Vorarbeiten getroffen werden. Eine zentrale Voraussetzung ist die Verfügbarkeit eines schulischen Zugriffs auf die Medienportale YouTube oder DailyMotion. Erstellen des Blogs Zudem muss ein Blog angelegt werden. Wie dies im einzelnen funktioniert erklärt sich nahezu von selbst. wordpress.com: Einführung in die Erstellung eines Weblogs Hier wird in einem Lehrfilm erläutert, wie ein Blog kostenlos beispielsweise auf der Seite www.wordpress.com erstellt werden kann. Lernhilfen nutzen In einer ersten Phase werden die Lernenden in die Didaktisierung von Sketchen eingeführt. Hierzu wählt die Lehrkraft einen oder mehrere Sketche ihrer Wahl aus und stellt die aus ihrer Sicht notwendigen Lernhilfen zur Verfügung. Arbeit mit dem Text In einem ersten Schritt wird hier zunächst die szenische Darstellung einer Situation angeleitet, die von Les Inconnus karikiert wird: das Verhalten der Kandidaten einer Fernsehsendung, in der Singles versuchen, einen Lebenspartner zu finden. Anschließend wird der lückenhaft transkribierte Beginn des Sketches als Lückentext bearbeitet. Hörverstehenskompetenz Zur Schulung der Hörverstehenskompetenz wird der Sketch dann angesehen und die noch nicht gefundenen Lücken werden gefüllt. Die Aufgabe C zielt auf ein Globalverstehen. Die Lernenden füllen eine tabellarische Aufstellung mit Informationen zu den vier Protagonisten der Sendung aus. Auswertung des Sketches Zur inhaltlichen Auswertung des Sketches wird das komplette Transkript abschließend gelesen und die komischen Stellen präzise bestimmt, um diese in einem ersten Versuch auf ihre komische Wirkung hin zu analysieren und zu beschreiben. Das Lachen Die Theorie über den Witz, die Sigmund Freud in seiner Abhandlung "Der Witz und seine Beziehung zum Unbewussten" 1905 vorgelegt hat, ist ein hervorragendes Instrument, Humor zu analysieren und den Genuss, den das Lachen bereitet, noch zu steigern. Glücklicherweise liegt mit der Übersetzung von Marie Bonaparte der gesamte Text von Freud in Französisch vor. Übersetzungsübungen, die durchaus sinnvoll sein können, können so mühelos gestaltet werden. Die Dynamik des Lachens Die Lernenden erarbeiten hier einen zentralen Aspekt von Freuds Deutung der triebökonomischen Dynamik des Lachens über Witze: Freud verweist auf die subversive und befreiende Funktion des Lachens, das ein Ausleben von Triebregungen ermöglicht, die durch den zivilisatorischen Fortschritt und die mit ihm verbundenen Tabu- und Zensurschranken zunehmend unterdrückt werden. Auswahl des Sketches Die selbstständige Recherche kann ganz zu Anfang des Projekts beginnen. Hierzu erhalten die Lernenden eine Auswahlliste (fiche de travail 3) mit wenigen klassischen und vielen modernen Sketchen sowie den Auftrag, möglichst viele der genannten Humoristen und ihre Sketche kennen zu lernen. Dabei wird das Ziel der Unterrichtseinheit von Beginn an transparent gemacht: Einer der Humoristen soll ausgewählt und ein Sketch in einem Blog mit Lernhilfen versehen und damit erklärt werden. Selbstständige Didaktisierung Die Lernenden fertigen in einem nächsten Schritt ein Konzept für eine Didaktisierung an, die sie ausformulieren und der Lehrkraft zur Korrektur und Beratung vorlegen. In dem Beratungsgespräch, das online, per E-Mail oder "live" umgesetzt werden kann, werden die erfolgten sprachlichen Korrekturen und Vorschläge zu einer verbesserten Didaktisierung erläutert. Eigene Didaktisierung und Links zum Original Die Veröffentlichung der Didaktisierungen erfolgt auf einem Blog (Beispiel: Rire en français ), in dem durch Verlinkung unmittelbar auf die Sketche und die offiziellen "sites" der Humoristen zugegriffen werden kann. Solche Blogs können bei verschiedenen Anbietern wie Wordpress oder Blogspot kostenlos und ohne große medientechnische Kompetenz erstellt werden. Die Frage der Blogbetreuung Von zentraler Bedeutung für die Unterrichtsreihe ist allerdings die Frage, wer das Blog betreuen soll: Lehrkraft betreut Blog Entscheidet sich die Lehrkraft wie im vorliegenden Fall dafür, das Blog selbst zu verwalten, stärkt sie die Produktorientierung des Projekts. Sie behält die Kontrolle über Ablauf und Gestaltung. Sie vermeidet, von den Lernenden getroffene Entscheidungen autoritär wieder aufheben zu müssen, garantiert eine relativ fehlerfreie sprachliche Erscheinung und ist zu jeder Zeit über den Stand des Projekts informiert. Lerngruppe gestaltet Blog Überlassen Sie es der Lerngruppe, das Blog zu gestalten, stärkt dies die Prozessorientierung und die medienpädagogische Ausrichtung des Projekts und die Kompetenz des selbstständigen Lernens. Es bedarf allerdings eines gewissen Mutes, mitunter Qualitätseinbußen hinzunehmen, eine nicht unerhebliche Unterrichtszeit für "Redaktionssitzungen" zu investieren und auszuhalten, wenn das Projekt nicht fristgerecht fertig wird und am Ende anders als geplant veröffentlicht wird. Lerngruppe und Lehrkraft gestalten Blog Ein gangbarer Mittelweg wäre wohl, den Blog mit einem für alle bekannten Passwort zu versehen und gemeinsam mit interessierten Lernenden zu gestalten. Lernen durch Lehren Andreas Gruschka hat den Verblendungszusammenhang, in dem Pädagogik und Didaktik sich bewegen, in einem Vortrag über Adorno und die Pädagogik wie folgt beschrieben: "Die Aufforderung Adornos, Pädagogik als Aufklärung über sich selbst zu betreiben, also zu erkennen, was sie dazu beiträgt, dass sie nicht wird, was sie zu sein beansprucht, ist in der Pädagogik nur selten angekommen." (Gruschka 2003) Anspruch versus Lernziel? Angesichts des Auseinanderklaffens von Anspruch und Wirklichkeit des hier vorgestellten Projekts scheint mir eine solche Selbstaufklärung notwendig zu sein, denn nicht alle oben beschriebenen Kompetenzen können bei kritischer Betrachtung der Ergebnisse als erworben bezeichnet werden. Zu fragen ist nicht nur nach den nicht von allen vollständig erreichten Kompetenzen, denn dies könnte ja damit abgetan werden, zu behaupten, man habe nicht in der Kategorie von Mindest-, sondern der Regelstandards gedacht. Vielmehr ist danach zu fragen, wie der zentrale Anspruch des Konzeptes, durch die Online-Arbeit die Kompetenz des selbstständigen Lernens mit Sketchen zu fördern, dazu beigetragen hat, dass nicht erreicht wurde, was beansprucht war. Genutzte Lernchancen Betrachten wir zunächst die von den Lernenden erworbenen Kompetenzen. Ein Blick auf den im Rahmen des Projekts entstandenen Blog belegt genutzte Lernchancen. Mit den Erläuterungen der Sketche "La drague", "Le week-end", "La fête des enfants", "Le colonel", "Le bac" und "Avion barbie" und mit den Analysen der Sketche von Remy Gaillard kann belegt werden, dass alle Lernenden ein Produkt geschaffen haben, das die meisten der oben genannten Indikatoren aufweist: Zentrale Pointen sind erkannt und ein funktionales Konzept zur Didaktisierung ist umgesetzt worden. Die Qualität der Schülerbeiträge, die durch die vorgenommenen Lehrerkorrekturen nicht substantiell beeinflusst wurde, täuscht jedoch über eine Reihe von Schwachstellen hinweg, von denen zwei näher betrachtet werden sollen. Selbstständiges Forschen ungewollt gefördert Auffällig ist zunächst, dass zwei Lernende Sketche des Humoristen Remy Gaillard gewählt haben, die nicht auf der Auswahlliste zu finden sind. Gaillard ist insbesondere bei vielen Jungendlichen sehr beliebt; und ganz im Sinne von Freuds Theorie der komischen Wirkung setzt er sich über gesellschaftliche Tabuschranken hinweg und wagt, was wir aus Angst vor Bestrafung niemals wagen würden. Durch seine lustvollen Tabubrüche ist er zu einem Weltstar des Internets geworden. Gaillard bringt zum Lachen, aber er spricht nicht. Seine Komik ist wortlos. Das Lachen über ihn fördert so wohl kaum die Hörverstehenskompetenz der Lernenden. Und trotz des Hinweises auf diese unbestreitbare Tatsache sind Lernenden nur schwer davon abzubringen, das im Unterricht zu thematisieren, was ihnen sinnvoll erscheint, didaktisch zu vermitteln - in diesem Fall die Sketche von Gaillard. Wie aber ist hier didaktisch richtig zu reagieren? Gaillard als wortlosen Komiker als Gegenstand zu verbieten, würden bedeuten, dass sich Didaktik zwischen die Sache und die Lernenden drängt und eine vertiefende Auseinandersetzung mit ihr verhindern. Ihn unter der Auflage zuzulassen, es müsse noch ein zweiter mit Worten operierender Sketch didaktisiert werden, würde bedeuten, die Lernenden durch Ungleichbehandlung und Mehrarbeit dafür zu bestrafen, sich lustvoll mit einem nach individuellen Interesse ausgewählten Gegenstand zu beschäftigen. Lern- und Curriculumdruck stört freies Lernen Noch nicht einmal auf den zweiten Blick ist zu erkennen, wie die Auswahl zustande kam. Die dem Autor gegenüber wohlmeinenden Leserinnen und Leser werden annehmen, dass die Lernenden diese nach gründlicher Prüfung der auf der Auswahlliste angegebenen Sketche getroffen haben. In Wirklichkeit aber bedarf es einer intensiven Betreuung des Auswahlprozesses. Den Lernenden müssen die Sketche, die sich ihnen eben erst durch Didaktisierung erschließen, in Beratungsgesprächen vorvermittelt werden, und sie trauen sich eine Bearbeitung nur dann zu, wenn sie möglichst vollständige Transkripte der Sketche erhalten. Die Gründe hierfür sind vielfältig. In erster Linie aber hält der Lern- und Curriculumdruck, der auf den Lernenden in den anderen Fächern lastet, davon ab, sich so ausführlich wie nötig mit den Gegenständen, den Sketchen, zu befassen. Das Problem der Kontrollinstrumente Auf den ersten Blick ist zu erkennen, dass nur wenige Lernende die Sketche online kommentiert haben, obwohl sie dafür mehrere Wochen Zeit hatten und wiederholt dazu aufgefordert wurden. Auf Nachfrage nennen die Lernenden als Begründung mehrheitlich, dass sie es als sinnlos erachteten, ein stets gleich formuliertes Lob unter die Beiträge zu setzen. Damit wehren sich die Lernenden eigensinnig gegen ein didaktisches Konstrukt, das darauf abzielt, mit den Kommentaren ein Kontrollinstrument zu schaffen, mit dem nachweisbar würde, dass alle Lernenden alle präsentierten Sketche auch wirklich mindestens einmal gesehen haben. Leistungserwartung stört Lernlust Was ist nun das Ergebnis der hier geleisteten kritischen Selbstaufklärung über die Projektkonzeption? Zunächst die Erkenntnis, bei der Durchführung des Projekts die Grenzen zu beachten, die der didaktischen Vermittlung gesetzt sind: Die Leistungserwartung, die Lernenden mögen sich doch nachhaltig mit den Sketchen auseinandersetzen, und dies in Hausarbeit, empfinden die Betroffenen als schulisches Konstrukt und lehnen es wohl deshalb ab, ihr widerstandslos zu folgen. Ab dem Moment, da sie unbeobachtet sind, nutzen sie die ihnen offenen Räume und Medien nach dem ihnen eigenen Lustprinzip. Didaktische Konzeption hemmt Lernwillen Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass es in der von dem didaktischen Konzept vermittelten Arbeit im Kern um die Förderung der funktionalen kommunikativen Kompetenzen geht und nicht um die Sache selbst: um das von Freud beschriebene befreiende subversive Lachen. Damit erweist sich, dass das didaktische Dreieck eine Illusion ist: Die didaktische Konzeption führt die Lernenden nicht nur zur Sache, sie schiebt sich auch zwischen sie und die Sache, also die Sketche und das lustvolle Lachen. Didaktisierte Inszenierungen stören Privatsphäre "Internet" Und so muss behutsam Abstand von dem in der Literatur zu E-Learning-Projekten und in der vorliegenden Unterrichtseinheit anvisierten Idealbild eines autonom und selbstständig Lernenden genommen werden. Die real existierenden Schülerinnen und Schüler sind nur in Maßen dazu zu motivieren, ihre häusliche Privatsphäre und Freiheit bei der Benutzung des Internets durch didaktisierte Inszenierungen einschränken zu lassen. Projektunterricht versus Curriculum Womöglich könnte die Entscheidung, den Lernenden deutlich mehr Verantwortung durch eine "autogestion du site" einzuräumen, hieran etwas ändern. Mit dem damit verbundenen deutlich erhöhten Zeitaufwand aber geriete der Projektunterricht in Widerspruch zum Curriculum, das bei allen wohlmeinenden Postulaten über eine selbstverantwortliche Schule und die Förderung des selbstregulierten und individuellen Lernens noch immer in einer zentralen Abiturprüfung mündet, die eben anders als die universitären Abschlussprüfungen in Romanistik in den Zeiten vor der Modularisierung gerade nicht nach individuellen Interessen abgelegt werden kann. Arnsdorf, Dieter/Majari, Chris/Steiner, Stefanie (1999) "Die Neuen Medien - eine Herausforderung für die Fremdsprachendidaktik?", in: Fremdsprache Deutsch, 21:2, 48-51. Bonaparte, Marie (1979), Freud, Sigmund (1905) Le mot d'esprit et ses rapports avec l'inconscient. Übersetzung, Paris: Gallimard. Freud, Sigmund (1905) Le mot d'esprit et ses rapports avec l'inconscient. Übersetzung von Marie Bonaparte, Paris 1979: Gallimard. Gruschka, Andreas (2002) Didaktik - Das Kreuz mit der Vermittlung. Elf Einsprüche gegen den didaktischen Betrieb, Wetzlar: Büchse der Pandora. Gruschka, Andreas (2003) Kritische Pädagogik nach Adorno, Vortrag auf der Arbeitstagung "Die Lebendigkeit der kritischen Gesellschaftstheorie" aus Anlass des 100. Geburtstages von Theodor W. Adorno, 4.-6. Juli 2003, Frankfurt: Johann Wolfgang Goethe-Universität. Moser, Heinz (2000) Abenteuer Internet. Lernen mit WebQuests, Zürich: Auer. Volgt, Gabriele (2004) "Grußworte", in: Ermert, Karl/Brinkmann, Annette/Lieber, Gabriele (Hg.), Ästhetische Erziehung und neue Medien. Zwischenbilanz zum BLK-Programm "Kulturelle Bildung im Medienzeitalter", Wolfenbütteler Akademie-Texte (17), Wolfenbüttel. Über eine Suchanfrage oder druch Scrollen auf den folgenden Seiten kommen Sie zu den Transkripten der besprochenen Sketche. Pierre Desproges: Textes de scène

Mit Unterrichtsmaterialien der Max-Planck-Gesellschaft erarbeiten Schülerinnen und Schüler, wie Brennstoffzellen funktionieren und welche technischen Herausforderungen sie an die Forschung stellen. Auch die Frage, ob Brennstoffzellen-Autos automatisch umweltfreundlich sind, wird untersucht. An Bord eines Raumschiffs ist Platz Mangelware - und so stattete die NASA schon in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts ihre Raumfahrzeuge mit kompakt gebauten und energieeffizienten Brennstoffzellen aus. Die "leise Knallgasreaktion" von Wasserstoff und Sauerstoff liefert Astronauten nicht nur Energie, sondern als einziges "Abfallprodukt" auch noch das lebenswichtige Wasser. Aber auch im Alltag wären Brennstoffzellen nützlich, da sie eine deutlich längere Lebensdauer als Batterien oder Akkus haben. In Laptops, Handys und MP3-Playern könnten sie Batterien und Akkus ersetzen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet derzeit wasserstoffbetriebene Membran-Brennstoffzellen zur Notstromversorgung in Flugzeugen. Eine positive Umweltbilanz haben Brennstoffzellen aber nur, wenn der Wasserstoff umweltfreundlich erzeugt wird, zum Beispiel durch die Elektrolyse von Wasser mit Sonnenergie. Wenn Sie Theorie und Praxis miteinander verbinden möchten: Einige Schülerlabore bieten Experimente mit Brennstoffzellen an (siehe Links zum Thema ). Die Thematik bietet viele Anknüpfungspunkte an Lehrpläne (Redox- und Elektrochemie, Fähigkeit zur Beteiligung an gesellschaftlichen Diskursen über Naturwissenschaft und Technik) und eignet sich für einen fächerübergreifenden Unterricht. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch Beiträge aus der GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema (Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.) ergänzt. Diese bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen. Themen der Unterrichtseinheit Laptops oder Handys, die von winzigen Brennstoffzellen gespeist werden, Kleinkraftwerke auf Wasserstoffbasis, die Wohnhäuser mit Energie und Wärme versorgen und umweltfreundliche "Wasserstoffautos" - Forscherinnen und Forscher entwickeln zurzeit immer neue Ideen, wie Brennstoffzellen im Alltag genutzt werden können. Allerdings sind die meisten Brennstoffzellen-Typen von der Serienreife noch weit entfernt. Zum einen fehlt es an den technischen Möglichkeiten zur umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff. Das Ausweichen auf Methanol als Brennstoff könnte dabei helfen, die Technologie zu einer Alternative zu fossilen Brennstoffen werden zu lassen. Auf der Suche nach den perfekten Werkstoffen für die Brennstoffzelle von Morgen ist man zwar auf einem guten Weg - auch mithilfe der Nanochemie - aber eben noch nicht am Ziel. Bezug zur Nanotechnologie Damit die "kalte Verbrennung" von Wasserstoff funktioniert, müssen beide Elektroden der Brennstoffzelle mit einem Katalysator beschichtet sein. Am Max-Planck-Institut für Kohlenstoffforschung in Mühlheim an der Ruhr werden dafür Metall-Nanopartikel entwickelt, die für eine große katalytisch aktive Oberfläche sorgen. Die Metalloxid-Nanoteilchen werden zunächst auf einem Trägermaterial - das können feine Rußkörnchen sein - fixiert, danach zu einer porösen Elektrode zusammengepresst und anschließend zum Metall reduziert. Materialien der Max-Planck-Gesellschaft Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Unterrichtsverlauf und Materialien Der Verlauf der Doppelstunde und die Anbindung des Themas an die Lehrpläne werden kurz skizziert. Hier finden Sie auch eine Übersicht der Materialien. GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema Die hier zusammengestellten Artikel (PDF-Download) bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen. Die Schülerinnen und Schüler sollen: Brennstoffzellen als alternative Energiequellen für Fahrzeuge oder Mobilfunkgeräte kennen lernen. die Umweltfreundlichkeit von Brennstoffzellen realistisch einschätzen können. das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle erarbeiten und erklären können. erkennen, welche Probleme Forscherinnen und Forscher auf dem Weg zum serienreifen Produkt noch überwinden müssen. Fast alle Schülerinnen und Schüler besitzen einen tragbaren Computer, ein Handy oder eine Digitalkamera. Mit der Meldung "Akku fast leer - bitte laden" sind sie daher vertraut. Das unerwünschte Phänomen wird als Einstieg in die Thematik genutzt: "Damit diese ärgerliche Meldung bald seltener wird, arbeiten Forscherinnen und Forscher intensiv an der Entwicklung von Brennstoffzellen." Der Unterrichtseinstieg schafft einen konkreten Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler und sorgt so für (hoffentlich) großes Interesse. Er zeigt zudem, dass Forschung kein Selbstzweck ist, sondern auch einen konkreten Anwendungsbezug hat und das Leben der Menschen erleichtern kann. Selbsttätige Aneignung von Wissen Im Rahmen der ersten Erarbeitungsphase steht die selbstständige Informationsaneignung im Mittelpunkt des Unterrichts. Die Schülerinnen und Schüler sollen dabei nicht nur Text- und Bildmaterialien auswerten und Inhalte zusammenfassen, sie müssen die erarbeiteten Ergebnisse auch auf ein komplexes grafisches Schema übertragen. Um die selbsttätige Aneignung von Wissen zu forcieren, erledigen die Lernenden die Aufgaben in Kleingruppen (drei bis vier Personen). In der Diskussion mit den anderen Teammitgliedern sollen dabei mögliche Unklarheiten und Verständnisschwierigkeiten besprochen und beseitigt werden. Blick hinter die "Kulissen" der Forschung Da die Möglichkeiten des unmittelbaren Lernens beim Thema Brennstoffzellen eingeschränkt sind, sollen die Schülerinnen und Schüler im zweiten Teil der Unterrichtseinheit zumindest anhand eines Arbeitsblatts einen Blick in die spannende Welt der Brennstoffzellenforschung werfen. Anhand des Themas "Neue Membranen für bessere Brennstoffzellen" lernen sie, wie die noch vorhandenen Mängel der Brennstoffzellen beseitigt werden könnten, um zu einem besseren Produkt zu gelangen. Sie werden aber auch dafür sensibilisiert, dass noch viel Grundlagenforschung zu leisten ist, bis Brennstoffzellen zu einer wirklichen technischen Lösung im Alltag werden können. Die Lehrpläne der Bundesländer für das Fach Chemie bieten vielfältige Anknüpfungspunkte für den Einsatz der Materialien in der Sekundarstufe II. Hier einige Beispiele: Bedeutung der Chemie für die Gesellschaft und für die Bewältigung der aktuellen und zukünftigen Herausforderungen (Nordrhein-Westfalen) Von der Wasserelektrolyse über die Knallgasreaktion zur Brennstoffzelle (Nordrhein-Westfalen) Entwicklung der Fähigkeit, am gesellschaftlichen Diskurs über Naturwissenschaft und Technik teilzunehmen (Sachsen) Redoxreaktionen und deren Bedeutung für die Herstellung ortsunabhängiger Spannungsquellen (Bayern) Unter dem Leitgedanken "Erneuerbare Energien - Klimaretter oder teure Prestigeobjekte?" könnte ein fächerübergreifendes Unterrichtskonzept stehen, zu dem die hier vorgestellte Brennstoffzelleneinheit gut passen würde: Chemie Grundlegende Aspekte zu Brennstoffzellen und anderen erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Biokraftstoffe oder Biomasse, werden vorgestellt. Physik Hier steht neben Solarenergie und Strom aus Wasserkraft oder Windkraftanlagen vor allem die Kernfusion im Focus: Grundlagen und Schwierigkeiten der Umsetzung werden thematisiert. Biologie Hier werden ökologische Probleme untersucht, die sich aus der Nutzung erneuerbarer Energien ergeben, zum Beispiel die Auswirkungen von Windanlagen auf den Vogelzug oder die Folgen von Staudämmen für Flussökosysteme. Geographie, Wirtschaft Im Erdkundeunterricht nimmt das Thema Klima einen breiten Raum ein: anthropogene Ursachen für den Treibhauseffekt und die globale Erwärmung werden diskutiert. Auch die Abhängigkeit der Weltwirtschaft von fossilen Brennstoffen sollte thematisiert werden. Politik Die Lernenden beschäftigen sich mit dem Streit um die Ökosteuer und den Problemen bei der Durchsetzung einer nationalen oder weltweiten Energiewende. Auch das Erneuerbare-Energien-Gesetz in Deutschland und die Möglichkeiten und Grenzen internationaler Abkommen zum Schutz der Atmosphäre werden beleuchtet. Die GDCh-Wochenschau informiert über aktuelle Themen aus der chemischen Forschung und Entwicklung. Zum Unterrichtsthema passende Beiträge sind für Lehrerinnen und Lehrer bei der Vorbereitung des Unterrichts eine Fundgrube für interessante und weiterführende Informationen. Schülerinnen und Schüler können die Artikel im Rahmen von WebQuests oder zur Vorbereitung von Referaten nutzen. Einige für diese Unterrichtseinheit relevante Artikel stellen wir hier kurz vor. Die vollständigen Beiträge stehen als PDF-Download zur Verfügung. Die Aktuelle Wochenschau der GDCh Jede Woche finden Sie auf der Webseite der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) einen Beitrag zur chemischen Forschung und Entwicklung. Der Übersichtsartikel fasst die Argumente von Befürwortern und Kritikern einer Wasserstoff-Wirtschaft zusammen: Zwar ermöglicht die Wasserelektrolyse eine energieeffiziente Erzeugung von Wasserstoff aus dem reichlich vorhandenen Rohstoff. Einer realisierbaren Wasserstoff-Wirtschaft stehen jedoch noch ungelöste Probleme beim Transport und bei der Lagerung des Brennstoffs im Weg. Zu den Sicherheits- und Verteilungsproblemen kommt im Vergleich zu herkömmlichen Energieträgern noch die niedrige Energiedichte pro Volumeneinheit als Nachteil hinzu. Wie der Disput bis zum Anbruch eines regenerativen Energiezeitalters verlaufen wird, ist offen. Energie aus der Brennstoff-Oxidation ohne thermisch-mechanische Umwege Was als Vorteil der Brennstoffzelle erscheint - die Erzeugung elektrischer Energie direkt aus der Oxidation eines Brenngases ohne Umweg über eine Flamme, eine Gas- oder Dampfturbine und einen Generator - entpuppt sich bei der Realisierung als große Hürde. Die aggressiven chemischen Bedingungen um den Verbrennungsvorgang herrschen nämlich in der Brennstoffzelle auch dort, wo elektrischer Strom über korrosionsanfällige Kontakte zwischen verschiedenen Materialien fließen muss. Ohne High-Tech keine Brennstoffzelle Nur High-Tech-Werkstoffe, die dementsprechend teuer sind, halten den Anforderungen des Brennstoffzellen-Betriebs stand. Die damit verbundenen Kosten sind zur Zeit mit einem wirtschaftlich konkurrenzfähigen Produkt noch nicht vereinbar. Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle Neben dem allgemeinen Aufbau und der Funktionsweise von Brennstoffzellen werden die Vorteile einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle dargestellt. Sie kann ihre eigene Abwärme dazu nutzen, den Wasserstoff, den sie "verzehrt", aus Erdgas ohne zusätzlichen Energieaufwand freizusetzen und erzeugt weniger Kohlenstoffdioxid als vergleichbare konventionelle Blockheizkraftwerke. Ihre prinzipielle Funktionsfähigkeit wurde bereits gezeigt. Bis zur Entwicklung marktgerechter Lösungen müssen aber noch viele Herausforderungen bewältigt werden. Kryospeicherung und Drucktanks erscheinen nicht praktikabel Transport und Speicherung von Wasserstoff bringen bei der Nutzung von Brennstoffzellen Probleme mit sich, die bis heute nicht gelöst werden konnten. Die Verflüssigung von Wasserstoff in Vorratstanks an Tankstellen und in Tanklastwagen ist mit einem erheblichen Verlust an nutzbarer Energie verbunden. Eine kryogene Speicherung in den kleinen Tanks der Endverbraucher ist nicht praktikabel: Trotz extrem aufwendiger Isolierungen käme es bereits nach einigen Tagen zu Abdampfverlusten. Eine physikalische Speicheralternative sind Drucktanks. Aber auch hier geht Energie verloren. Zudem steigen mit dem Druck in den Tanks auch die Sicherheitsanforderungen. Chemische Alternativen Eine kurze Übersicht zeigt, dass es einerseits eine Vielzahl von Ansätzen zur Entwicklung von Wasserstoff-Speichermaterialien gibt, dass andererseits aber noch kein System gefunden werden konnte, bei dem sich ein realistisches Potential für den Einsatz in Autos abzeichnet. Auf diesem Gebiet werden noch enorme Anstrengungen erforderlich sein, wenn man in der Zukunft nicht von Kryo- oder Hochdruckspeichersystemen abhängig sein will. Der Beitrag skizziert folgende Speichermöglichkeiten: Benzin und Diesel Die Wasserstoffspeicherung mit Kohlenwasserstoffen wie Benzin und Diesel hätte den großen Vorteil, dass es keinerlei Infrastrukturprobleme gäbe, ist jedoch für den Antrieb von Autos aus technischen Gründen nicht praktikabel (hohe Temperaturen, aufwendige Gasreinigung). Methanol Trotz ähnlicher Probleme (Gasreinigung) wurden mit Methanol betankte Prototypen erfolgreich getestet. Allerdings ist die Einrichtung einer Methanol-Infrastruktur parallel zur existierenden Infrastruktur für Diesel und Benzin wirtschaftlich unattraktiv. Hydride und Imide Wesentlich attraktiver erscheinen Hydride, die reversibel Wasserstoff aufnehmen oder abgeben können. Trotz vielversprechender Ansätze ist ein großer Teil der komplexen Hydride bisher wenig oder kaum untersucht. Es besteht daher durchaus Hoffnung, dass auf diesem Gebiet noch technisch relevante Systeme entdeckt werden könnten. Metal-Organic-Frameworks (MOFs) Die hochporösen metallorganischen Gerüstverbindungen zeigen in einigen Versuchen sehr hohe Speicherkapazitäten. Inwieweit diese Systeme die geweckten Erwartungen einlösen können, wird die Zukunft zeigen. Dreidimensionale Netzwerke lagern kleine Moleküle ein In den letzten Jahren fanden bemerkenswerte Entwicklungen im Bereich der porösen Materialien statt. Durch den modularen Aufbau metallorganischer Gerüstverbindungen lässt sich die Porengröße sogar maßgeschneidert an die Größe kleiner Moleküle wie Wasserstoff oder Methan anpassen. Damit gelten MOFs als aussichtsreiche Kandidaten für die Speicherung von gasförmigen Energieträgern. Hohe Methandichten bei Raumtemperatur Während Wasserstoff in MOFs nur bei niedrigen Temperaturen gespeichert werden kann, ist die Lage im Fall von Erdgas wesentlich günstiger. Methan (Hauptbestandteil von Erdgas) wird von MOFs bereits bei Raumtemperatur aufgenommen und auch wieder reversibel abgegeben. Es erreicht in den MOF-Poren nahezu die Dichte einer Flüssigkeit. Durch diese Technologie kann man den zur Speicherung einer bestimmten Methanmenge notwendigen Druck deutlich senken, was die Sicherheit erhöht. Die Verwendung von porösen Materialien als Speichermedien befindet sich jedoch noch in der Erprobungsphase. Der Beitrag skizziert verschiedene Wege zur Herstellung von Wasserstoff. Elektrolysetechnologien und deren Betriebsbedingungen werden vorgestellt. Am Beispiel der Niedertemperatur-Elektrolyse bei Standardbedingungen werden Wirkungsgrade und Zellspannungen betrachtet. Zudem wird über eine Versuchsanlage in Saudi Arabien zur Erzeugung "Solaren Wasserstoffs" mit Strom aus einem Solarfeld berichtet, an dessen Bau das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt war. Mit der Anlage konnte gezeigt werden, dass Wasserstoff per Elektrolyse mit einem Wirkungsgrad von etwa 70 Prozent regenerativ hergestellt werden kann. Als Brennstoffzelle für den kleinen Leistungsbereich wird in der Regel die Membranbrennstoffzelle verwendet, da ein Systemstart bei Raumtemperatur möglich ist. In Kombination mit einem Speicher für die Energieträger Wasserstoff oder Methanol sind kleine Brennstoffzellen eine Konkurrenz für Batterien und Notstromaggregate. Während Batterien - insbesondere die Lithium-Batterie - aber richtige "Kraftpakete" sind, sind Brennstoffzellensysteme eher "Energiepakete". Der Artikel stellt ihre Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile der Brennstoffe Wasserstoff und Methanol vor. So lange die regenerative Wasserstoffgewinnung, zum Beispiel über riesige Solaranlagen, noch nicht serienreif realisiert ist, schlägt Erdgas die Brücke zur Wasserstoffwirtschaft. Ein Vorteil von Erdgas ist seine heute schon nahezu flächendeckende Verfügbarkeit in den Haushalten. Somit können Brennstoffzellen-Heizgeräte nahtlos in bestehende Heizsysteme integriert werden. Feldtests sollen den Markt für die neue Technologie sondieren und vorbereiten. Dieter Lohmann ist ausgebildet für das Lehramt an Gymnasien und arbeit als Redakteur beim Online-Magazin Scinexx .

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Bodendegradation setzen sich die Lernenden mit den Formen, Ursachen und der Verbreitung auseinander. Sie erfahren, dass die Bodenqualität durch vielfältige natürliche und anthropogene Vorgänge beeinträchtigt wird. Der nachhaltige Umgang mit der Ressource Boden stellt nicht nur mit Blick auf die Ernährung einer steigenden Weltbevölkerung eine der großen Herausforderungen unserer Zeit dar.Böden sind ein ganz wesentliches Regulativ für eine Vielzahl von Prozessen und Entwicklungen, die zentraler Bestandteil der aktuellen Nachhaltigkeitsdiskussion sind. Zwar unterliegen Böden auch natürlicherweise Veränderungen, doch trägt die menschliche Aktivität direkt oder indirekt erheblich zu ihrer Degradation bei. Versiegelung, Übernutzung, Kontamination und Erosion sind nur einige der Ursachen. Die Ausprägungen und die Intensität der Bodendegradation können dabei lokal und regional ausgesprochen unterschiedlich sein. Diese Unterrichtseinheit setzt grundlegende Kenntnisse zur Entstehung und über die Eigenschaften, Funktionen und Qualität von Böden voraus. Sie schließt insofern an die auf Feld- und Laborarbeit gerichtete Unterrichtseinheit Boden entdecken sowie die Unterrichtseinheit Der Boden - unsere wertvolle Lebensgrundlage an.Sich zu erarbeiten, was Bodendegradation überhaupt ist und welche Ursachen in verschiedenen Regionen der Erde dafür verantwortlich sind, ist ein Ziel dieser Unterrichtseinheit. Ein weiteres besteht darin zu erfahren, dass Bodendegradation nicht ausschließlich ein Problem ferner Länder ist, sondern auch hierzulande nicht ignoriert werden kann. Mittels eines einfachen Verfahrens zur Abschätzung des Bodenabtrags durch die Erosion durch Wasser bewerten die Schülerinnen und Schüler die Erosionsgefährdung unterschiedlicher Standorte. Die Unterrichtseinheit kann von den Schülerinnen und Schülern zwar selbstständig durchgeführt werden, die Arbeit in Kleingruppen ist aber vorzuziehen. Selbst gesteuertes Lernen in Teamarbeit Eigenständiges Arbeiten Wesentliche Bestandteile der Unterrichtseinheit sind das selbst gesteuerte Lernen in kleinen Gruppen unter Nutzung von Teilen bestehender Lernmodule im Web und die Recherche nach Informationen, die zur Bearbeitung der Aufgabenstellung erforderlich sind. Im Fokus dieser Lerneinheit steht die Anwendung vorhandenen Grundlagenwissens über Bodeneigenschaften und -funktionen sowie die eigenständige Erschließung der Formen und Ursachen von Bodendegradationen. Gruppenarbeit Die Gruppen arbeiten an unterschiedlichen Szenarien. Am Ende der Unterrichtseinheit stellt jede Gruppe ihre Ergebnisse und Erkenntnisse in einer Präsentation vor. In einer Abschlussdiskussion werden mögliche Gründe für Unterschiede zwischen den Szenarien zusammengetragen. Inhalte Am Beispiel der Ermittlung und Bewertung der Gefährdung von Böden durch Erosion durch Wasser wird die Kompetenz zur Beurteilung von Fragen des nachhaltigen Umgangs mit der wertvollen Ressource Boden gestärkt. Die Schülerinnen und Schüler wenden hierzu ein einfaches "Erosionsmodell" auf unterschiedliche Szenarien an und bewerten die Ergebnisse zur Erosionsgefährdung. Durch gezielte Veränderung einzelner Größen des Modells lassen sich die Auswirkungen auf den Bodenabtrag nachvollziehen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Formen der Bodendegradation kennen. können natürliche und anthropogene Ursachen der Bodendegradation benennen. verstehen Zusammenhänge zwischen Boden- und Standorteigenschaften und Bodengefährdung durch Wassererosion. wenden bodenkundliches Grundlagenwissen zur Beurteilung der Erosionsgefährdung an. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen Informationen im Internet zu recherchieren. aus einem vielfältigen Angebot von Informationen die relevanten auswählen und aufarbeiten. die gewonnenen Ergebnisse in geeigneter Form präsentieren. Gestaltungskompetenz Die Schülerinnen und Schüler schulen das interdisziplinäre und mehrperspektivische Denken. trainieren die Vernetzung von Wissen und Anwendung in komplexen Kontexten. bringen einzelwissenschaftliche Inhalte in einen systemischen Zusammenhang. erlangen die Befähigung zum kritisch-rationalen Beurteilen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten im Team. lernen, mit verständlichen und nachvollziehbaren Argumenten zu diskutieren. lernen, mit Kritik umzugehen und Kritikfähigkeit erlangen. Eigenständiges Arbeiten Wesentliche Bestandteile der Unterrichtseinheit sind das selbst gesteuerte Lernen in kleinen Gruppen unter Nutzung von Teilen bestehender Lernmodule im Web und die Recherche nach Informationen, die zur Bearbeitung der Aufgabenstellung erforderlich sind. Im Fokus dieser Lerneinheit steht die Anwendung vorhandenen Grundlagenwissens über Bodeneigenschaften und -funktionen sowie die eigenständige Erschließung der Formen und Ursachen von Bodendegradationen. Gruppenarbeit Die Gruppen arbeiten an unterschiedlichen Szenarien. Am Ende der Unterrichtseinheit stellt jede Gruppe ihre Ergebnisse und Erkenntnisse in einer Präsentation vor. In einer Abschlussdiskussion werden mögliche Gründe für Unterschiede zwischen den Szenarien zusammengetragen. Am Beispiel der Ermittlung und Bewertung der Gefährdung von Böden durch Erosion durch Wasser wird die Kompetenz zur Beurteilung von Fragen des nachhaltigen Umgangs mit der wertvollen Ressource Boden gestärkt. Die Schülerinnen und Schüler wenden hierzu ein einfaches "Erosionsmodell" auf unterschiedliche Szenarien an und bewerten die Ergebnisse zur Erosionsgefährdung. Durch gezielte Veränderung einzelner Größen des Modells lassen sich die Auswirkungen auf den Bodenabtrag nachvollziehen. Arbeitsblatt / Aufgabe Zeitbedarf in Unterrichtsstunden AB_1: Begriff "Bodendegradation" 0,5-1 h AB_2: Webrecherchen zum Thema Bodendegradation 2-4 h AB_3: Erosionsgefährdung durch Wasser - globale Betrachtung 1 h AB_4: Erosionsgefährdung durch Wasser - Europa und Deutschland 1 h AB_5: Bodenabtrag - Berechnung der Szenarien/Standorte 3-4 h AB_6: Bodenabtrag - Vorstellung und Diskussion der Ergebnisse 2 h

Nach einer Internetrecherche zur Anwendung und Durchführung der Glimmspanprobe führen Schülerinnen und Schüler den Versuch selbst durch. Danach entwickeln sie selbstständig ein Experiment zum Nachweis der Freisetzung von Sauerstoff aus Oxi-Reinigern. Die Lernenden setzen sich in dem hier vorgestellten WebQuest zunächst theoretisch mit der Glimmspanprobe auseinander. Sie sollen sich über den Sinn und die Durchführung der Glimmspanprobe informieren und herausfinden, welche Bedeutung diese für Chemikerinnen und Chemiker hat. Danach erhalten sie einen kleinen Forschungsauftrag: Sie sollen überlegen, wie man die Freisetzung von Sauerstoff aus Oxi-Reinigern experimentell nachweisen kann. Die Lehrerin oder der Lehrer lässt die Durchführung der entwickelten Versuche unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften zu. Danach können die verschiedenen Ansätze mit der Klasse diskutiert werden. Technische und fachliche Voraussetzungen Die WebQuest-Materialien sind als Blog bei "WordPress" erstellt worden. Die HTML-Seiten können mit jedem gängigen Browser dargestellt werden. Der WebQuest zur Glimmspanprobe ist für den Einsatz in Klasse 8 konzipiert und soll insbesondere den Kompetenzbereich "Erkenntnisgewinnung" fördern. Zuvor sollte das Thema "Bestandteile der Luft" behandelt worden sein. Davon ausgehend kann man dann auf den Luftbestandteil Sauerstoff näher eingehen und die Nachweisreaktion einführen. Fortführung des Themas Im Anschluss an die Unterrichtseinheit bietet es sich an, die Verbrennung verschiedener Stoffe in reinem Sauerstoff oder an der Luft zu behandeln, um damit Oxidationsvorgänge zu thematisieren. Es ist auch möglich, vertiefend Reaktionsbedingen, Zerteilungsgrad, Durchmischung und Konzentration (hier die Sauerstoffkonzentration im Vergleich Luft/reiner Sauerstoff) zu behandeln. Dazu lassen sich auch viele einfache Schülerversuche mit den Oxi-Reinigern durchführen (DVD "Chemie fürs Leben"). Hinweise zum Unterrichtsverlauf Die Lernenden recherchieren im Netz, um die Glimmspanprobe zu erklären. Außerdem sollen sie die Behauptung, Oxi-Reiniger setzten Sauerstoff frei, experimentell prüfen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Glimmspanprobe als Nachweismethode für Sauerstoff kennen lernen und ihre Bedeutung für Chemikerinnen und Chemiker erkennen. die Glimmspanprobe nach den Sicherheitsvorschriften durchführen und protokollieren können. unter Anwendung der Fachsprache die Glimmspanprobe deuten. die erworbenen Kenntnisse zur Planung und Durchführung eines Überprüfungsexperiments zur Sauerstofffreisetzung aus Oxi-Reinigern anwenden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen den Computer gezielt zur Informationsbeschaffung verwenden, indem sie wichtige Inhalte aus Online-Texte erarbeiten und diese auf ihre Aufgabenstellung beziehen. eine Filmsequenz aus dem Internet zum Verständnis der experimentellen Durchführung einer Nachweisreaktion nutzen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen auf der Basis des angeeigneten Wissens ein Experiment gemeinsam planen und gegebenenfalls gemeinsam durchführen. sich gegenseitig bei der Diskussion verschiedener Versuchsvarianten zuhören und die Vorschläge vergleichend diskutieren. Prof. Dr. Julia Michaelis von der Didaktik der Chemie der Universität Oldenburg betreute Julia Elsen bei der Bachelorarbeit zur Glimmspanprobe.

Das Schulbegleitprojekt "Niemanden zurücklassen – Lesen macht stark" (NZL) nimmt die Förderung der Lesekompetenz leseschwacher Lernenden in den Blickpunkt. Diese internetgestützte Leseeinheit ist ein Beispiel für die vielen Materialien, die Lehrkräften im Rahmen des Projekts zur Verfügung gestellt werden. Das schleswig-holsteinische Projekt "Niemanden zurücklassen - Lesen macht stark" für die Klassenstufen 5 bis 10 ist im August 2006 in den Klassenstufen 5 und 6 an 50 Hauptschulen gestartet. "Niemanden zurücklassen" bietet den Schulen gezielte Unterstützung durch externe Berater, spezielle Lesemappen und Materialordner sowie zusätzliche Lehrerstunden. Ein zentraler Bestandteil des Projekts ist die jährliche Erfassung der Lesekompetenz durch objektive Tests und Vergleichsarbeiten. Seit Beginn des Schuljahrs 2008/2009 ist das Projekt für die Realschulen sowie Regional- und Gemeinschaftsschulen geöffnet. Insgesamt nehmen derzeit 210 Schulen teil. Träger des Projektes sind das Ministerium für Bildung und Frauen und das Institut für Qualitätsentwicklung an Schulen Schleswig-Holstein (IQSH). Bei der hier vorgestellten Unterrichtseinheit handelt es sich um ein ergänzendes Element des gesamten Projekts. Gute Leserinnen und Leser sind motivierte Leserinnen und Leser. Das Material des Schulbegleitprojekts "Niemanden zurücklassen - Lesen macht stark" nutzt die Lesemotivation als grundlegende Haltung und fordert dazu auf, motivationale Faktoren als Einstiegsstrategie zur Förderung der Lesekompetenz einzusetzen. Anknüpfungspunkt hierfür ist die vom persönlichen Interesse geleitete Auswahl des Lesestoffs. Die NZL-Lesemappe ist dabei als Organisationshilfe für die Arbeit mit eigenen Lesetexten und als Unterstützung selbst regulierter Lernprozesse zu verstehen. Der NZL-Materialordner bietet Textmaterial für diejenigen, die zunächst noch an mangelndem Leseinteresse scheitern und sich keine eigenen Texte beschaffen können. NZL-Hintergrundinformationen Das Schulbegleitprojekt zur Leseförderung stellt den beteiligten Schulen vielfältige Anregungen und Materialien zur Verfügung, die hier kurz vorgestellt werden. Ablauf der Unterrichtseinheit Mithilfe der Materialien von NZL ist es ganz einfach, eine Unterrichtseinheit zur Förderung der Lesemotivation durchführen. Wie es geht, wird hier dargestellt. Fachkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler sollen einem selbst gewählten Text Informationen entnehmen. das eigene Leseinteresse durch vielfältige Angebote erkennen und eingrenzen können. Sicherheit im Umgang mit nicht-linearen Hypertexten erlangen. Methodenkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler sollen verfügbare Lesestrategien anwenden. Lesetexte nach Interesse aus einer Linkliste auswählen. selbstständig Texte am Computer lesen und dazu eigene Aufgaben finden. Texte leise lesen. die individuelle Lesezeit erhöhen. in einem Leseportfolio Arbeitsergebnisse dokumentieren (Bezug: NZL-Lesemappe). selbstständig mit den Angeboten der NZL-Website umgehen können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen in Partnerarbeit eigene Lesetexte präsentieren und Anregungen zur Weiterarbeit geben. Lesetexte in Kleingruppen präsentieren. Thema Steigerung der Lesemotivation und Erhöhung des Leseinteresses durch Texte aus dem Internet Autorinnen Uta Hartwig und Christiane Frauen Fach Deutsch, Lesen in allen Fächern Zielgruppe Klasse 5 bis 10 Zeitraum variabel Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetzugang für die Einzel-, Partner- oder Kleingruppenarbeit Uta Hartwig ist Lehrerin an der Regionalschule Altenholz, Studienleiterin Englisch und Fortbildnerin im Projekt "Niemanden zurücklassen - Lesen macht stark". Die Schülerinnen und Schüler erhalten Lesemappen (Portfolios), die eine individualisierte und differenzierte Leseförderung ermöglichen. Für die Lehrkräfte steht ein Materialordner mit themenorientierten Lesetexten und Anregungen zur Förderung der Lesekompetenz zur Verfügung. Es besteht die Möglichkeit zur Teilnahme an einem Rap-Workshop. Es gibt Lesezertifikate sowie einen Ferienleseclub. Gezielte Lehrerfortbildungen werden angeboten. Materialien und Praxistipps sind über die Projekthomepage abrufbar. Anknüpfen an altersgemäße Formen der Lesemotivation selbst reguliertes Lernen Erhöhung der Lesezeit durch ritualisiertes Lesen Entwicklung der Lesekompetenz durch bewussten Umgang mit Lesestrategien Berücksichtigung geschlechtsspezifischen Leseinteresses Metakognitiver Diskurs (über Leseprozesse laut nachdenken) Bedeutung des leisen Lesens Steigerung der Sinnentnahme durch individuelles Lesetempo Methoden der Textentlastung Interkultureller Ansatz (Berücksichtigung in Textauswahl und Aufgabenstellung) Akzeptanz aller Lesematerialien Erhöhung der Lesezeit Das Konzept hat eine Erhöhung der individuellen Lesezeit der teilnehmenden Kinder zum Ziel. Je nach Möglichkeiten der oder des Einzelnen kann dabei auch die Anzahl der Texte im Vordergrund stehen. Da eine Ausweitung der Lesequantität erwiesenermaßen allein nicht ausreicht, um die Lesekompetenz zu steigern, wird die Textarbeit mit einer Entwicklung des Strategiewissens verknüpft. Erste Ansätze der Metakognition, des Nachdenkens über das Lesen, werden entwickelt. Leise Lesen Ein wesentliches Prinzip des Konzepts ist das leise Lesen. Die Texte werden nicht gemeinsam in der Klasse gelesen. Jede und jeder wird zum Selbstlesen angeleitet. Dies kann in Einzelarbeit oder auch in Gruppenarbeit erfolgen. Auch in der Gruppenarbeit wird still gelesen. Lediglich die Aktivierung des Vorwissens vor dem Lesen und die Anschlusskommunikation werden laut umgesetzt. Da insbesondere die sogenannten Risikoschülerinnen und -schüler kaum über Lesematerialien in ihrer häuslichen Umgebung verfügen, sollten seitens der Schule zusätzliche animierende Lesematerialien bereit gestellt werden. Auch viele Lehrkräfte wünschen sich zusätzliche Lesetexte für ihren Leseunterricht, damit die Lesemotivation durch interessengeleitetes Lesen in den Lesestunden gesteigert werden kann. Erfahrungen aus den Lehrerfortbildungen haben gezeigt, dass in der Regel auf didaktisiertes Lesematerial der Verlage zurückgegriffen wird. Da hier eine Auswahl oft sehr aufwändig ist, stellt das NZL-Konzept weitere Lesetexte, die das alters- und geschlechtsspezifische Leseinteresse berücksichtigen, zur Verfügung: Lesekisten für die Klasse: Bibliotheken stellen für Ihre Klassenstufe eine Lesekiste mit aktueller Jugendliteratur zusammen. Im Leseunterricht Zeitungen (zum Beispiel lokale Zeitung) und Zeitschriften (Jugendmagazine, Fußballzeitung, Sportzeitung) zur Verfügung stellen Kooperation mit der Deutschen Presse Agentur (dpa): Wöchentlich werden aktuelle Lesetexte für NZL-Schulen ins Internet gestellt Das Medium Internet bietet insbesondere den eher leseschwachen Schülerinnen und Schülern eine zusätzliche Motivation durch Interaktivität und Aktualität. Schülerinnen und Schüler drucken aus dem Internet Artikel zu Themen, die sie besonders interessieren, aus - dabei kann im Internet zu eigenen Themen frei recherchiert werden, zum Beispiel unter Zuhilfenahme der Suchmaschine Google. Eine Linksammlung zu den Themen der Lesemappe kann zur Unterrichtsvorbereitung und durch die Schülerinnen und Schüler selbst genutzt werden. Zugriff auf regelmäßige Textangebote, die die dpa den NZL-Projektschulen im Rahmen einer Kooperation zur Verfügung stellt. Geeignet für alle Lehrkräfte Mithilfe der vorliegenden Materialien können alle interessierten Lehrerinnen und Lehrer (nicht nur NZL-Lehrkräfte in Schleswig-Holstein) eine Einheit zur Förderung der Lesemotivation unter Berücksichtigung des Leseinteresses und Einsatz der Lesestrategien durchführen. Ergänzend sollten der Bereich der Metakognition (über das Lesen sprechen) sowie die Anschlusskommunikation Berücksichtigung erfahren. Erforderliche Vorkenntnisse Die Schülerinnen und Schüler sollten mit den Lesestrategien vertraut gemacht worden sein. NZL-Schulen haben die Lesemappen eingeführt und mit der "Lesewoche" und den "Themenkarten" gearbeitet. Zudem sollten die Lernenden wissen, wie man am Computer und im Internet navigiert, Fenster öffnet, Hyperlinks verwendet sowie mit den Strukturen von nicht-linearen Texten vertraut sein. Diese Vorkenntnisse sind in der Regel bereits aus dem privaten Umgang mit dem Computer gegeben. Auf dem rechten Bildschirmabschnitt der Projekt-Website sind die verschiedenen Lesestreifen mit unterschiedlichen Lesestrategien erkennbar. Mit einem Klick öffnet sich der Lesestreifen in Form eines Popups auf der rechten Bildschirmfläche. Die Lesestreifen sind den Schülerinnen und Schülern aus der Arbeit mit der NZL-Lesemappe oder aus dem Deutschunterricht bereits bekannt. Auf der linken Bildschirmseite können dann unterschiedliche Internetseiten geöffnet und gelesen werden. Abhängig von der Bidschirmgröße müssen diese Textseiten noch am Bildschirm angepasst werden, so dass zwei Fenster, der Text und der Lesestreifen, zeitgleich nebeneinander am Bildschirm einzusehen sind (siehe Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Bearbeitung der Lesetexte Über die NZL-Website werden die Schülerinnen und Schüler zunächst per Beamer in ihre Aufgaben eingeführt: Die Website mit ihren Links und die mögliche Verwendung der Online-Lesestreifen werden erklärt. Anschließend dürfen sich die Lernenden in Einzel- oder Partnerarbeit selbstständig Lesetexte auswählen, die sie im Unterricht lesen und mithilfe der Lesestrategien bearbeiten wollen. So können die Schülerinnen und Schüler ihre Lesetexte direkt am Computer erarbeiten, diese können auch in ausgedruckter Form für die folgenden Lesestunden oder als Hausaufgaben bearbeitet werden. Auf diese Weise können verschiedene Texte durch verschiedene Lesestreifen unterschiedlich bearbeitet werden (Differenzierung und Individualisierung). Arbeiten mit dem Lesestreifen "Texte knacken in 6 Schritten" Für die ersten Stunden der Arbeit mit den Lesestreifen kann die Kopiervorlage „Texte knacken in 6 Schritten“ eingesetzt werden. Dokumentation und Präsentation Die Schülerinnen und Schüler tragen anschließend ihre Lesetexte in ihre "Lesewoche" ein und heften ihre besonders interessanten Texte in ihrem Leseportfolio, der "Lesen macht stark" Lesemappe in der Rubrik "Lesetexte" ab. In der Anschlusskommunikation können die Schülerinnen und Schüler sich ihre Texte in Partnerarbeit untereinander vorstellen, Fragen beantworten und sich mit weiterführenden Fragen beschäftigen. Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler wählen eher anspruchsvollere und/oder längere Texte. Nach einer gemeinsamen Einführungsstunde in die Nutzung der Themenlinks am Computer können die Lernenden in nachfolgenden Lesestunden frei wählen, ob sie eigene Texte (aus Büchern oder Magazinen) oder Texte am Computer nutzen möchte. Hierfür ist die Ausstattung des Klassenraums mit einem internetfähigen Computer sinnvoll. Zur Leseförderung "in allen Fächern" können die Lesestrategien ebenfalls sinnvoll eingesetzt werden. Christiane Frauen ist Leiterin des Projekts "Niemanden zurücklassen - Lesen macht stark".

Schülerinnen und Schüler nutzen Aufnahmen und Spektren, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnen wurden, um die Masse eines Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 zu berechnen. Mithilfe des Doppler-Effekts können Schülerinnen und Schüler die Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich Gas in einer bestimmten Entfernung um das Zentrum der Galaxie M87 bewegt. Aus diesen Daten können sie dann auf die Masse schließen. Die mit einfachen Mitteln zu erzielenden Resultate sind durchaus mit den in der Literatur publizierten Werten vergleichbar. Das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommene Bild (links) zeigt den aktiven Kern der Galaxie, aus dem ein gebündelter Jet aus Elektronen und subatomaren Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit herausschießt. Das hier vorgestellte Projekt ist eine von mehreren Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, die von der Arbeitsgruppe Fachdidaktik der Physik und Astronomie an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt wurden (weitere Projekte: Die Entfernung der Supernova SN 1987A und Die Entfernung der Galaxie M100 ). Von den mathematisch anspruchsvollen Übungen stellt das hier vorgestellte Projekt die höchsten Anforderungen an die Schülerinnen und Schüler. Die Suche nach Schwarzen Löchern Neben der Geschwindigkeit von Sternen oder Gas im Kern der Galaxien müssen bei der Suche nach möglichen Schwarzen Löchern noch weitere Kriterien herangezogen werden. Die Schülerinnen und Schüler erklären den Verlauf der Rotationskurven von Galaxien mit und ohne Schwarzem Loch im Kern der Galaxie. bestimmen mithilfe des Doppler-Effekts die Geschwindigkeit, mit der das Gas in Abhängigkeit von der Entfernung zum Zentrum der Galaxie M87 rotiert und schließen daraus auf die Masse. beziehen die Geometrie der um das Zentrum der Galaxie rotierenden Gasscheibe (Projektion des kreisförmigen Rings als Ellipse an die Himmelssphäre) in ihre Berechnungen mit ein und schulen dadurch ihr räumliches Vorstellungsvermögen. erkennen, dass die Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops nicht ausreicht, in der Nähe des Schwarzschildradius relativistische Geschwindigkeiten nachzuweisen zu können. lernen für das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie neben den charakteristischen Eigenschaften der Rotationskurve noch weitere Indizien kennen. In letzter Zeit mehren sich die Anzeichen dafür, dass Schwarze Löcher nicht nur theoretisch möglich sind, sondern tief im Innern vieler Galaxien auch wirklich existieren. Sie könnten durch dynamische Vorgänge in den Galaxienzentren, wie etwa der Akkretion von Materie aus einer Gasscheibe, entstanden sein und so die am wenigsten exotische Erklärung für die Aktivitäten von Galaxienkernen, wie zum Beispiel intensive Röntgen- und Radiostrahlung und die Aussendung von Materie-Jets, darstellen. So deuten seit Langem gleich mehrere Indizien darauf hin, dass auch die riesige elliptische Galaxie M87 (Abb. 1), die zum Virgo-Galaxienhaufen gehört, ein massereiches Schwarzes Loch beherbergt. Dem hohen Auflösungsvermögen des Hubble-Weltraumteleskops verdanken wir die Entdeckung einer rotierenden Scheibe aus ionisiertem Gas im Zentrum dieser Galaxie. Keplersch oder nicht? Die empirische Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit v vom Abstand R ist bei normalen Galaxien nicht keplersch. Die inneren Partien von Spiral- und elliptischen Galaxien rotieren nämlich wie starre Körper, das heißt, die Bahngeschwindigkeit wächst linear mit dem Abstand. Dies lässt auf eine konstante Massendichte schließen. Weiter außen bleiben dann die Bahngeschwindigkeiten über große Abstände nahezu konstant, das heißt, dort wächst die Masse linear mit dem Abstand. Enthielte das Zentrum einer Galaxie nun ein Schwarzes Loch mit der Masse von einer Milliarde Sonnen, zeigt die Rotationskurve bei enger Annäherung an dieses Zentrum einen keplerschen Verlauf, so wie die des Sonnensystems. Geschwindigkeit von Sternen oder Gas im Kern der Galaxien Damit liegt eine Strategie für die Suche nach Schwarzen Löchern in Galaxienzentren auf der Hand: Wir müssen in möglichst kleinen Abständen vom Zentrum einer Galaxie die Geschwindigkeit von Sternen oder Gas messen. Ist die Rotationskurve dann keplersch, gibt dies einen deutlichen Hinweis darauf, dass im Galaxienzentrum ein sehr massereiches, kompaktes Objekt verborgen ist. Ein beeindruckendes Beispiel dafür ist die mit dem Langspalt-Spektrographen des Hubble-Weltraumteleskops aufgenommene Rotationskurve für das Zentrum der Galaxie M84. Abb. 2 zeigt die Zentralregion der Galaxie M84 in einer Aufnahme der Weitwinkelkamera des Weltraumteleskops (links). Der rechte Bildteil zeigt die Verteilung der Geschwindigkeiten von Sternen und Gas über die von dem Rechteck im linken Bild markierten Abstände vom Zentrum. Diese Radialgeschwindigkeitskurve zeigt die auf den Beobachter zu (blau) und von ihm weg (rot) gerichteten, messbaren Komponenten der Bahngeschwindigkeit. Ihre Auswertung führt auf 300 Millionen Sonnenmassen in einer Kugel mit 26 Lichtjahren Radius! Das begrenzte Auflösungsvermögen des Hubble-Weltraumteleskops verhindert bei Weitem die für den endgültigen Nachweis eines Schwarzen Lochs nötige Annäherung an dessen Schwarzschild-Radius, wobei sich relativistische Bahngeschwindigkeiten ergeben müssten. Aber auch dann, wenn die empirische Feststellung des keplerschen Verlaufs der Rotationskurve bei Annäherung an das Zentrum bei einem bestimmten kleinsten Abstand R abbricht, können wir aus einem ( R, v )-Messpunkt auf die von der Kugel mit dem Radius R eingeschlossene Masse schließen. Anschließend müssen jedoch andere Argumente zugunsten eines Schwarzen Lochs im Zentrum von M87 als die (für noch kleinere Abstände empirisch nicht mehr vorhandene) Rotationskurve herangezogen werden, um Alternativen auszuschließen: Viel Masse auf engem Raum Ein Schwarzes Loch wird umso wahrscheinlicher, je mehr Masse in einem bestimmten Volumen enthalten ist und je mehr diese die Masse der darin leuchtenden Materie übersteigt. Mathematische Modelle Dynamische Rechnungen zeigen, dass nicht leuchtende Himmelskörper, wie zum Beispiel Braune Zwerge, Neutronensterne und stellare Schwarze Löcher, in der erforderlichen Anzahl rasch zu einem einzigen Schwarzen Loch kollabieren würden. Materie-Jet Nahezu senkrecht auf der Gasscheibe im Zentrum von M87 steht ein sogenannter Materie-Jet (Abb. 3), der radioastronomischen Beobachtungen zufolge aus einem Gebiet von höchstens sechs Lichtjahren Durchmesser austritt. Zur Erklärung dieses Phänomens wird seit Langem ein Schwarzes Loch diskutiert. Die in diesem Projekt durchgeführte Auswertung der M87-Daten drängen zu folgender Schlussfolgerung: Wenn wir die in einem relativ kleinen Volumen konzentrierte Masse nicht als die eines Schwarzen Lochs deuteten, wüssten wir nach dem heutigen Stand der Wissenschaft gar keine Erklärung dafür abzugeben. Um uns dieser Deutung noch mehr zu vergewissern, müsste die Bewegung von Sternen und Gas in noch größerer Nähe zum Zentrum der Galaxie analysiert werden. Zumindest für das Milchstraßensystem ist dies in jüngster Zeit geschehen (siehe Links und Literatur ). Eckart, A., Genzel, R. Erster schlüssiger Beweis für ein massives Schwarzes Loch?, Physikalische Blätter 54 (1998) (l) 25-30 Eckart, A., Genzel, R. Der innerste Kern des galaktischen Zentrums, Sterne und Weltraum 37 (1998) (3) 224-230 Ford, H.C., Tsvetanov, Z.I. Massive Black Holes in the Hearts of Galaxies, Sky & Telescope (1996) (6) 28-33 Ford, H.C., Harms, R.J., Tsvetanov, Z.I. et al Narrow Band HST Images of M87: Evidence for a Disk of Ionized Gas Around a Black Hole, Astrophysical Journal Letters 435 (1994) L27-30 Harms, R.J., Ford, H.C., Tsvetanov, Z.I. et al HAST FOS Spectroscopy of M87: Evidence for a Disk of Ionized Gas Around a Massive Black Hole, Astrophysical Journal Letters 435 (1994) L35-38 Lotze, K.-H. Schwarze Löcher - vom Mythos zum Unterrichtsgegenstand, Praxis der Naturwissenschaften/Physik 49 (2000) (5) 21-27 Lotze, K.-H. Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, Projekt Nr. 1: Die Entfernung der Supernova SN1987A, Der Mathematische und Naturwissenschaftliche Unterricht (MNU) 51 (1998) (4) 218-222 Lotze, K.-H. Praktische Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, Projekt Nr. 2: Die Entfernung der Galaxie M100, Der Mathematische und Naturwissenschaftliche Unterricht (MNU) 52 (1999) (2) 85-91 Rubin, V.C. Dark Matter in Spiral Galaxies, Scientific American 248 (1983) (6) 96-106