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

Auf dieser Seite finden Sie Informationen, Anregungen und Arbeitsmaterial für den Unterricht zum Themenbereich Biochemie im Fach Biologie an weiterführenden Schulen. Das Angebot deckt die folgenden Themen ab: Proteine, Nukleinsäure, Fotosynthese und Nanotechnologie. Klicken Sie sich einfach mal durch! Das schöne in der Biologie ist der strenge Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion von der Nano- bis zur Makroebene: Die Analyse dreidimensionaler Strukturen erweist sich stets als aufschlussreich und ist weit mehr als eine bloße "Bildbeschau". Franz Josef Scharfenberg vom Richard-Wagner-Gymnasium in Bayreuth hat die dreidimensionalen Ausarbeitungen von Eric Martz (University of Massachusetts, USA) zu unserem Blutfarbstoff für den Einsatz im deutschsprachigen Unterricht aufbereitet. Die dreidimensionale Darstellung der Proteinstrukturen, die mithilfe des kostenlosen Plugins Chime mit der Maus nach Belieben angefasst, gedreht und herangezoomt werden können, zeigen, was schon Thomas Mann wusste (woher eigentlich? - schließlich gelang das erste Beugungsbild eines Proteins Dorothy Hodgkin erst 1932): Proteine sind "unhaltbar verwickelt und unhaltbar kunstreich aufgebaute Eiweißmolekel" (aus "Der Zauberberg"). Es lohnt sich, einen genaueren Blick auf das Hämoglobin zu werfen. An diesem Beispiel lassen sich zahlreiche allgemeine Aspekte der Proteine und Enzyme herausarbeiten: Als oligomeres Protein bietet der Blutfarbstoff die Möglichkeit, alle Strukturhierarchien - von der Primär- bis zur Quartärstruktur - durchzuspielen. Von der Anordnung der Aminosäuren innerhalb der Untereinheiten - hydrophobe Aminosäureseitenketten an der Oberfläche, hydrophile im Inneren des Proteins - lässt sich leicht der Bogen zur thermodynamischen "driving force" des in der Primärstruktur kodierten Selbstfaltungsprozesses der Biopolymere schlagen. Hämoglobin ist zwar "nur" ein Transportprotein, seine in die Polypeptidketten eingebetteten Häm-Gruppen können jedoch - was die Architektur aktiver Zentren und die Modellierung ihrer katalytischen Aktivität betrifft - exemplarisch als prosthetische Gruppen der Enzyme betrachtet werden (schließlich wird Hämoglobin von Molekularbiologen gerne auch als "Enzym honoris causa" bezeichnet). Die auf dem Austausch einer einzigen Aminosäure basierende Sichelzellenanämie verdeutlicht stellvertretend für Erkrankungen wie Alzheimer oder BSE das Prinzip der auf Protein-Polymerisationen basierenden Erkrankungen. Das Startkapitel zeigt vier (zunehmend "abstrahierte") Darstellungsformen der Aminosäure Glycin. Diese "Struktursprachen" werden in den nachfolgenden Kapiteln wiederholt auf weitaus komplexere Strukturen angewendet. Das Glycin-Beispiel ist daher eine wichtige Einführung in die verschiedenen Darstellungsformen des gesamten Hämoglobin-Materials. Gezeigt werden die "ball and stick"-Projektion des Zwitterions (Vorsicht: Doppelbindungen werden nicht als solche dargestellt), eine raumfüllende Darstellung (Kalottenmodell; Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken), die "stick"-Struktur sowie die "Aminosäure-Rückgrat"-Struktur (Hydroxylgruppe und Wasserstoffatome sind noch als "rudimentäre Stacheln" dargestellt). Wurden in dem vorausgegangenen Abschnitt die Darstellungsmöglichkeiten einer Aminosäure vorgestellt, werden diese hier auf ein Oligopeptid angewendet. Damit betritt man hier die Primärstruktur-Ebene. Als neue Darstellungsform wird schließlich das Polypeptidketten-Rückgrat vorgestellt (nicht zu verwechseln mit dem Aminosäure-Rückgrat). Zunächst wird die allgemeine Rückgrat-Struktur einer Aminosäure (ohne Seitenkette) dargestellt. Aus dieser Struktur wird das "allgemeingültige" Rückgrat eines Tripeptids aufgebaut. Die "anonymen" Einheiten werden durch Hinzufügen von Methylgruppen in ein Alanyl-alanin-alanin (Ala-Ala-Ala) umgewandelt. Um das ganze zunehmend komplexer zu machen, wird das Tripeptid in ein Lysyl-alanyl-alanin (Lys-Ala-Ala) und schließlich in ein Lysyl-alanyl-isoleucin (Lys-Ala-Ile) umgewandelt, bevor es zum Tetrapeptid ergänzt wird. Bis hierher folgen alle Darstellungen der "stick"-Struktur. Im Folgemodul haben die SchülerInnen die raumfüllende Darstellung des Tetrapeptids vor Augen (Abb. 2). Am Beispiel des Tetrapeptids wird nun verdeutlicht, wie die Biochemiker die Darstellung von Peptidketten abstrahieren, um bei der Strukturanalyse von Polypeptidketten aus mehreren Hundert Aminosäuren nicht "den Wald vor lauter Bäumen nicht mehr sehen zu können": In den beiden letzten Modulen wird daher die "Rückgrat"-Darstellung von Peptidketten eingeführt. Die erste Darstellung zeigt die Quartärstruktur des nativen Proteins mit farblich differenzierten Untereinheiten und den Häm-Komplexen (raumfüllende Darstellung, siehe Abb. 3). Das folgende Modul reduziert die Polypeptidketten auf ihr Rückgrat. Erst jetzt wird die Lage der Häm-Gruppen (raumfüllende Darstellung) klar erkennbar (und der Vorteil der diversen "Struktursprachen" deutlich). Lassen Sie Ihre SchülerInnen durch die Drehung des Moleküls den zentralen Hohlraum entdecken, in dem der Hämoglobin-Ligand 2,3-Diphosphoglycerat (DPG) bindet und dabei über eine Änderung der Quartärstruktur die Sauerstoff-Affinität des Hämoglobins senkt (DPG stabilisiert die Konformation der Desoxy-Form, indem es die beiden beta-Ketten über ionische Wechselwirkungen miteinander vernetzt). DPG wird vom Körper in Höhenlagen gebildet, wo ein niedriger Sauerstoff-Partialdruck herrscht, und erleichtert dort die Abgabe von Sauerstoff an das atmende Gewebe. Im den beiden Folgemodulen sind die Polypeptidketten komplett ausgeblendet. Das zweite der beiden Module stellt die Atomsorten der Hämgruppe farbkodiert dar. Die Lagebeziehungen der vier "freischwebenden" Häm-Gruppen verdeutlicht die tetraedrische Symmetrie (dreiseitige Pyramide) des Moleküls. Bei der Analyse der Symmetrie erweist sich wiederum das Anfassen und Drehen der Strukturen als hilfreich. Es folgt die vergrößerte Darstellung einer einzelnen Hämgruppe in raumfüllender Ansicht sowie eine Darstellung in der "stick"-Struktur, in der die Komplexbindung des zentralen Eisenatoms über die Stickstoffatome der Porphyrin-Struktur erkennbar wird. Die Besetzung der fünften Koordinationsstelle durch ein Histidin-Stickstoff der Polypeptidkette ist noch nicht berücksichtigt. An die sechste Koordinationsstelle wird nun molekularer Sauerstoff gebunden. Dabei ist deutlich erkennbar, dass die Achse des Sauerstoffmoleküls nicht senkrecht auf die Ebene des Porphyrin-Ringes ausgerichtet ist (Abb. 4; siehe auch Abb. 5 der Hintergrundinformation zu den Eigenschaften der prosthetischen Gruppe). Nun geht es wieder vom Kleinen zum Großen: Das oxygenierte Häm wird wieder in die Globin-Kette eingefügt, zunächst in eine Rückgrat-, dann in eine raumfüllende Darstellung. Die beiden letzten Darstellung zum Thema "Sauerstoffbindung" zeigen ein weiteres Details der Häm-Einbettung in das Globin und der Sauerstoffbindung: Die Positionierung hydrophiler Teile des Häms an der Oberfläche und die Ausrichtung hydrophober Bereiche zum Proteininneren. Weiterhin kommt die Besetzung der fünften Koordinationsstelle durch das sogenannte "proximale Histidin" sowie die Lage des "distalen Histidins" über dem gebundenen Sauerstoff zur Darstellung. Mehr zur Bedeutung des distalen Histidins liefert der folgende Fachliche Kommentar. Die Chime-Darstellungen heben einige Strukturmerkmale des Hämoglobins hervor, die sich zu den biochemischen Funktionen der Proteins sehr schön in Beziehung setzen lassen, auf die die vorgestellte Applikation jedoch nicht explizit hinweist. Auf der folgenden Seite finden Sie die wichtigsten Infos zu den Hämoglobin-Eigenschaften, die sich in diesen Strukturdetails abbilden: Die Proteinumgebung definiert die katalytischen Eigenschaften Warum benutzt die Natur nicht die "nackten" Hämgruppen für die Sauerstofflogistik, sondern wickelt sie in komplexe Poypeptidketten ein? Zum einen sind es die vielfältigen allosterischen Wechselwirkungen der Globine mit diversen Liganden, über die die Eigenschaften der Sauerstoffbindung durch das Häm sinnreich modelliert und den jeweiligen biologischen Erfordernissen perfekt angepasst werden - von der DPG-Bindung (siehe oben) bis hin zur Kooperativität der Sauerstoffbindung an die vier Untereinheiten des Hämoglobins. Die wichtigsten dieser "Stellschrauben" werden in Schulbüchern ausreichend thematisiert. Unberücksichtigt bleibt jedoch meist ein viel allgemeineres und enorm wichtiges Grundprinzip der Molekularbiologie und Biochemie: Die katalytischen Eigenschaften jeder prosthetischen Gruppe und jeden aktiven Zentrums werden maßgeblich von der Proteinumgebung geprägt, in die sie eingebettet sind. Man vergegenwärtige sich, dass das Häm, das im Hämoglobin zur reversiblen Sauerstoffbindung eingesetzt wird, im Atmungskettenenzym Cytochrom c als Elektronenüberträger verwendet wird! Wie die Globinkette die speziellen Bindungseigenschaften des Häms beeinflusst, wird nachfolgend an zwei Struktureigenschaften hervorgehoben, die in den Chime-Darstellungen sehr gut deutlich werden. Erst das Globin gewährleistet eine reversible Häm-Oxygenierung Frei lösliche Hämgruppen mit einem komplexierten zweiwertigem Eisen-Ion könnten Sauerstoff nur für einen sehr kurzen Moment binden. Der Sauerstoff würde das zweiwertige Eisen schnell zu dreiwertigem Eisen oxidieren, das keinen Sauerstoff mehr binden kann. Ein Zwischenprodukt dieser Oxidation ist ein "Häm-Sauerstoff-Häm-Sandwich". Die Polypeptid-"Verpackung" der Hämgruppen verhindert dies und gewährleistet damit die Verwendbarkeit der Hämgruppen als Sauerstofftransporteure im Blut. Das letzte Modul zum Thema "Hämoglobin & Häm" verdeutlicht die Lage des Häms in seiner Bindungstasche, die die Bildung von Häm-Dimeren ausschließt. Kohlenmonoxid hat eine hohe Häm-Affinität Kohlenmonoxid ist für uns ein toxisches Gas, weil es die Sauerstoffbindungsstellen des Hämoglobins vergiftet: Seine Affinität zum Hämoglobin-Eisen übertrifft die des Sauerstoffs um das 200-fache. Aus diesem Grund kann schon ein niedriger Kohlenmonoxid-Partialdruck tödliche Folgen haben. Am "nackten" Häm sähe der Vergleich noch ungünstiger aus: Zu diesem hat Kohlenmonoxid eine 25.000 mal höhere Affinität als Sauerstoff. Eine Eigenschaft, die das Pigment als Sauerstoffträger völlig unbrauchbar machen würde, denn Kohlenmonoxid ist nicht nur ein Industriebgas, sondern wird auch vom Organismus selbst erzeugt (es entsteht bei diversen katabolen Stoffwechselreakrtionen und dient auch als Botenstoff, zum Beispiel als bei der Regulation der glatten Gefäßmuskulatur). Unter normalen Umständen ist etwa ein Prozent unseres Hämoglobins mit endogen produziertem Kohlenmonoxid blockiert. Sterische Hinderung der Kohlenmonoxid-Bindung Ohne die Reduktion der Kohlenmonoxid-Affinität um das 125-fache könnte wir mit unserem Blutfarbstoff kaum leben. Aber wie schafft die Polpeptidkette dieses Kunststück? Die Natur greift an der Geometrie der Komplexierung von Sauerstoff und Kohlenmonoxid an. Während die Achse des Sauerstoffmoleküls bei der Bindung an das Eisenatom einen 120 Grad-Winkel zur Häm-Ebene bildet, steht die Achse des Kohlenmonoxid-Moleküls - bei freiem Zugang zum Häm - exakt senkrecht auf dessen Ebene. Diesen optimalen Bindungswinkel verbaut die Polypeptidkette dem Kohlenmonoxid, indem es ihm in der Häm-Bindungstasche des Globins einen sperrigen Histidin-Rest in den Weg stellt (sterische Hinderung), der den Sauerstoff nicht weiter stört. Die Position des distalen Histidins wird in dem vorletzten Modul zum Thema "Hämoglobin & Häm" sehr schön deutlich (Abb. 5). Im unteren Bereich des Bildausschnitts ist das proximale Histidin zu erkennen. Das freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms im Histidinring besetzt eine der Koordinationsstellen des Eisenions. Die Darstellungen zum Thema "Sekundärstrukturen" stellen die Architektur der alpha-Helix in den Mittelpunkt. Die Darstellung ihrer Wechselwirkungen beschränkt sich auf die intrahelikalen Wasserstoffbrücken, die der Helix ihre Stabilität verleihen. Einzelne Darstellungen bereiten bereits das nächste Thema "Wechselwirkungen der alpha-Helix" vor, das die Interaktionen der Seitengruppen mit der wässerigen Umgebung und dem hydrophoben Proteinkern aufbereitet. Das erste Modul zeigt die Rückgrat-Struktur einer Globinkette (Tertiärstruktur) mit oxygeniertem Häm. Die alpha-helikalen Strukturabschnitte, die den Großteil des Moleküls bilden, sind farblich hervor gehoben (Abb. 6). Es folgt eine Farbvariante der ersten Darstellung ("Regenbogen-Färbung"). Die nächste Abbildung stellt eine neue "Struktursprache" der Biochemiker vor: alpha-helikale Bereiche werden von der Rückgrat-Struktur "luftschlangenartig" hervorgehoben. Diese Darstellungsform ist bei Molekularbiologen sehr beliebt, da sie bei der Analyse von Proteinstrukturen - unter anderem bei der Identifizierung von Domänen - sehr hilfreich ist. Zudem lassen sich anhand wiederholt auftretender "Sekundärstrukturmotive" Homologien und Analogien der Proteinevolution analysieren. Eine der alpha-Helices wird in ihrem Tertiärstrukturkontext (komplette räumliche Struktur einer Polypeptidkette) hervorgehoben. Dieser Kontext ist für die weitere Betrachtung wichtig (siehe "Wechselwirkungen der alpha-Helix"), da man an ihm erkennt, dass sich diese Helix an der Oberfläche des Globins befindet und sowohl mit dem wässerigen Milieu als auch mit dem Proteininneren Kontakt hat. Die Tertiärstrukturebene wird nun verlassen und auf die individuelle alpha-Helix (Sekundärstruktur) heruntergezoomt. Diese Helix wird nun in zwei andere Struktursprachen übersetzt. Zunächst in die Rückgrat-Darstellung der Polypeptidkette und schließlich in die "stick"-Darstellung ihrer Aminosäurebausteine. Das Folgemodul lässt die "driving force" der alpha-Helix-Struktur erkennen: Alle hydrophilen Teile des Polypeptid-Rückgrats (die Carbonyl-Sauerstoffatome und die Wasserstoffatome des Peptidbindungs-Stickstoff) bilden Wasserstoffbrücken miteinander. Diese vielen schwachen Wechselwirkungen verleihen der Helix ihre Stabilität. Die "Sättigung" der hydrophilen Rückgratbereiche mit hydrophilen Wechselwirkungen prädestiniert die Helix zu einem in hydrophoben Umgebungen oft verwendeten Strukturmotiv, sei es im hydrophoben Kern von Proteinen (siehe Hydrophobizität, Polarität & Ladungen") oder in Membranprotein-Abschnitten, die der Lipidphase ausgesetzt sind. Die nächste Darstellung macht deutlich, dass die Seitenketten der Aminosäuren einer Helix wie die Stufen einer Wendeltreppe immer nach außen zeigen. Besonders deutlich wird dieses wichtige Strukturprinzip, wenn man die Helix in eine Position bringt, in der man in Richtung ihrer Längsachse blickt. Während sich die Darstellungen zum Thema "Sekundärstrukturen" vor allem mit dem allgemeinen Architekturprinzip der alpha-Helix und den intrahelikalen Wasserstoffbrücken beschäftigten, veranschaulichen die Module dieses Abschnitts die Wechselwirkungen der helikalen Aminosäurereste mit dem hydrophilen Medium und dem hydrophoben Proteinkern. Die erste Darstellung zeigt das raumfüllende Kalottenmodell eines "Grenzflächenhelix"-Abschnitts. Farblich hervorgehoben sind die Stickstoff- und Sauerstoffatome der Seitengruppen und des Rückgrats. Beim Drehen und Wenden der Helix ist zu erkennen, dass es sich um eine "amphiphile Helix" handelt, d.h., dass auf einer Seite hydrophobe Reste, auf der anderen dagegen hydrophile Reste (erkennbar an den Heteroatomen) aus der Achse hervorragen. Diese Eigenschaft spiegelt die Anpassung der Aminosäuresequenz (Primärstruktur) an ihre räumliche Position im Tertiärstrukturkontext wider: Die hydrophobe Seite der Helix geht mit dem hydrophoben Proteinkern hydrophobe (van-der-Waals-)Wechselwirkungen ein und stabilisiert so die Tertiärstruktur des Proteins. Die hydrophile Seite bildet dagegen Wasserstoffbrücken mit den Wassermolekülen der Umgebung. Dieses Hydratwasser trägt dazu bei, das Protein in Lösung zu halten. Deutlicher wird dieses Prinzip in der zweiten Darstellung, die die Heteroatome des Rückgrats ausblendet. Die beiden folgenden Module zeigen dieselbe Darstellung, nur bereits entsprechend den jeweiligen Textinformationen räumlich ausgerichtet. So zeigt zum Beispiel der Blick entlang der Helixachse noch einmal deutlich deren amphipatischen Charakter (Abb. 7): Sämtliche Heteroatome der Seitenketten befinden sich in dieser Ansicht auf der rechten Seite. Die Chime-Darstellungen analysieren die Wechselwirkungen eines Globin-Molekül mit der Umgebung. Die "take home message" diese Abschnittes bildet das allgemeine Strukturprinzip löslicher Proteine: Innen hydrophob (Stabilisierung der Tertiärstruktur über van-der-Waals-Wechselwirkungen), außen hydrophil (Bindung von Hydratwasser über Wasserstoffbrücken). Die erste Darstellung zeigt die farbkodierte Verteilung hydrophober, polarer und geladener Aminosäuren auf der Globin-Oberfläche sowie die Sauerstoffatome von einem Teil des Hydratwassers. Beim Drehen des Proteins treten hydrophile und hydrophobe Oberflächenabschnitte deutlich hervor. Während die hydrophilen Bereiche mit dem Lösungsmittel Wasserstoffbrücken bilden und das Protein in Lösung halten, stabilisieren die hydrophoben Bereiche über hydrophobe Protein-Protein-Wechselwirkungen zwischen den vier Globinen eines Hämoglobin-Moleküls dessen Quartärstruktur (native Struktur eines aus mehreren Proteinuntereinheiten aufgebauten Proteinkomplexes). Der folgende Schnitt macht die Anatomie des Globins - stellvertretend für alle löslichen Proteine - deutlich. Während der Kern durch die Wechselwirkungen hydrophober Seitengruppen stabilisiert wird, ist die dem Medium ausgesetzte Oberfläche mit hydrophilen Resten gespickt. Dieses Strukturprinzip wir mithilfe von weiteren Schnittebenen verdeutlicht, die zunächst immer tiefer in das (hydrophobe) Proteininnere vordringen, um sich danach wieder seiner (hydrophilen) Oberfläche nähern (Abb. 8). Wie falten sich Proteine? Die Analyse der Strukturdarstellungen des Globins bietet sich als Ansatzpunkt für weiterführende Fragen zur Proteinstruktur an: Wie finden die linearen Aminosäureketten im lebenden Plasma ihre komplexe dreidimensionale Struktur? Und warum findet dieser Prozess in Zellen mit so hoher Effizienz, im Reagenzglas aber nur mit sehr niedrigen Ausbeuten statt? Vorhersage von Proteinstrukturen Vom Architekturprinzip der "Packung" einer Polypeptidkette lässt sich leicht der Bogen zur "driving force" ihrer Selbstfaltung schlagen. Der Selbsfaltungsprozess einer Polypeptidkette in ihre native dreidimensionale Struktur wird von ihrer Primärstruktur - also der linearen Abfolge ihrer Aminosäuresequenz - definiert. Dieser Strukturcode ist von Molekularbiologen bis heute noch nicht soweit entschlüsselt worden, dass anhand jeder Sequenz exakte Strukturvorhersagen getroffen werden können (falls das überhaupt möglich ist). In einigen Fällen lassen sich jedoch schon ganz passable Wahrscheinlichkeiten berechnen. All diese Vorhersagen basieren auf einer Bestimmung der thermodynamisch günstigsten Faltung. Das ist zum Beispiel bei einem löslichen Protein (wie vom Globin-Typ) diejenige, die über eine große Anzahl hydrophober Wechselwirkungen im Inneren und hydrophiler Wechselwirkungsmöglichkeiten an der Oberfläche verfügt. Eine gigantische Rechenaufgabe, da im Prinzip die Interaktion eines jeden Aminosäurerestes mit jedem anderen Rest analysiert werden müsste. Die Forscher schränken den Rechenaufwand jedoch erheblich ein, indem zunächst Sekundärstruktur-Wahrscheinlichkeiten analysiert werden. Auch Sequenz-Vergleiche mit Proteinen, deren Struktur bereits durch Röntgenstrukturanalysen eindeutig geklärt ist, erweisen sich als hilfreich: Die Natur verwendet nämlich beim Proteindesign sehr gerne bewährte Proteindomänen (das heißt durch Sekundärstrukturen stabilisierte globuläre Proteinabschnitte, die meist von einem Exon kodiert werden) immer wieder. Aus einem begrenzten Domänen-Repertoire hat die Natur so im Laufe der Evolution eine Vielzahl verschiedener Proteine mit vielfältigen Funktionen "zusammengepuzzelt". "Assisted Self Assembly" Das auf den bekannten Renaturierungsversuchen von Anfinsen basierende Dogma von der "Selbstfaltung" der Proteine ist seit der Entdeckung der Rolle der "Chaperone" nicht gerade ins Wanken geraten, musste jedoch vom "Self Assembly" zum "Assisted Self Assembly" modifiziert werden. Schnell hatte man erkannt, dass die in vitro beobachteten Selbsfaltungsraten viel zu niedrig sind, um eine Zelle funktionstüchtig zu halten. Zahlreiche Proteine zeigen im Reagenzglas sogar überhaupt keine Neigung, nach einer sanften Denaturierung in ihre native Struktur zurück zu finden. Der Grund dafür ist, dass jede Zelle über ein ganzes Arsenal von Chaperonen verfügt - "molekularen Anstandsdamen" - die mittlerweile auch Einzug in die Schulbuchliteratur gehalten haben. Diese Anstandsdamen (die selbst Proteine sind) erkennen "unordentlich" gefaltete Polypeptidketten, die noch keine stabilen Sekundärstrukturen oder noch keine stabile Tertiärstruktur gefunden haben. Als Symptome solcher unvollständigen oder Fehlfaltungen "fahnden" die Chaperone nach hydrophoben Resten, die an der Oberfläche falsch gefalteter Polypeptidketten exponiert werden. Chaperone entfalten diese unbrauchbaren Gebilde unter Energieverbrauch und verhelfen Ihnen somit zu einer neuen Chance, sich richtig zu falten. Sie "bugsieren" damit den Faltungsweg der Polypeptidketten sicher in die Richtung der thermodynamisch günstigsten Konformation, die in der Regel der nativen Proteinstruktur entspricht. Ursache der Sichelzellenanämie ist der Austausch eines einzigen Nukleotids im beta-Hämoglobinketten-Gen, wodurch die hydrophile Aminosäure Glutamat gegen die hydropobe Aminosäure Valin ersetzt wird. Mit fatalen Folgen: Der ausgetauschte Glutamatrest befindet sich nämlich an der Oberfläche des Proteins. Die Exposition des hydrophoben Restes setzt die Löslichkeit de Proteins vor allem im desoxygenierten Zustand stark herab und kann so die Polymerisation des Hämoglobins zu langen und unlöslichen Filamenten auslösen. Die erste Darstellung zeigt die Position des Valins auf der Oberfläche des oxygenierten Sichelzellen-Hämoglobins. Der so erzeugte "hydrophobe Fleck" ist weiß hervorgehoben. Die Desoxygenierung des Moleküls ist mit einer Konformationsänderung der Quartärstruktur verbunden, die einen zusätzlichen hydrophoben Bereich an die Oberfläche befördert (Abb. 9). Dieser ist auch beim "normalen" Hämoglobin vorhanden, wo er keinen negativen Effekt zeigt. Im Verbund mit dem neu hinzu gekommenen Valin-Rest verleiht er dem Molekül jedoch das Potenzial zur Polymerisation, sobald die Desoxy-Form eine kritische Konzentration überschreitet. Das nächste Modul zeigt den ersten Schritt der Polymerisation, die Dimerisierung zweier Moleküle über hydrophobe Wechselwirkungen (Abb. 10). Die an der Polymerisation beteiligten hydrophoben Reste und ihre Wechselwirkung wird erst dann deutlich, wenn die raumfüllende Darstellung durch die Rückgrate der Polypetidketten ersetzt wird. Die letzte Chime-Projektion zeigt eine Vergrößerung der Kontaktstellen. Die für die Sichelzellenanämie charakteristischen sichelförmigen Erythrozyten sind fragiler als ihre "Wildtyp"-Pendants, was die anämische Symptomatik verursacht. Die exponierten hydrophoben Reste wirken wie "hydrophile Lego-Noppen" oder "sticky patches", über die die Proteine zu langen Filamenten polymerisieren und so den Erythrocyten eine sichelförmige Gestalt aufzwingen. Die Sichelzellen sind im Gegensatz zu den geschmeidig-biegsamen normalen Erythrozyten nicht mehr deformierbar und verstopfen unter Sauerstoffmangelbedingungen (Höhenaufhalte, Flugreisen, Narkosen) zunächst kleine und schließlich größere Gefäße, was dann lebensbedrohliche Komplikationen verursacht. Im homozygoten Zustand führte die Krankheit noch vor kurzem im frühen Kindesalter zum Tode. Heterozygote zeigen eine deutlich abgeschwächte Symptomatik. Die Krankheit kommt fast nur bei Afrikanern vor, die aus zentralafrikanischen Regionen mit hohen Malariavorkommen stammen. In einigen Regionen tragen fast 40 Prozent der dortigen Bevölkerung das "defekte" Gen. Die Ursache dafür liegt darin, dass das Sichelzellen-Hämoglobin den Malaria-Erregern Schwierigkeiten bereitet: Heterozygote sind gegen den Malaria-Erreger besser geschützt und haben daher gegenüber den homozygot "Gesunden" einen Selektionsvorteil. Dies zeigt deutlich, wie schmal der Grat zwischen "gesund" und "krank", "nützlich" und "schädlich", sein kann und wie wichtig die genetische Vielfalt des Genpools einer Spezies für dessen Überleben ist: Genetische "Randgruppen" können an bestimmten Orten - oder zu bestimmten Zeiten! - für das Überleben der Art eine unvorhersehbare Bedeutung erlangen. Um die Moleküle der Applikation im Browser interaktiv betrachten zu können, muss der kostenlose Molekülbetrachter Chime der Firma Symyx installiert werden. Wenn dies erfolgt ist, "berühren" sie die Moleküle mit dem Mauszeiger. Wenn Sie die Maus dann bei gedrückter linker Taste bewegen, können Sie die Moleküle beliebig drehen und wenden und so von allen Blickwinkeln aus untersuchen. Um die Entfernung zum Objekt zu ändern, müssen Sie die Shift-Taste (Hochstell-Taste) gleichzeitig mit der linken Maustaste drücken. Dann kann mittels "Vor- und Zurückbewegungen" der Maus der Abstand zum Objekt variiert werden. Wenn Sie den Mauszeiger in einem Molekülfenster platzieren und mit der rechten Taste klicken, erscheint das Chime-Menü mit weiteren Funktionen. Hier können Sie zum Beispiel die Rotation der Moleküle ausschalten. Durch das Anklicken von Buttons der Hämoglobin-Lernumgebung werden die verschiedenen 3D-Darstellungen aufgerufen. Wenn Sie ein Bild bereits geladen haben und dann einen anderen Button anklicken, kann es zu Fehlern kommen. Zwar wird dann das gewünschte Molekül gezeigt, seine Darstellung entspricht dann jedoch nicht der eigentlich vorgesehen "Struktursprache". So kann zum Beispiel eine Polypeptidkette als "stick"-Struktur visualisiert werden, während die Programmierung an dieser Stelle eigentlich die Darstellung eines farbkodierten Kalottenmodells vorgesehen hat. Wenn dies passiert (oder Sie den Verdacht haben, dass dem so ist), können Sie die Seite in einem neuen Browserfenster öffnen und die gewünschte Abbildung neu laden. Alternativ kann es auch helfen, zunächst über den "Zurück-Button" des Browsers zur Übersichtseite der Hämoglobinseite zu gehen und die gewünschte Applikation erneut anzusteuern. Dynamische Arbeitsblätter sind digitale Unterrichtsmaterialien, die neben Informationstexten, Aufgabenstellungen und Abbildungen dynamische Elemente beinhalten. Mehrere Arbeitsblätter können zu Lernumgebungen zusammengefügt werden. Die hier vorgestellte Lernumgebung enthält dreidimensionale Moleküldarstellungen, die es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, sich die Struktur und Funktion des Enzyms ATP-Synthase aktiv zu erschließen. Verschiedene Strukturelemente können ein- und ausgeblendet, die Moleküle beliebig gedreht und gewendet werden. Technische Grundlage der 3D-Moleküle ist der kostenfrei nutzbare Molekülbetrachter Jmol. Zudem enthält die Lernumgebung flash-basierte Animationen und Videos, die die ATP-Synthase aus ihrem "Black-Box-Dasein" im Unterricht herausholen sollen. Interaktive 3D-Moleküle eröffnen neue Wege des Lehrens und Lernens. Sie erlauben Visualisierungen, die mit traditionellen Materialien nicht realisierbar sind. Mit der Maus können Moleküle bewegt sowie bestimmte Strukturelemente hervorgehoben oder ausgeblendet werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen die ATP-Synthase als Beispiel eines Enzyms kennen lernen. den Aufbau der ATP-Synthase kennen lernen. ausgehend von dem molekularen Aufbau die Funktion der ATP-Synthase forschend-entdeckend erschließen. die Möglichkeiten des Molekülbetrachters Jmol kennen und den Umgang mit dem Werkzeug lernen. am Beispiel der ATP-Synthase den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion eines Enzyms beschreiben. Thema ATP-Synthase - Synthese von Energieäquivalenten Autor Dr. Matthias Nolte, Dr. Thomas Engel, Dr. André Diesel, Florian Thierfeldt Fach Biologie, Chemie Zielgruppe Jahrgangsstufe 11 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit) oder Präsentationsrechner mit Beamer; Browser mit Java-Unterstützung, Java Runtime Environment (kostenloser Download), Flash-Player , Quicktime-Player Struktur-Funktions-Beziehungen werden durch die detaillierte und schrittweise Untersuchung von 3D-Modellen der ATP-Synthase begreifbar. Die Lernenden arbeiten im Computerraum selbstständig in Partner- oder Einzelarbeit. Die Lehrperson hat dabei eine unterstützende Funktion. Alternativ können die Darstellungen der Lernumgebung zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs auch per Beamer im Fachraum projiziert werden. Vorbemerkungen und technische Hinweise Welche Vorteile bieten dynamische 3D-Moleküle im Allgemeinen und insbesondere bei der Untersuchung von Proteinstrukturen und -Funktionen? Welche kostenfreien Plugins werden für den Einsatz der Lernumgebung benötigt? Das Konzept der Lernumgebung Vorgegebene Beobachtungsaufgaben dienen als ?Leitplanken? bei der selbstständigen Entdeckungsreise in die Welt der Moleküle. ?Informations-Popups? und "Expertenaufgaben" ermöglichen eine Binnendifferenzierung. Unterrichtsverlauf und Inhalte der Lernumgebung Nach dem Impuls durch eine Animation erarbeiten die Lernenden Struktur und Funktion der ATP-Synthase weitgehend selbstständig. Die Diskussion offener Fragen zur ATP-Synthase und zur Bedeutung von Modellen bildet den Abschluss. Dr. Thomas Engel studierte Chemie sowie Lehramt Chemie und Biologie. Seit 2007 ist er Studiengangskoordinator Chemie und Biochemie an der LMU München. Er war an der Konzeption der Lernumgebung beteiligt, programmierte die Moleküle und die HTML-Seiten. (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:457078) Hier können Sie Kontakt mit Herrn Dr. Engel aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors. Dr. André Diesel ist Diplom-Biologe. Er war an der Konzeption der Lernumgebung beteiligt und entwickelte die schematischen Abbildungen der Lernumgebung. (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:700245) Hier können Sie Kontakt mit Herrn Dr. Diesel aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors. Florian Thierfeldt ist Lehrer für Biologie und Geographie (Gymnasium). Er war an der Konzeption der Lernumgebung beteiligt und erstellte die Flash-Animation zur Rotation des F0-Komplexes. Weitere Materialien und Anregungen zum Unterricht finden Sie auch auf seiner Homepage www.scientific-beginner.de . (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:450955) Hier können Sie Kontakt mit Herrn Thierfeldt aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors. Die Schülerinnen und Schüler sollen am Beispiel des Insulins den Zusammenhang zwischen der in einer Proteindatenbank gespeicherten Datei und der Umsetzung als Proteinmodell im Computer verstehen. eine Sequenz aus einer Datenbank abrufen können. mit einem einfachen Visualisierungsprogramm wie RasMol umgehen können. die Vor- und Nachteile verschiedener Darstellungsarten (Kugelstabmodell, Proteinrückgrat und raumfüllendes Kalottenmodell) erkennen und diese mithilfe eines Programms umsetzen können. grundlegendes Wissen über den 3D-Aufbau (die Tertiär- und Quartärstruktur) von Proteinen erarbeiten. Struktur-Funktionsbeziehungen begreifen und erklären können. Methoden zur Strukturaufklärung von Proteinen verstehen und wiedergeben können. Thema Proteinmodelle aus dem Internet - Beispiel Insulin Autorin Prof. Dr. Susanne Bickel Fächer Biologie, Chemie Zielgruppe Jahrgangsstufe 12/13 Zeitraum etwa 6 Stunden mit abschließender Präsentation Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetzugang in ausreichender Zahl (Partner- oder Kleingruppenarbeit), (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:458232) (kostenloser Download aus dem Internet) Planung (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitpopup:463298) Die Fotosynthese ist einer der bedeutungsvollsten biologischen Prozesse auf der Erde. Grüne Pflanzen wandeln Lichtenergie in chemische Energie um und speichern sie in Form energiereicher Moleküle. Diese werden dann in weiteren Stoffwechselprozessen als Energielieferanten für die Synthese von Kohlenhydraten aus den energiearmen Stoffen Kohlenstoffdioxid und Wasser verwendet. In diesem Prozess wird der für viele Lebewesen notwendige molekulare Sauerstoff gebildet. Die Fotosynthese gliedert sich somit in eine Lichtreaktion (Absorption von Lichtenergie, deren chemische Fixierung und Sauerstoffbildung) und in die lichtunabhängige Dunkelreaktion (Synthese von Glukose aus Kohlenstoffdioxid und Wasser). Die Schülerinnen und Schüler sollen die Teilreaktionen der Lichtreaktion mithilfe der Animation kennenlernen und protokollieren. die an der Reaktion beteiligten Biomoleküle und ihre Lokalisierung - innerhalb oder außerhalb der Thylakoidmembran - kennenlernen. Zusammenhänge formulieren (Kopplung der Fotosysteme) und eine Gesamtbilanz der Reaktion aufstellen. Thema Die Lichtreaktion der Fotosynthese Autor Dr. Ralf-Peter Schmitz Fach Biologie Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 1-2 Stunden für die selbstständige Erarbeitung (Einzel- oder Partnerarbeit); flexibel beim Einsatz zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs Technische Voraussetzungen Präsentationsrechner mit Beamer und/oder Computerarbeitsplätze in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit), Flash-Player (ab Version 8, kostenloser Download) Die Lernenden nutzen die Flash-Animation im Computerraum der Schule in Einzel- oder Partnerarbeit oder auch am heimischen Rechner (Hausaufgabe, Wiederholung). Ihre Ergebnisse können sie den Mitschülerinnen und Mitschülern im Rahmen eines kleinen Vortrags vorstellen. Den Ablauf der Lichtreaktion beschreiben sie dabei mithilfe der per Beamer projizierten Animation. Alternativ zur Nutzung der Animation im Computerraum kann sie nach einem zunächst "computerfreien" Unterricht der Lehrkraft auch dazu dienen, die Lichtreaktion zusammenzufassen und das Unterrichtsgespräch im Fachraum zu unterstützen. Inhalte und Funktionen der Animation Die Teilschritte der Lichtreaktion werden visualisiert. Arbeitsaufträge und Hintergrundinformationen ermöglichen eine selbstständige Erarbeitung des Themas. Die Schülerinnen und Schüler sollen grundlegendes Wissen über den 3D-Aufbau der Rotationsmaschine ATP-Synthase erwerben (Tertiär und Quartärstruktur). prinzipielle Struktur-Funktionsbeziehungen begreifen und erklären können. die wichtigsten Mechanismen der Zelle, chemische Energie in Bewegung umzuwandeln, kennen lernen. Proteinkomplexe in ihrer Eigenschaft als Motoren begreifen. Anwendungsmöglichkeiten für Nanomotoren kennen lernen und selber Ideen entwickeln. die Natur als Vorbild für technische Umsetzungen begreifen und dadurch ein Grundverständnis für die Bionik entwickeln. Utopien und unwissenschaftliche Presseberichte analysieren und auf ihren sachlichen Gehalt reduzieren lernen. Thema Nanomotoren in Natur und Technik Autorin Prof. Dr. Susanne Bickel Fach Biologie Zielgruppe Sek II, Leistungskurs, Projektunterricht zur Biotechnologie Zeitraum 4-5 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit der Möglichkeit, Filme abzuspielen (zum Beispiel RealPlayer oder Quicktime Player , kostenlose Downloads), in ausreichender Anzahl (Partnerarbeit, Kleingruppen) Planung Nanomotoren in Natur und Technik

Verkehrserziehung in der Grundschule beginnt mit der "Fußgängerausbildung". Die Schülerinnen und Schüler probieren aus, was in der dunklen Jahreszeit die Sichtbarkeit für andere Verkehrsteilnehmer verbessert. Zusätzlich werden Anregungen für Spiele und Lieder, Hintergrundinformationen und Arbeitsmaterialien rund um das Thema "Sichtbarkeit im Straßenverkehr" gegeben. Im Herbst und Winter legen Kinder den Weg zur Schule häufig im Dunkeln zurück. Ungünstige Witterungsverhältnisse wie Regen, Schnee oder Nebel kommen häufig noch erschwerend hinzu. Damit Kinder im Straßenverkehr auch unter diesen schwierigen Bedingungen deutlich gesehen werden können, müssen sie entsprechend gekleidet sein. Die Unterrichtseinheit verdeutlicht den Kindern spielerisch und mit vielen kleinen Experimenten, warum. Die Unterrichtsmaterialen sind besonders im Rahmen der Verkehrserziehung im Sachkundeunterricht in der ersten und zweiten Klasse geeignet. Die Kinder erarbeiten sich die verschiedenen Lernziele unter der Moderation der Lehrkraft weitgehend selbstständig (beispielsweise in Form eines Stationenlaufs). Die Wiederholung einzelner Module in höheren Klassen kann das Gefahrenbewusstsein neu schärfen. Die Schülerinnen und Schüler probieren in praktischen Versuchen aus, was in der dunklen Jahreszeit ihre Sichtbarkeit für Andere verbessert. Hintergrundinformationen für die Lehrkraft: Helle Kleidung hilft Sehr wirksam: Reflektoren Wie funktionieren Reflektoren? Basiswissen "Sehen" Warnwesten fallen auf Optische Aufheller Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen, dass unterschiedliche Farben bei schlechten Lichtverhältnissen unterschiedlich gut sichtbar sind. erweitern damit ihr Wissen über ihre eigene Sichtbarkeit im Dunkeln. lernen, dass Reflektoren die Sichtbarkeit um ein Vielfaches verbessern. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen, sich an Versuchsanweisungen zu halten. üben sich in genauem Beobachten und Bewerten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verbessern ihre Teamfähigkeit durch nötige Absprachen bei kleinen Versuchen. entwickeln ein Bewusstsein für Gefahren im Straßenverkehr.

In dieser Unterrichtseinheit werden die Standpunkte des Kreationismus, des Juden- und Christentums sowie der Naturwissenschaften mithilfe einer Simulation zur Selektion und einer Internetrecherche erarbeitet und in einer abschließenden "Fishbowl-Diskussion" einander gegenübergestellt.Fundamentalistischen Glaubensüberzeugungen, die dem "Darwinismus" ein wörtliches Bibelverständnis gegenüberstellen und nur die wörtliche Auslegung von Genesis 1 zulassen, gewinnen insbesondere in den USA an Zulauf. Die Kreationisten glauben an eine Schöpfungswoche und nennen die Evolution eine ?unbewiesene Theorie?. Der Konflikt zwischen Kreationismus und Wissenschaft stellt letztlich die Zuspitzung der Frage dar, ob sich naturwissenschaftliche Erkenntnis und der Glauben an einen Schöpfergott ausschließen. Neben den Positionen von Kreationisten und Wissenschaftlern sollen die Schülerinnen und Schüler auch das eher konsensfähige christlich-jüdische Verständnis des ersten Schöpfungsberichtes kennen lernen.Die Unterrichtseinheit baut auf den theologischen (Genesis 1) und biologischen Grundlagen (Selektion) des Themas auf. Bei der Recherche der verschiedenen Standpunkte dient das Internet als Informationsquelle, die die verschiedensten Meinungen und Texte - manchmal wissenschaftlich-neutral, manchmal subjektiv-suggestiv - bereit stellt. Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten zuerst mehrere Deutungen oberflächlich und setzen sich dann in arbeitsteiliger Gruppenarbeit vertiefend mit je einer Position auseinander, erarbeiten die jeweiligen Argumente und bewerten ihre Dialogfähigkeit. In einer abschließenden Fishbowl-Diskussion treffen dann die Argumente aufeinander und die Schülerinnen und Schüler müssen "ihre" Position verteidigen. Unterrichtsverlauf (1) Die Lektüre des ersten Schöpfungsberichtes und eine Simulation zur Selektion legen die ersten theologischen und wissenschaftlichen Grundlagen für die Diskussion. Unterrichtsverlauf (2) Die Schülerinnen und Schüler recherchieren im Internet die Standpunkte von Kreationismus, Wissenschaft, Juden- und Christentum. Unterrichtsverlauf (3) Die Rechercheergebnisse werden zusammengetragen. In arbeitsteiliger Gruppenarbeit vertiefen die Schülerinnen und Schüler je einen Standpunkt. Unterrichtsverlauf (4) In der anschließenden Fishbowl-Diskussion verteidigen die Schülerinnen und Schüler "ihre" Postion und richten kritische Fragen an die anderen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Aufbau und Struktur des ersten Schöpfungsberichtes erarbeiten (kognitiv). durch die Dekodierung des Textes zu einer persönlichen Interpretation des biblischen Textes befähigt werden, ein eigenes Verständnis entwickeln und wahrnehmen (affektiv). die Mechanismen der Evolution, insbesondere der Selektion, verstehen und erklären können (kognitiv). Widersprüche zwischen einem wörtlichen Verständnis von Genesis 1 und Darwins Evolutionstheorie erkennen (affektiv). verschiedene Deutungsmuster dieser Widersprüche kennen lernen und ihre Argumentationslinien verstehen (kognitiv). lernen, auch Positionen ernst zu nehmen und zu vertreten, hinter denen sie persönlich nicht stehen (pragmatisch). den Dialog zwischen Andersdenkenden einüben und so das Handwerkszeug für einen kritischen Dialog in der pluralistischen Gesellschaft erlernen (pragmatisch). lernen, mit Informationen aus dem Internet kritisch umzugehen (pragmatisch). Thema Evolution oder Schöpfung - woran können wir glauben? Autor Dominik Rzepka Fach Religion/Ethik, Biologie Zielgruppe Jahrgangsstufe 11 Zeitraum 5 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetzugang in ausreichender Zahl (Partner- oder Kleingruppenarbeit), Macromedia Flash Player (kostenloser Download), OHP Verlaufsplan Evolution oder Schöpfung Der Autor dankt der Fachgruppe Bionik und Evolutionstechnik der Technischen Universität Berlin, die die in der Unterrichtseinheit verwendete Simulation zur "Froschselektion" entwickelt und zur Verfügung gestellt hat. Das Weltbild - Einstieg per Bildimpuls In der ersten Stunde wird das Thema von der theologischen Seite her beleuchtet. Die Schülerinnen und Schüler lesen und decodieren den ersten Schöpfungsbericht der Bibel und analysieren seine Struktur und seinen Aufbau. Als Einstieg in die Thematik eignen sich Bilder, die zeigen, wie sich die Menschen im späten Mittelalter Himmel und Erde vorgestellt haben. Diese Bilder können zu Beginn der Stunde als Impulse per Beamer oder Folie projiziert werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen sie beschreiben, sodass ihr Vorwissen in Bezug auf den ersten Schöpfungsbericht deutlich wird. Sie finden dabei heraus, welche Vorstellungen - etwa biblischer Herkunft - sich in dem Bild manifestieren. Hier eine kleine Auswahl von Bildern aus dem Internet, die Sie in dieser Stunde einsetzen können: Die Erschaffung Adams Fresko von Michelangelo (1475-1564) Adam & Eva Stich von Albrecht Dürer (1471-1528) Gliederung und Inhalte des Genesis-Textes Anschließend lesen die Schülerinnen und Schüler in Stillarbeit Genesis 1, 1-2, 4a. Sie machen sich Notizen zu den Inhalten und zur Struktur der Texte und halten die Ergebnisse auf dem Arbeitsblatt fest (ab1_genesis_text.pdf). Im Anschluss daran werden die Ergebnisse im Plenum gesammelt und an der Tafel oder auf einer Folie, zum Beispiel nach folgendem Muster, festgehalten: Die erstaunlich zweckmäßige Hautfärbung eines Frosches In der zweiten Stunde wird das Thema von der naturwissenschaftlichen Seite her beleuchtet. Im Zentrum steht die Frage, wie Evolution nach der Theorie von Charles Darwin (1809-1882) "funktioniert". Der Fokus liegt dabei auf den grundlegenden Faktoren der Evolution, vor allem der Selektion. Zur Vorbereitung für die Lehrkraft empfehlen sich die Kapitel 20 ("Evolution: eine darwinistische Sicht des Lebens", Seiten 446 ff) und 30 ("Die Menschheit ist ein sehr junger Zweig am Stammbaum der Wirbeltiere", S. 721 ff) des Biologie-Lehrbuchs von Campbell (Campbell, Neil A.: Biologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1998). Die zweite Stunde wird im Idealfall von einer Biologie-Kollegin oder einem Biologie-Kollegen übernommen, mit der oder dem die fächerübergreifende Unterrichtseinheit zuvor abgesprochen wurde. Die Stunde beginnt mit dem Bild eines Tieres, das sehr gut an sein natürliches Umfeld angepasst ist. Der Frosch Hyla arenicolor zeigt zum Beispiel eine so genannte "kryptische Färbung": Seine Haut ist fleckig und erdfarben und gleicht der Oberfläche des Felsens, auf dem er sich in der Regel aufhält. Bilder des Tieres finden Sie leicht über die Bildersuche von google . Hier einige Beispiele: Hyla arenicolor (1) fotonatura.org: Perfekt getarntes Tier auf einem flechtenbewachsenen Felsen Hyla arenicolor (2) arizonensis.org: Perfekt getarntes Tier auf einem trockenen Felsen Die Schülerinnen und Schüler sollen die Haut des Frosches sowie den Felsuntergrund beschreiben und gemeinsam im gelenkten Unterrichtsgespräch überlegen, welchen Vorteil die Färbung dem Frosch bietet. Danach wird die Frage aufgeworfen, wie es zu dieser erstaunlichen Anpassung des Tieres an seine Umgebung kommen konnte. Froschselektion am Computer Nun kommt die Selektion als Mechanismus der Evolution ins Spiel. Eine Computersimulation, die von der Fachgruppe Bionik und Evolutionstechnik an der Technischen Universität Berlin entwickelt wurde, veranschaulicht den Prozess: Die Schülerinnen und Schüler sehen auf ihren Monitoren farbige Frösche, die unterschiedlich gut an den Bildhintergrund angepasst sind (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Sie klicken die Frösche an, die jeweils am besten an ihre "Umwelt" angepasst sind. So erzeugen die Schülerinnen und Schüler eine neue virtuelle Froschgeneration. Die Farben der neuen Individuen entstehen durch eine Mischung der Farben der Elterngeneration. Mit jeder neuen Generation werden die Frösche dem Bildhintergrund zunehmend ähnlicher und besitzen am Ende eine perfekte Tarnfarbe. Die Schülerinnen und Schüler spielen in dieser Simulation die Rolle der Selektion durch einen Fressfeind der Frösche. Sie wählen die Individuen einer Froschgeneration aus, die überleben und ihr Erbgut an die nachfolgende Generation weitergeben können. Auswertung In der anschließenden Auswertungsphase analysieren die Schülerinnen und Schüler die Computersimulation und erklären das Prinzip der Selektion mit eigenen Worten. An der Tafel werden die Prinzipien der Selektion stichpunktartig festgehalten: Individuen, die im Vergleich zu ihren Artgenossen besonders gut an ihre Umwelt angepasst sind, werden begünstigt. Dadurch, dass vorteilhafte Eigenschaften an die nächste Generation weitergegeben werden, verändern sich die Arten. Selektion ist ein ungerichteter, passiver Prozess. Die Selektion kann heute andere Eigenschaften begünstigen als morgen. In der Simulation kann dieser Effekt durch eine Änderung der Hintergrundfarbe verdeutlicht werden. Selektion benötigt Zeit. Vergleich: Genesis und Evolution Die letzten zehn Minuten eröffnen einen Ausblick auf die nächsten Stunden der Reihe, in denen es um die Widersprüche zwischen dem ersten Schöpfungsbericht und Darwins Evolutionstheorie, konkret dem Prinzip der Selektion, gehen wird. Auf der Basis der festgehaltenen Grundprinzipien der Selektion und den Ergebnissen aus der Analyse des ersten Schöpfungsberichtes (die Folie "ab1_genesis_text.pdf" mit den gesammelten Ergebnissen wird aufgelegt) fordert die Lehrkraft die Schülerinnen und Schüler auf, Widersprüche ausfindig zu machen und zu benennen. Diese Widersprüche werden auf einem weiteren Arbeitsblatt (ab2_unterschiede_genesis_evolution.pdf), zum Beispiel nach folgendem Muster, festgehalten: Vergleich der verschiedenen Positionen Die Lernenden treffen sich im Computerraum. Sie werden darauf hingewiesen, dass die Widersprüche zwischen Genesis und Evolution, die am Ende der vorausgegangenen Stunde gesammelt wurden, von den verschiedenen Gruppierungen unterschiedlich bewertet werden. Die Kreationisten vertreten den Standpunkt, die Evolutionstheorie Darwins sei lediglich eine unbewiesene Theorie. Naturwissenschaftlerinnen und Naturwissenschaftler berufen sich auf die Fakten ihrer jeweiligen Disziplinen. Im Juden- und im Christentum gibt es viele Möglichkeiten, Genesis 1 zu interpretieren. Der Schöpfungsbericht wird oftmals nicht wörtlich aufgefasst, sondern als Metapher interpretiert. Mithilfe des Internets sollen die Schülerinnen und Schülern Informationen zu den drei Herangehensweisen recherchieren, ihre Anliegen nachvollziehen und inhaltlich verstehen. Vor der Recherche stellt die Lehrkraft die Grundsätze der drei Positionen kurz vor, damit die Schülerinnen und Schüler zum Beispiel mit dem Begriff Kreationismus bereits etwas anfangen können. Selbstständige Recherche im Internet Die Lehrkraft verteilt das Arbeitsblatt (ab3_recherche_ergebnisse.pdf). Die Schülerinnen und Schüler recherchieren im Internet die Standpunkte des Kreationismus, des Juden- und Christentums sowie der Naturwissenschaftten zum Thema "Schöpfung oder Evolution". Sie arbeiten dabei im Idealfall völlig selbstständig. Dies setzt jedoch voraus, dass die Klasse bereits Vorerfahrungen im Umgang mit Suchmaschinen und mit der kritischen Bewertung von Informationen aus dem Internet hat. Hinweise zur Durchführung von Internetrecherchen finden Sie im Bereich Medienkompetenz von Lehrer-Online: Recherche mit Suchmaschinen Die gezielte Recherche im Internet ist ein wichtiges Element der Medienkompetenz. Durch den Einsatz von Operatoren in Suchmaschinen wird in den meisten Fällen die Suche vereinfacht. Alternativ zu einer völlig selbstständigen Recherche stellen Sie den Schülerinnen und Schülern geeignete Internetadressen zur Verfügung (siehe Infos zum Thema Evolution ). In jedem Fall ist es wichtig, dass Sie die Recherchearbeit beobachten und begleiten. Für Hilfestellungen bei der Einordnung von Informationen, zum Beispiel dem Hinweis, dass man sich auf einer kreationistischen Website befinde, sollten Sie zur Verfügung stehen. Weisen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler auch ausdrücklich darauf hin, dass die Quellen sorgfältig dokumentiert werden müssen. Die Informationen werden gesammelt, soweit wie möglich selektiert, durch die Bearbeitung mit einem Textverarbeitungsprogramm "eingedampft" (Papier sparen!) und ausgedruckt. Die Übertragung der Informationen in das Arbeitsblatt wird als Hausaufgabe erledigt und kann zum Beispiel zu folgendem Ergebnis führen: Ergebnisse der Hausaufgabe In der vierten Stunde wird die Hausaufgabe (ab3_recherche_ergebnisse.pdf) besprochen und die drei Positionen (Kreationismus, Juden- und Christentum, Wissenschaft) werden gemeinsam zusammengefasst. Die Lehrkraft projiziert dabei die Folie "ab2_unterschiede_genesis_evolution.pdf" (aus der zweiten Stunde) und die Tabelle wird gemeinsam ausgefüllt. Es ist wichtig, dass alle Schülerinnen und Schüler die Grundaussagen der drei Positionen verstehen, weil sie im weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit eine davon vertreten und auf die Argumente der jeweils anderen Standpunkte antworten sollen. Rollenverteilung: Kreationisten, Juden & Christen, Forscherinnen & Forscher Nachdem die Folie "ab2_unterschiede_genesis_evolution.pdf" durch ein gelenktes Unterrichtsgespräch ausgefüllt wurde, werden die Arbeitsaufträge für die verbleibenden etwa 25 Minuten bekannt gegeben: Die Schülerinnen und Schüler werden in drei Gruppen eingeteilt, die sich arbeitsteilig intensiver mit der kreationistischen Position, mit den naturwissenschaftlichen Befunden und mit der Interpretation des vermeintlichen Konfliktes aus christlich-jüdischer Sicht beschäftigen. Sie sollen die Hauptargumente der ihnen zugewiesenen Position noch einmal untereinander diskutieren und auf ihre Dialogfähigkeit mit den anderen Positionen untersuchen. Vertiefende Internetrecherche Eine Diskussion und gemeinsame Erarbeitung der Standpunkte ist wichtig, weil in der fünften Stunde eine Fishbowl-Diskussion durchgeführt werden wird. Wenn die Schülerinnen und Schüler "ihre" Position vorbereiten, sollte ihnen ein Computer mit Internetzugang zur Verfügung stehen. Die Lehrkraft weist ausdrücklich darauf hin, dass eine vertiefende Recherche im Internet erwünscht ist. Idealerweise bilden sich in den Gruppen Teams, die weitere Informationen für die "eigene" Position sammeln (Internetrecherche), während andere das bisher Erarbeitete stichpunktartig auf dem Gruppenarbeitsblatt festhalten. Die Lehrkraft kann den Gruppen auch Literatur zur Verfügung stellen, die zusätzlich als Hausaufgabe bearbeitet werden soll. Für die naturwissenschaftliche Gruppe eignet sich zum Beispiel das Kapitel 20, "Indizien aus vielen Bereichen der Biologie bestätigen die evolutionäre Sicht des Lebens", aus dem Biologielehrbuch von Campbell (Campbell, Neil A.: Biologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1998) und für die christlich-jüdische Gruppe das Buch von Emil L. Fackenheim (Fackenheim, Emil L.: Was ist Judentum? Herausgegeben von Peter von der Osten-Sacken, Berlin, 1999. Seite 81). Ob die Verteilung dieser Zusatzinformationen in Form von Kopien sinnvoll ist, muss im Einzelfall geprüft werden und hängt auch davon ab, wie erfolgreich die Internetrecherche der Schülerinnen und Schüler verläuft. Diskussionseröffnung mit Stuhlkreisen In der fünften Stunde sollen alle Schülerinnen und Schüler ihre Argumente austauschen und im Gespräch ihre "eigene" Position vertreten und verteidigen. An die Vertreter der jeweils anderen Positionen sollen sie kritische Fragen stellen. Methodisch eignet sich hier die Fishbowl-Diskussion sehr gut, weil sie eine Form des offenen, ungelenkten Unterrichtsgespräches ist, die eine Diskussion in unserer heutigen pluralistischen Gesellschaft gut simuliert. Außerdem fordert sie den Schülerinnen und Schülern ein hohes Maß an professioneller Distanz und an objektivem Einfühlungsvermögen in andere Positionen ab. Die Lehrkraft sollte bereits vor Beginn des Unterrichts mit der Unterstützung einiger Schülerinnen und Schüler die notwendigen "Umbaumaßnahmen" im Klassenzimmer vornehmen: Vier Stühle werden in der Mitte des Raumes kreisförmig angeordnet, Tische und andere Stühle an den Rand des Raumes gestellt. An jeden Stuhl wird hinten ein Schild befestigt, auf dem die jeweilige Position dessen steht, der auf dem Stuhl Platz nehmen wird ("Kreationist", "Naturwissenschaftler", "Christ/Jude"). Die Schülerinnen und Schüler sollen sich, entsprechend der Zugehörigkeit ihrer Gruppe, hinter "ihrem" Stuhl aufstellen. Nur wer auf dem Stuhl sitzt, darf im Verlauf der Diskussion etwas sagen. Die Mitglieder der Gruppe, die hinter ihrem Sprecher stehen, dürfen diesem höchsten etwas vorsagen, sich aber nicht selber an der Diskussion beteiligen. Es ist ausdrücklich erwünscht, dass die Besetzung des Stuhles rotiert, dass sich also die Mitglieder einer Gruppe auf dem Stuhl abwechseln. Aus diesem Grund ist ein positives Zusammengehörigkeitsgefühl innerhalb der Gruppe wünschenswert, da dies die Rotation auf den Stühlen fördert. "Fishbowl" Informationen zur Innen-/Außenkreis-Methode bei Wikipedia Der "Fragezeichen-Stuhl" Der vierte Stuhl erhält ein Blatt mit einem Fragezeichen. Auf diesem Stuhl darf jede und jeder an der Diskussion teilnehmen, die oder der mit einer anderen Position oder Meinung an dem Gespräch teilnehmen möchte. So kann zum Beispiel ein Mitglied einer Gruppe im Verlauf der Diskussion den Wunsch entwickeln, als "Unparteiischer" an der Diskussion teilzunehmen. Auch das ist ausdrücklich erwünscht, werden so doch neue Impulse in die Diskussion eingebracht. Für die Fishbowl-Diskussion sind etwa 20 Minuten vorgesehen. Der Verlauf der Diskussion ist schwer planbar. Es ist denkbar, dass die Schülerinnen und Schüler zunächst den offenkundigen Konflikt zwischen dem Kreationismus und den Naturwissenschaften diskutieren werden. Damit die Diskussion aber auch aus anderen Blickwinkeln geführt werden kann, bedarf es der Beteiligung der christlich-jüdischen Gruppe. Ideal wäre eine Anfrage aus dieser Gruppe an die Vertreter der beiden anderen Gruppen, wie sie zum Beispiel die Aussage Emil Fackenheims deuten, der Schöpfungsbericht wolle vielleicht gar keine Aussagen über den Vorgang der Schöpfung machen, sondern lediglich das Gefühl der Gegenwart Gottes ausdrücken (Fackenheim, Emil L.: Was ist Judentum? Herausgegeben von Peter von der Osten-Sacken, Berlin, 1999. Seite 81). Die Lehrkraft sollte sich im Verlauf der Diskussion möglichst zurückhalten. Je nachdem, wie die Diskussion verläuft, kann es aber auch sinnvoll sein, dass sie auf dem "Fragezeichen-Stuhl" Platz nimmt und der Diskussion Impulse verleiht. Reflexion und Feedback Der Verlauf des zweiten Teiles der Stunde ist ebenfalls schwer vorhersagbar. Planen Sie etwa eine Viertelstunde für eine Art Resümee ein. Dabei kann in einem offenen Unterrichtsgespräch seitens der Schülerinnen und Schülern assoziativ auf die Fishbowl-Diskussion reagiert werden. Es ist von Vorteil, wenn die Lernenden mit der Fishbowl-Methode bereits vertraut sind. Wenn sie sie in dieser Stunde zum ersten Mal durchführen, sollte die Lehrkraft dies berücksichtigen (Einplanung von mehr Zeit, Erklären oder Einüben der Methodik). Um auch wichtige Aspekte diskutieren und auswerten zu können, die im Verlauf der Fishbowl-Diskussion eventuell nicht angesprochen wurden, sollte man auch noch Zeit für eine entsprechende Verlängerung der Auswertungsphase im Anschluss an die Diskussion einplanen. Campbell, Neil A.: Biologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1998 Fackenheim, Emil L.: Was ist Judentum? Herausgegeben von Peter von der Osten-Sacken, Berlin, 1999 Zdenko, Joha: Schöpfungstheorie und Evolutionslehre. Europäische Hochschulschriften, Frankfurt/Main, 2002 Benno, Jacob: Das Buch Genesis. Calwer Verlag, Stuttgart, 2000 Warum denkende Menschen sich immer nur die Frage nach dem Entweder/Oder stellen, ist mir unerklärlich. Niemals nach dem Sowohl/Als auch. Könnte es nicht sein, dass Gott durch Evolution geschaffen hat? Also es sowohl eine Schöpfung als auch eine Evolution gibt. Doch es könnte sein, denn nur dann ergibt das Vorhandensein der Naturgesetze und die Frage, wer zuerst da war, die Henne oder das Ei, einen Sinn. Will sagen: Selbst wenn wir die Evolution als Fakt betrachten, braucht es eine bewirkende Kraft, welche sie angestoßen hat. Dieter Vogl, 11.04.2006

Sich mit einem Flyer initiativ für Jobs und Stellen zu bewerben, ist absolut üblich geworden, nicht nur im Kreativbereich. Ein Flyer ist als Erstkontakt persönlicher, individueller und aussagekräftiger als eine Bewerbungsmappe. Flyer sind auf jeden Fall in kreativen Branchen als Initiativbewerbung bei den Firmen gerne gesehen. Dort weiß man oft nicht, wohin mit den dicken und aufwändigen Bewerbungsmappen mit Zeugniskopien, Lebensläufen und so weiter und stellt sie ins Regal - wenn sie nicht direkt weggeworfen werden. Ein Flyer bleibt eher auf dem Schreibtisch liegen - und fällt ins Auge, wenn gerade eine Arbeitskraft gesucht wird. Es ist eine anspruchsvolle Arbeit, einen gut gemachten Flyer herzustellen. Eine moderne Firma wird diesen Aufwand zu schätzen wissen. Außerdem: Wenn man ihn einmal fertiggestellt und im Computer gespeichert hat, kann man ihn immer wieder aktualisieren und neu ausdrucken. Er ist, abgesehen vom Druck, eine einmalige Investition. Zur Bewerbung gehört natürlich ein persönliches Anschreiben mit der Bewerbung und dem Hinweis, dass man auf Wunsch gerne weitere Informationen, Zeugnisse, Arbeitsnachweise und den Lebenslauf zusendet. Die Unterrichtseinheit steht und fällt mit der geeigneten Rechnerausrüstung sowie den erforderlichen Arbeitsplätzen. Der Einstieg, die Planung und die ersten Schritte am Rechner verliefen hochmotiviert. Ein Unterricht, aus dem die Schülerinnen und Schüler direkten praktischen Nutzen ziehen können, kommt ihnen gerade im 10. Schuljahr, in dem Abschlüsse bevorstehen, sehr entgegen. Unterrichtsverlauf "Bewerbungs-Flyer" Die Entstehung des Bewerbungs-Flyers vom ersten Layout-Entwurf bis hin zum fertigen Produkt wird hier beschrieben. Regelmäßige "Redaktionssitzungen" begleiten den Prozess. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen einen aussagekräftigen Bewerbungsflyer planen, der zu ihnen passt (Bilder und Text). Regeln für gutes Layout kennen lernen und anwenden. Layout analysieren und bewerten können. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen mit dem Bildbearbeitungsprogramm GIMP ihren Flyer druckfertig realisieren. Möglichkeiten der Bild-Manipulation kennenlernen und durchschauen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen differenzierte und sachliche Kritik üben und annehmen (gegenseitiges Lektorieren). Selbsteinschätzung und Fremdeinschätzung abwägen. Thema Bewerbungs-Flyer - Digitale Bildbearbeitung im Kunstunterricht Autorin Astrid Raimann Fächer Kunst, Deutsch, Arbeitslehre, Informatik Zielgruppe Klasse 9 und 10 Zeitraum circa 6 bis 8 Doppelstunden Technische Voraussetzungen Rechner mit installierter Bildbearbeitungssoftware GIMP (Freeware) für die Einzel-, und Partnerarbeit Was macht gutes Layout aus? Einen ersten Eindruck davon, wie unterschiedlich gestaltetes Layout Unterschiede in Aussage, Wirkung und Akzeptanz bewirken kann, bekommen die Schülerinnen und Schüler anhand von guten wie schlechten Beispielen (Reklamezettel, Werbung aus Zeitschriften, Flyer). Die Beispiele sollen in Bezug auf Farbgestaltung, Text, Schrift, Wirkung und Athmosphäre möglichst unterschiedlich sein. Layoutregeln erarbeiten Gemeinsam erarbeiten die Lernenden, dass es mehr oder weniger allgemeingültige Urteile und Wertungen gibt, aus denen Layoutregeln abgeleitet werden können, dass aber auch persönliche Vorlieben und Geschmäcker eine Rolle spielen. Ein wichtiger Schritt zur Erarbeitung der Layoutregeln ist die Analyse. Wie wirkt eine bestimmte Annonce, und warum wirkt sie unübersichtlich, chaotisch, langweilig, sympatisch, billig oder unangenehm? Die Ergebnisse dieser Untersuchung werden schriftlich festgehalten. Einen ersten Entwurf erstellen Die Schülerinnen und Schüler kreuzen auf Arbeitsblatt 1 an, wie sie sich die Wirkung ihres eigenen Bewerbungs-Flyers vorstellen, und beraten sich in Kleingruppen, ob ihre Wahl passend ist. Mithilfe von Arbeitsblatt 2 gestalten die Lernenden dann einen Entwurf für ihren Flyer. Dazu gehören Texte, erste Ideen für Bilder, Farbgestaltung, Größe und Art der Schrift. Gegenseitige Beurteilung der Flyer In der zweiten Doppelstunde werden zunächst die Ergebnisse der ersten Doppelstunde in Erinnerung gerufen. Anschließend erarbeiten die Schülerinnen und Schüler Regeln für ein gutes Layout (Arbeitsblatt 3). In einer ausführlichen "Redaktionssitzung" überprüfen die Lernenden gegenseitigen ihre Flyer-Entwürfe, Änderungsvorschläge werden festgehalten. Bei der gegenseitigen Beurteilung der Flyer sind soziale Kompetenzen gefragt: Sachliche Kritik anbringen Kritik aushalten und annehmen Persönlichen Geschmack von sachlicher Kritik unterscheiden können Persönliche Einschätzung und Vorlieben aber auch verteidigen können Einschätzungen wie "Das passt / passt nicht zu dir" freundlich formulieren und begründen können Vorgehensweise in der Reihenfolge von Arbeitsblatt 4 (Bildbearbeitung mit GIMP): Arbeitsfläche einrichten Erste Seite anlegen mit Hilfslinien für Satzspiegel Texte einfügen Bilder einfügen Probeausdruck In den folgenden Stunden arbeiten die Schülerinnen und Schüler ihre Flyer aus und stellen sie fertig: Sie formulieren Texte, bewerten Bilder und überprüfen das Layout hinsichtlich seiner Wirkung. Die Lernenden kritisieren sich gegenseitig konstruktiv in regelmäßigen "Redaktionssitzungen". Zwischen den Stunden korrigiert und überprüft zusätzlich die Lehrkraft. Sobald den Schülerinnen und Schülern klar ist, dass sie ihren Flyer im realen Leben gebrauchen können, sind sie sehr an Feedback interessiert. Alle Lernenden sollten am Ende der Unterrichtssequenz ihre ausgedruckten Flyer sowie einen Datenträger mit der digitalen Datei mit nach Hause nehmen.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler sieben verschiedene Kategorien von Abfallströmen kennen. Sie werden befähigt, die verschiedenen Arten zu unterscheiden und lernen das differenzierte Entsorgungssystem kennen. Daraus erwächst das Verständnis für die hohe Bedeutung der Mülltrennung. Die "Olchis", bekannt aus der gleichnamigen Buchreihe und dem Film "Die Olchis – Willkommen in Schmuddelfing", helfen ihnen dabei. Gehört der Pizzakarton eigentlich in den Papiermüll oder in die Restmüll-Tonne? Selbst Erwachsenen fällt es nicht immer leicht, die verschiedenen Kategorien von Müll, Abfall oder sogar Elektroschrott zu benennen. Auch bei der richtigen Sortierung tun sich manche schwer. Das Entsorgungssystem ist für viele ein Buch mit sieben Siegeln. Daher ist es wichtig, dass Kinder nicht nur mit konsequenter Mülltrennung aufwachsen, sondern den Sinn hinter dem Entsorgungssystem verstehen und nachvollziehen können. Diese Einheit vermittelt zunächst Grundwissen zur Trennung von Müll , um anschließend das Entsorgungssystem selbst verständlich zu machen. Vor diesem Hintergrund erschließt sich den Kindern die besondere Bedeutung einer korrekten Entsorgung und Weiterverarbeitung von Elektroschrott . Die Olchis – allesamt begeisterte Rostfresser und Müllschlecker – begleiten das Thema und geben ihm eine humorvolle sowie emotionale Note. In der ersten Unterrichtseinheit "Was ist Elektroschrott?" lernten die Kinder sehr gezielt Elektroschrott kennen. In dieser Unterrichtseinheit geht es nun darum, dass sie ein bereiteres Verständnis für Müllentsorgung entwickeln und verstehen, dass die korrekte Entsorgung von Elektroschrott Teil des Systems der Müllverwertung in Deutschland ist. Der auditive Einstieg mit dem Olchi-Lied dient einerseits der Schüleraktivierung und gleichermaßen wird möglicherweise ein Wiedererkennungswert bei den Schülerinnen und Schülern geweckt. Über den kreativen, rhythmischen Zugang zu dem doch sehr außergewöhnlichen Reim aus dem Lied werden die Kinder durch einen spielerischen Zugang an die Thematik herangeführt. Dieser Zugang wird durch das Tischdecken für die Olchis unterstützt. Anschließend lernen die Schülerinnen und Schüler dieses komplexe Müllsystem im Gespräch mit dem Hausmeister oder einem kenntnisreichen Elternteil kennen. Dadurch, dass das Gespräch auf dem Schulhof bei den Müllcontainern stattfindet, erschließt sich den Kindern die Funktionsweise von Mülltrennung und Müllentsorgung auch intuitiv. Als Hintergrund-Information können Sie dem Hausmeister/Elternteil das "Informationsblatt Müllsystem" zur Verfügung stellen. Da die Kinder nun schon einiges über Mülltrennung und Müllentsorgung wissen, sollen sie als Hausaufgabe herausfinden, wie gut die Erwachsenen in der Familie und Umgebung darüber informiert sind. Die Kinder werden durch das Gespräch mit Erwachsenen gestärkt und für das Thema motiviert. Zum einen sehen sie möglicherweise, dass nicht jeder Erwachsene so gut informiert ist wie sie, zum anderen schult ein Gespräch die Argumentationsfähigkeit "Pro Mülltrennung". Die Aufgabe der Kinder ist es im Nachgang, in der Klasse darüber zu informieren, wie gut sich die Menschen in ihrem Umfeld mit Mülltrennung auskennen. Je nach Ergebnis der Recherchearbeit kann überlegt werden, was die Klasse/Projektgruppe tun kann, um etwa auf einem Schulfest über das Mülltrennungssystem in Deutschland zu informieren. Beim Lesen des Sachtextes zum Thema Müll stärkt das Unterstreichen wichtiger Worte und das Nachschlagen/Nachfragen unbekannter Begriffe die Lesestrategie der Schülerinnen und Schüler. Die anschließend zu entwickelnden Gedankenkarten (Mindmaps) eignen sich gut, um Schülerinnen und Schüler in der Grundschule an kurze Referate von zwei bis drei Minuten zu gewöhnen. Die Blätter in DIN-A5-Format mit der Mindmap dienen dabei der souveränen Unterstützung des Vortrags, indem es in der Hand gehalten wird. Das Kind orientiert sich beim Sprechen an den Stichworten und Verknüpfungen und macht sich so damit vertraut, Informationen zu sortieren, ansatzweise zu clustern und sein Wissen strukturiert weiterzugeben. Sachinformationen für Lehrkräfte Mülltrennung als Thema im Unterricht Mülltrennung und Müllvermeidung sind in unserer Wegwerf-Gesellschaft zu einem brisanten Thema geworden. Die Kinder erleben in der Regel aus ihrem Familienalltag, dass Müll getrennt wird. Somit lässt sich die Relevanz des Themas gut mit Vorkenntnissen aus dem kindlichen Alltag verknüpfen. Das Thema Elektroschrott ist in Familien dagegen nicht ganz so präsent. In dieser Unterrichtsreihe wächst deshalb aus der allgemeinen Sensibilisierung für Mülltrennung ein Verständnis für den Umgang mit Elektroschrott als einer eigenen Müll-Kategorie. In dieser Unterrichtseinheit werden die Schülerinnen und Schüler gleich mehrfach aktiviert und motiviert. Zum einen tauchen die Olchis als begeisterte Müllfresser auf, zum anderen werden die Schülerinnen und Schüler selbst zu Lehrenden: Sie testen und informieren ihre Eltern oder andere Bezugspersonen. Dadurch wird die Kommunikation über das Thema in den Familien gestärkt. Sie geben sich gegenseitig in Mini-Referaten Informationen über Mülltrennung und Müllvermeidung weiter und dürfen als Zuhörerinnen und Zuhörer in die Rolle des Olchis schlüpfen. So werden sie innerhalb einer Unterrichtseinheit schon zu Expertinnen und Experten für dieses Thema. Die didaktischen Impulse in dieser Unterrichtseinheit zielen darauf ab, die Kinder spielerisch an die allgemeine Bedeutung von Mülltrennung und Müllvermeidung heranzuführen und ihr Vorwissen aufzugreifen, zu erweitern und zu festigen. In den nachfolgenden Unterrichtseinheiten wird dann der Fokus auf die Entsorgung von Elektroschrott und seine weltweite Bedeutung gelegt. Es gibt viele verschiedene Kategorien, nach denen Müll in Deutschland sortiert wird. Zu nennen sind vor allem Altglas, Altpapier, Biomüll, Altbatterien, Elektroschrott, Restmüll, Verpackungsmüll, Sperrmüll und Altkleider. Für jede Kategorie gibt ein spezielles Entsorgungs- und Recyclingsystem, doch zunächst beginnt die Mülltrennung in Deutschland direkt bei den Verbraucherinnen und Verbrauchern. Das heißt, dass jeder Haushalt seinen Müll selbst sortieren und in verschiedene Tonnen und Container werfen muss. Ein Großteil des Mülls in Deutschland wird recycelt, wodurch Ressourcen geschont werden und die Umwelt geschützt wird. Beim Thema Müll gilt die Devise: Abfall vermeiden statt verursachen! Für den Alltag der Verbraucherinnen und Verbraucher bedeutet das, Produkte mit wenig Verpackung zu kaufen und Einwegverpackungen möglichst zu vermeiden. Eine Folge des gewandelten Bewusstseins sind die "Unverpackt-Läden", die zum Beispiel Nudeln oder Reis ohne Verpackung anbieten. Die Verbraucherinnen und Verbraucher kaufen für den Transport Mehrwegbehälter im Geschäft oder bringen eigene Gefäße mit. Mülltrennung in Deutschland: Gemeinsam, aber mit lokalen Unterschieden In Deutschland variiert die Mülltrennung je nach Stadt oder Kommune, was daran liegt, dass die Müllentsorgung in Deutschland in kommunaler Verantwortung liegt. In den verschiedenen Städten und Gemeinden können sich die Regeln und Vorschriften für die Müllentsorgung unterscheiden. Einer der offensichtlichsten Unterschiede ist die Anzahl und Farbe der Mülltonnen. In manchen Kommunen gibt es vielleicht nur wenige Tonnen, während in anderen möglicherweise mehrere verschiedene Tonnen verwendet werden. Die Farben der Tonnen können ebenfalls variieren, je nachdem, wie die Mülltrennung vor Ort organisiert ist. Es ist daher wichtig, sich über die spezifischen Regeln in der eigenen Region zu informieren. Auch die erlaubten Inhaltsstoffe der jeweiligen Abfallströme können variieren. In einigen Städten kann es bestimmte Recyclingmöglichkeiten geben, die in anderen nicht verfügbar sind. Es ist daher ratsam, sich genau darüber zu informieren, welche Materialien in welche Tonne gehören und welche nicht. Das Lernmaterial ist allgemein gehalten, aber regionale Besonderheiten sind zu beachten und müssen ggf. eingepflegt werden. Checkliste Für diese Unterrichtseinheit werden benötigt: Tischdecke Verschiedene Abfälle (z. B. leere Chipstüte, Konservendose, Altpapier, Bananenschale, E-Schrott) 7 große Packpapierzuschnitte oder farbige Plakate Gelb: Verpackung Schwarz: Restmüll Braun: Bio-Müll Weiß: Altpapier Rot: Batterien und Akkus Orange: Elektro-Altgeräte Grün: Altglas weiße Blätter DIN A5 Buntstifte Fachliche und methodische Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler können unterschiedliche Müllarten voneinander trennen und die Kategorien benennen. sind in der Lage, sich ein komplexes Thema durch das Anlegen einer Gedankenkarte zu strukturieren und können dabei auf Fachbegriffe zurückgreifen. sind befähigt, anderen das Thema Mülltrennung zu erklären. führen zur Förderung des Umweltbewusstseins im schulischen Umfeld einfache Aktionen durch. gehen Fragen mithilfe von (auch selbst geplanten) Versuchen nach. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben über die Paararbeit den sozialen Umgang mit ihren Mitschülerinnen und Mitschülern. erlernen durch die Präsentation der Lösungen und der Ergebnisse eine adressatengerechte Darstellung. erproben durch das Gespräch mit Eltern/Erwachsenen einen respektvollen Umgang mit unterschiedliche Meinungen.

In dieser Unterrichtseinheit zum Volumen eines Quaders werden den Schülerinnen und Schülern durch interaktive Arbeitsmaterialien vielfältige Möglichkeiten eröffnet, um die Grundvorstellungen zum Volumenbegriff zu entwickeln.Bevor im Unterricht die Formel für das Volumen eines Quaders formuliert wird, sollten den Lernenden vielfältige Möglichkeiten eröffnet werden, mit denen sie Grundvorstellungen zum Volumenbegriff entwickeln können. Interaktive Arbeitsblätter unterstützen das Ausbilden von Grundvorstellungen und fördern zugleich Kompetenzen hinsichtlich der Anwendung von Kenntnissen auf neue Problemstellungen. Die dynamischen Zeichnungen innerhalb der Web-Arbeitsblätter zur Exploration und Übung wurden mit GeoGebra realisiert. In der Explorationsphase können die Schülerinnen und Schüler einen zufällig erzeugten Quader mit Einheitswürfeln (cm³-Würfel) füllen. Neben dieser dynamischen Veranschaulichungs- und Experimentierumgebung bietet die Unterrichtseinheit eine Übung zur Anwendung der erworbenen Kompetenzen. Dabei soll das Volumen eines Restkörpers berechnet werden, der entsteht, wenn aus einem Quader ein Würfel herausgeschnitten wird. Da alle Ergebnisse der Lernenden überprüft und Hilfestellungen angeboten werden, ist eine eigenständige und eigenverantwortliche Aneignung des mathematischen Sachverhalts möglich.Bei Unterrichtstunden im Computerraum kommt dem Hefteintrag eine Brückenfunktion zu. Einerseits sollte dieser nach Möglichkeit den Verlauf der Unterrichtstunde visuell widerspiegeln. Dazu können zum Beispiel die wesentlichen Schritte mithilfe von Screenshots, also Bildschirmbildern, festgehalten werden. Die so erzeugten Bilder rufen den Unterrichtsverlauf noch einmal ins Gedächtnis der Schülerinnen und Schüler. Andererseits sollten zentrale Unterrichtsinhalte zusammengefasst werden und so zur Bearbeitung von Aufgaben in den jeweiligen Schulbüchern überleiten. Interessierte Eltern erhalten ferner einen Eindruck von den Möglichkeiten, die ein Mathematikunterricht im Computerraum bietet. Technik, Inhalte und Funktionen der Arbeitsblätter Hier finden Sie Informationen zu den technischen Voraussetzungen und zum Aufbau der Seiten. Rückmeldungen der Lernumgebung unterstützen das selbstständige Lernen. Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien In der ersten Unterrichtsstunde bestimmen Lernende experimentell das Quadervolumen. In der zweiten Stunde wenden sie ihr Wissen bei der Bestimmung von Restkörpervolumina an. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass jeder Quader mit Einheitswürfeln gefüllt werden kann. erkennen, dass die Anzahl dieser Einheitswürfel von der Länge, Breite und Höhe des Quaders abhängt. können die Anzahl von Einheitswürfeln ohne Veranschaulichung als Produkt aus Länge, Breite und Höhe ermitteln. können die erworbenen Kenntnisse auf das Volumen eines Würfels anwenden und so die Kubikzahlen finden. können das Volumen von Restkörpern durch Subtraktion der Volumina zweier Körper bestimmen. Das hier vorgestellte Unterrichtskonzept verlangt keinerlei besondere Kompetenz in Hinsicht auf eine spezielle Computersoftware. Es kann somit von jeder Lehrkraft und jedem Lernenden verwendet werden. Die Unterrichtseinheit selbst beinhaltet insgesamt drei HTML-Seiten, die mit jedem Internet-Browser (zum Beispiel Internet Explorer oder Mozilla-Firefox) dargestellt werden können. Damit die mit GeoGebra erzeugten dynamischen Aufgabenstellungen realisiert werden können, muss Java 1.4.2 (oder höher) auf den Rechnern installiert und Javascript aktiviert sein. Der Aufbau der Web-Arbeitsblätter folgt einer einheitlichen Grundstruktur. Alle Arbeitsblätter sind in zwei Spalten unterteilt (siehe Abb. 1). In der linken Spalte finden sich Hinweise auf die Bedienung, wie etwa eingegebene Ergebnisse überprüft und neue Aufgaben erzeugt werden können. Ferner befinden sich hier die interaktiven Elemente sowie das Rückmeldefenster mit dem aktuellen Punktestand. In der rechten Spalte wird immer die jeweilige dynamische Zeichnung erzeugt und dargestellt. Bei allen interaktiven dynamischen Arbeitsblättern erhalten Schülerinnen und Schüler für richtig gelöste Aufgaben Punkte. Zusätzlich können die Lernenden die bei den jeweiligen Übungen erreichten Punkte in eine Bestenliste, die sogenannte Highscore-Liste, eintragen. Diese zusätzliche Funktion steht allen Nutzern ohne vorherige Anmeldung zur Verfügung. Sofern Lehrkräfte für die Schülerinnen und Schüler ihrer Schule eine zusätzliche schulinterne Bestenliste wünschen, reicht eine kurze Mitteilung an den Autor (a.meier@realmath.de), um diese zu erhalten. Für die beobachtende Lehrkraft bietet der angezeigte Punktestand eine gute Rückmeldung darüber, wie die Lernenden mit der Aufgabenlösung zurechtkommen. Der zentrale Gesichtspunkt der Unterrichtseinheit ist das Ausbilden von Grundvorstellungen zum Volumen eines Quaders. Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass zur Bestimmung des Volumens die Anzahl von Einheitswürfeln (cm*³*-Würfel) von Bedeutung ist. Die dazu erstellte dynamische Lernumgebung ermöglicht es den Lernenden, einen zufällig erzeugten Ausgangsquader nach ihren eigenen Vorstellungen mit cm³-Würfel zu füllen. Dadurch wird offensichtlich, dass die Anzahl der cm³-Würfel von der jeweiligen Länge, Breite und Höhe des Quaders abhängt. Zudem wird der multiplikative Zusammenhang der Größen "Länge, Breite und Höhe" ersichtlich und dass es ohne Bedeutung ist, in welcher Reihenfolge die drei zugehörigen Maßzahlen multipliziert beziehungsweise in welcher Reihenfolge die Einheitswürfel erzeugt werden. Eines der wesentlichen Elemente interaktiver dynamischer Arbeitsblätter ist die Rückmeldung auf Schüleraktivitäten. Ist eine Aufgabe richtig gelöst, so beinhaltet diese eine positive Verstärkung, wie zum Beispiel "Ausgezeichnet! Alles richtig!". Wurde hingegen die Aufgabe fehlerhaft bearbeitet, so gibt es je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Rückmeldungen. Dies kann einerseits die Ausgabe der richtigen Lösung sein, die die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt, ihre Eingabe mit der korrekten Lösung zu vergleichen und so den gemachten Fehler einzuordnen. Ferner kann bei komplexeren Aufgaben die Rückmeldung neben der korrekten Lösung auch Teillösungen beinhalten, die als Impuls für die Suche nach der korrekten Aufgabenlösung dienen sollen. Für leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler werden Hilfen bereitgestellt, die diese bei ihren Überlegungen und Berechnungen unterstützen. Volumenformel finden und anwenden Nach einer kurzen Lehrereinführung in die Funktionsweise des interaktiven dynamischen Arbeitsblatts, bei der die Lehrkraft zeigt, wie durch Bewegen der roten Punkte auf den Quaderkanten die cm³-Würfel erzeugt werden können, sollen die Schülerinnen und Schüler das Volumen der jeweils zufällig erzeugten Quader ermitteln, eingeben und prüfen lassen (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Die Lernenden werden im weiteren Verlauf der Unterrichtsstunde aufgefordert, die Aufgaben ohne Veranschaulichung zu lösen und so die von ihnen entdeckte Formel für das Quadervolumen zu prüfen. Anhand des PDF-Arbeitsblatts (quader_volumen_1.pdf) werden dann die unterschiedlichen Vorgehensweisen der Lernenden im Plenum diskutiert und die Volumenformel fixiert. Volumen des Würfels - Kubikzahlen finden Eine Lehrereinführung in die Funktionsweise des interaktiven dynamischen Arbeitsblatts kann entfallen, da der Aufbau des Arbeitsblatts (Abb. 2) dem vorherigen entspricht. Da sich die zu bestimmenden Volumenwerte eines Würfels bei gegebenen Kantenlängen von 1 Zentimeter bis 10 Zentimeter sehr rasch wiederholen, kann es lohnend sein, sich diese Werte zu notieren, um sie ständig verfügbar zu haben. Die zugehörigen Kubikzahlen können die Schülerinnen und Schüler abschließend im zweiten PDF-Arbeitsblatt (quader_volumen_2.pdf) festhalten. Sollte aus Zeitgründen diese Fixierung nicht mehr möglich sein, könnte dies auch eine mögliche Hausaufgabenstellung sein. Sicherung des Ausgangsniveaus Die für diese Unterrichtsstunde vorgesehene Übung baut auf den Erkenntnissen der vorausgehenden Stunde auf. Daher sollte anhand der in der vorherigen Unterrichtsstunde verwendeten Arbeitsblätter die Grundlagen zur Berechnung des Volumens eines Quaders und die Kubikzahlen wiederholt werden. Lösungswege finden, besprechen und anwenden Nach der Lehrereinführung in die Funktionsweise des interaktiven dynamischen Arbeitsblatts wird das Problem beschrieben. "Aus einem Quader wird an einer Ecke ein Würfel herausgeschnitten. Berechne das Volumen des Restkörpers V R " (Abb. 3). Der neue Begriff "Restkörper" wird durch die Lehrkraft geklärt. Anschließend sollen die Schülerinnen und Schüler die erste Aufgabe des dritten PDF-Arbeitsblatts (quader_volumen_3.pdf) in Partnerarbeit bearbeiten und Lösungsstrategien schriftlich fixieren. Auf die Diskussion der Ergebnisse folgt dann die Bearbeitung weiterer Aufgaben am Rechner. Die Schülerinnen und Schüler sollten jedoch immer ein Konzeptpapier für Rechnungen verwenden. Die zweite Aufgabe des Arbeitsblatts "quader_volumen_3.pdf" kann als Hausaufgabe verwendet werden. Rückmeldung auf falsche Eingaben Wird das Volumen eines Restkörpers falsch berechnet, so kann dies unterschiedliche Gründe haben. Zum einen kann das Volumen des Ausgangsquaders falsch ermittelt oder die Kantenlänge des herausgeschnittenen Würfels fehlerhaft abgelesen worden sein. Schließlich kann auch die Differenz aus den beiden Volumina nicht korrekt bestimmt worden sein. Um den Lernenden eine eigenständige Fehleranalyse zu ermöglichen, werden in der Rückmeldung detaillierte Angaben zur Berechnung gemacht und alle Teilergebnisse und Rechenschritte eingeblendet (Abb. 4).

In dieser Unterrichtseinheit wird der Computer benutzt, um die Eigenschaften von Abbildungen herauszuarbeiten und ihr Verständnis zu vertiefen. Die Lernenden erhalten die Möglichkeit, ihr Wissen zu vervollständigen und zu prüfen.Achsen- und Punktspiegelungen sind integrale Bestandteile des Geometrieunterrichts in der Sekundarstufe I. Bereits in der Primarstufe werden symmetrische Figuren thematisiert. In den Jahrgängen 5-7 wird das mathematische Argumentieren und Strukturieren vertieft: Die Schülerinnen und Schüler sollen in der Lage sein, die Eigenschaften der verschiedenen Abbildungen zu benennen und diese Eigenschaften zur Identifikation von gegebenen Abbildungen und zur Konstruktion der Bilder von gegebenen Figuren zu verwenden. Das digitale Material dieser Unterrichtseinheit wurde mit der dynamischen Geometriesoftware Cinderella erstellt. Die Software selbst ist aber nicht notwendig, um das Material zu nutzen, das uneingeschränkt weitergegeben werden kann. Eine erweiterte Schullizenz, die es allen Lehrkräften sowie Schülerinnen und Schülern erlaubt, selbst Konstruktionen mit Cinderella zu erstellen und im Internet zu veröffentlichen, ist für 199 € zu haben (weitere Informationen auf der Cinderella-Homepage ). Fachlicher Kommentar und Mehrwert des Computers Hinweise zu den Voraussetzungen der Schülerinnen und Schüler und dem Nutzen des Computereinsatzes bei den verwendeten Materialien mit Screenshots 1. Stunde - Verlauf und Materialien Achsen- und Punktspiegelungen werden mithilfe dynamischer Cinderella-Applets erkundet. Die Ergebnisse werden auf Plakaten fixiert. 2. Stunde - Verlauf und Materialien Symmetrieeigenschaften von Zahlen und Ziffern werden ohne den Computer untersucht und danach einfache Konstruktionsaufgaben am Rechner bearbeitet. Die Schülerinnen und Schüler sollen gegebene Abbildungen als Punkt- oder Achsenspiegelung identifizieren oder begründen können, weshalb es sich nicht um eine Spiegelung handelt. die Punkt- beziehungsweise Achsensymmetrie von vorgegebenen Figuren begründet bestimmen können. ihr Wissen über diese Abbildungen in geometrische Konstruktionen umsetzen können. den Unterschied zwischen statischen Figuren und dynamischen Figuren erklären können. Thema Achsen- und Punktspiegelungen im Vergleich Autor Prof. Dr. Ulrich Kortenkamp Fach Mathematik Zielgruppe Klasse 5-7 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Ein Computer für je zwei Lernende, Lehrerrechner mit Beamer; gut geeignet für Tablet-PCs oder Notebooks Software Internet Browser mit Java-2-Unterstützung (zum Beispiel Internet Explorer/Firefox mit Sun Java-Plugin unter Windows oder Safari auf Mac OS X); falls ein Internet-Zugang vorhanden ist, kann das Material online benutzt werden, ansonsten muss es heruntergeladen und auf alle Rechner kopiert werden. Weitere Materialien je zwei rote und zwei blaue Plakate (DIN A2); zur Gestaltung der Plakate: zwei weiße DIN-A4-Blätter, vier mal der Buchstabe F, zwei mal aus blauem, zwei mal aus rotem auf DIN A5 gefaltetem DIN A4-Papier ausgeschnitten; eine Bastelschere pro Arbeitsgruppe (Partnerarbeit), zwei Klebestifte Achsenspiegelungen sind wesentlich allgemeiner als Punktspiegelungen - schließlich kann man durch die Hintereinanderausführung von zwei Achsenspiegelungen eine Punktspiegelung erzeugen. Auch die Aufgabe, die Abbildung zu zwei kongruenten Figuren zu finden, ist für Achsenspiegelungen trivial (egal wie zwei spiegelverkehrte kongruente Figuren zueinander liegen: Es gibt immer die passende Achsenspiegelung!); im Fall einer Punktspiegelung muss es eine Drehung um exakt 180 Grad sein! Erstaunlicherweise ist aber die Konstruktion einer Punkspiegelung wesentlich einfacher als die einer Achsenspiegelung, bei der zusätzlich noch Senkrechte verwendet werden müssen. Die Unterrichtseinheit ist so konzipiert, dass auch Schülerinnen und Schüler, die noch nicht mit dynamischer Geometriesoftware (DGS) gearbeitet haben, die Aufgaben erfolgreich bearbeiten können. Sie eignet sich so auch für eine erste "Kontaktaufnahme" mit dem Computer im Geometrieunterricht. Die Schülerinnen und Schüler kennen schon seit der Grundschule und aus ihrer Anschauung Punkt- und Achsensymmetrien. In den der Unterrichtseinheit vorangegangenen Stunden sollten die dazu gehörigen Abbildungen und die damit verbundenen Begriffe (Zentrum der Spieglung, Spiegelachse, Punkt und Bildpunkt) eingeführt worden sein. Üblicherweise haben die Schülerinnen und Schüler noch Schwierigkeiten, ihr intuitives Wissen über die Abbildungen in klare Argumentationen umzusetzen. Die Eigenschaften der Abbildung "an sich" entdecken Die Durchführung von Punkt- und Achsenspiegelungen ist durchaus ohne den Computer machbar, und die reine Computerisierung dieser Tätigkeit birgt noch keinen Mehrwert. Vielmehr besteht die Gefahr, dass durch zu rasches Abarbeiten einer Konstruktionsaufgabe die Kontemplation über die Eigenschaften der Achsen- und der Punktspiegelung zu kurz kommt. Daher wird in dieser Stunde ausgenutzt, dass man durch die Dynamisierung einer gegebenen Achsenspiegelung die Eigenschaften der Abbildung "an sich" entdecken kann. Einstieg und Hilfestellungen Zur Systematisierung und als Hilfestellung wird zu Beginn der Unterrichtseinheit ein dynamisches Arbeitsblatt eingesetzt, auf dem Punkt- und Achsenspiegelung dargestellt werden. Dabei stehen zusätzliche Werkzeuge zur Verfügung, so dass nicht nur das Verhalten bei Bewegungen ausprobiert werden kann, sondern dass auch die vermuteten Kriterien überprüft werden können. So kann man beispielsweise über das Geradenwerkzeug Punkte miteinander verbinden. Wenn hierbei Punkt und Bildpunkt miteinander verbunden werden, so wird dies anders dargestellt als bei anderen Verbindungen. Das Kreiswerkzeug kann dafür benutzt werden, um den gleichen Abstand von Punkt und Bildpunkt von der Spiegelachse (oder dem Spiegelzentrum) zu prüfen, indem der Mittelpunkt auf die Achse und der Randpunkt auf eine Ecke des F gesetzt wird. Handlungsorientierte Zugänge Wird eine Figur abgebildet, die nicht punk- oder achsensymmetrisch ist, so kann man an einer statischen Abbildung leicht erkennen, um welchen Typ es sich handelt. Wird hingegen eine punkt- und achsensymmetrische Figur (zum Beispiel ein Rechteck oder gar Kreis) abgebildet, so kann aus dem statischen Bild ohne Hilfslinien nicht geschlossen werden, um welche Abbildung es sich handelt. Es ist also kein handlungsorientierter Zugang zu dieser Thematik möglich! Um dieses Problem zu umgehen, werden dynamische digitale Arbeitsblätter verwendet, auf welchen verschiedene Abbildungen durchgeführt werden, an denen die Schülerinnen und Schüler forschen können. Die Schülerinnen und Schüler bewegen darin den Punkt A. Dabei bewegt sich A' mit, nur um 180 Grad gedreht. Per "Spurmodus" wird die Spiegelung visualisiert. Die Lernenden sollen erkennen, dass es sich um eine Punktspiegelung handelt. Im zweiten Teil der Doppelstunde (der bei Zeitknappheit auch entfallen, oder, da das Material im Internet zur Verfügung steht, wohl dosiert auch als Hausaufgabe verwendet werden kann) werden die Symmetrieeigenschaften von Buchstaben und Ziffern untersucht (als Gegenpol zur Arbeit mit dem Computer). Im zweiten Teil der zweiten Stunde wird dann wieder mit dem Computer gearbeitet (Bestimmung des Zentrums einer Punktspiegelung und Durchführung einer einfachen Konstruktionsaufgabe). Einsatz von Plakaten In Unterrichtsstunden mit Computereinsatz muss viel Wert auf die Ergebnissicherung gelegt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen daher in den beiden Stunden vier Plakate erstellen, die die gefundenen Kenntnisse konservieren und präsentieren. Die Plakatbeiträge der ersten Stunde werden mit den Namen der Schülerinnen und Schüler gekennzeichnet. Damit erhält die Lehrkraft die Möglichkeit, den Leistungsstand der Lernenden nachträglich zu überprüfen (während der Arbeit mit dem Computer fällt es schwer, den Lernstand der Kinder richtig einzuschätzen!). Es besteht also die Chance, später auf eventuell vorhandene Lücken oder Fehlkonzeptionen einzugehen und schwächere Schülerinnen und Schüler zu fördern. Verwendung von Leitfarben Als "unterschwellige" Hilfestellung und zur besseren Unterscheidung wird auf den Plakaten und in den Applets für Punktspiegelungen die Farbe Rot (Punkte) und für Achsenspiegelungen die Farbe Blau verwendet (Linien). Wenn der Typ der Spiegelung noch nicht bekannt ist, so wird gelb verwendet. Für eventuelle Tafelanschriebe oder -zeichnungen wird empfohlen, dies beizubehalten. Die Klasse wird begrüßt und das Stundenthema vorgestellt. Danach werden Rechner ausgeteilt (Tablet-PCs oder Notebooks) oder die Klasse wechselt in den Computerraum. Je zwei Kinder arbeiten an einem Rechner. Die dynamischen Materialien und die grundlegenden Bedienungsfunktionen werden von der Lehrkraft anhand der Beispiel-Achsenspiegelung vorgestellt. Falls der Browser interaktive Inhalte blockiert, muss erklärt werden, wie diese zugelassen werden können. Arbeitsauftrag Der Arbeitsauftrag findet sich auf dem elektronischen Arbeitsblatt und wird zudem mündlich gestellt: "Erkunde die Achsen- und Punktspiegelung im Beispiel ("Beispiele für Spiegelungen"). Finde dann heraus, um welche Abbildungen es sich bei den in Aufgabe 2 ("Was ist das?") gegebenen zwölf Abbildungen handelt! Erstelle eine Tabelle in deinem Heft, in die du für alle zwölf Abbildungen einträgst, ob es sich um Achsen- oder Punktspiegelungen handelt - mit Begründung! Überlege, wie du Achsen- beziehungsweise Punktspiegelungen erkennst und schreibe es auf den roten beziehungsweise blauen Zettel." (Verwenden Sie für die Erstellung dieser Ergebniszettel die Dateien "begruendung_punktspiegelung_rot" und "begruendung_achsenspiegelung_blau".) Die Zeitvorgabe (etwa 15 Minuten) wird als Uhrzeit angesagt. Arbeitsphase Gehen Sie herum und helfen den Schülerinnen und Schülern bei technischen Schwierigkeiten. Erinnern Sie sie daran, ihre Antworten zu begründen! Falls die Lernenden nicht von selbst darauf kommen, den Punkt A bei den ersten vier Abbildungsbeispielen zu bewegen, fordern Sie sie dazu auf. Vorbereitung der Plakate (Lehrkraft) Ein blaues Plakat (DIN A) wird hochkant mit Magneten an der Tafel fixiert und mit der Überschrift "Achsenspiegelung", ein rotes Plakat mit der Überschrift "Punktspiegelung" versehen. Quer unter diese Überschriften wird auf jedes Plakat ein weißes DIN A4-Blatt geklebt. Aufgaben der Plakatverantwortlichen Aus der Klasse werden zwei Plakatverantwortliche bestimmt, die die Aufgaben bisher zügig gelöst haben. Diese erhalten zwei blaue beziehungsweise zwei rote ausgeschnittene kongruente F-Buchstaben (diese stellt man am besten her, indem man ein farbiges DIN A4-Blatt auf DIN A5 faltet und daraus den Buchstaben ausschneidet) und kleben diese auf die durch aufgeklebte weiße Blätter hergestellten weißen Flächen des blauen beziehungsweise roten Plakates. Dabei sollen eine Punkt- und Achsenspiegelung wie auf dem elektronischen Beispiel-Arbeitsblatt entstehen. Mit blauem und rotem Stift werden von den Plakatverantwortlichen die Achse beziehungsweise das Zentrum der Spiegelung eingezeichnet. Außerdem werden benötigt: ein rotes und ein blaues Plakat (DIN A2) zwei weiße DIN-A4-Blätter je zwei "F", die aus roter beziehungsweise blauer Plakatpappe ausgeschnitten wurden zwei Klebestifte Materialien zur Befestigung der Poster an der Tafel (Magneten, Klebeband) Schülerhefte Die Lehrkraft zeigt nacheinander die zwölf Applets zu Aufgabe 2 ("Was ist das?") des elektronischen Arbeitsblattes (Beamer). Die Schülerinnen und Schüler äußern dazu Ihre Vermutungen (Achsen- oder Punktspiegelung?). Eine Schülerin oder ein Schüler notiert diese an der Tafel. Die Vermutungen werden gemeinsam diskutiert und die Lernenden werden aufgefordert, ihre Behauptungen zu begründen. Bei guten Begründungen werden sie ermuntert, diese auf den (vermutlich noch nicht ausgefüllten) roten und blauen Ergebniszetteln zu notieren ("begruendung_punktspiegelung_rot.rtf" und "begruendung_achsenspiegelung_blau.rtf"). Wahrscheinlich werden die Schülerinnen und Schüler selbst noch einmal auf den eigenen Rechnern die Applets aufrufen, um die Diskussion selbsttätig nachvollziehen zu können. Falls sie dies nicht tun, schadet es nicht, sie dazu aufzufordern. Nun werden noch die roten und blauen Zettel eingesammelt und schnell auf die Plakate geklebt. Die Plakate werden von der Tafel abgenommen und an die Wand gehängt. Im Plenum wird geklärt, was der Zusammenhang zwischen Spiegelung und Symmetrie ist: Wann nennt man eine Figur achsensymmetrisch? Wann punksymmetrisch? Die auf rotes und blaues Papier kopierten Buchstaben und Ziffern (jeweils 36, siehe "buchstaben_ziffern.rtf") werden verteilt. Die Schüler und Schülerinnen sollen in Partnerarbeit klären, welche Buchstaben punkt- und welche achsensymmetrisch sind. Auf ein rotes Plakat werden alle punktsymmetrischen Buchstaben (rotes Papier) und auf ein blaues Plakat alle achsensymmetrischen Buchstaben geklebt. Die roten Buchstaben, die nicht punktsymmetrisch sind, und die blauen, die nicht achsensymmetrisch sind, werden weggeworfen. Die Klasse liest noch einmal die Buchstaben auf den Plakaten vor. ein rotes und ein blaues Plakat (DIN A2) eine Schere pro Arbeitsgruppe zwei Klebestifte Einleitung (5 Minuten) Die beiden Konstruktionsaufgaben zur Punktsymmetrie werden kurz vorgestellt. Die Bedienung des Applets wird kurz vorgeführt (ohne die Konstruktionsaufgabe zu lösen!) und technische Probleme werden geklärt ("aktive Inhalte zulassen"). Arbeitsphase (15 Minuten) Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten selbstständig die Konstruktionsaufgaben. Arbeitsauftag: "Versucht die Konstruktionsaufgaben zu lösen; ihr könnt euch mit dem Fragezeichen-Button Hilfen holen. Versucht dann, die Aufgabe noch einmal zu lösen - ohne Hilfen. Schreibt in euerem Heft genau auf, wie ihr vorgegangen seid. Begründet, wieso ihr so vorgeht!" Die Zeitvorgabe von 15 Minuten wird als Uhrzeit angeben! Besprechung der Lösung (10 Minuten) Eine Schülerin oder ein Schüler führt die Lösung am Beamer vor. Die eigenen Aufzeichnungen können dabei benutzt werden. Bei der Begründung der Lösung muss die Lehrkraft darauf achten, dass die aus der vorherigen Stunde bekannten Eigenschaften von Punktspiegelungen benutzt werden! Außerdem benötigen die Lernenden ihr Mathematikheft für ihre Notizen.

In dieser Unterrichtseinheit werden die traditionellen österlichen Rituale und Gebräuche im historisch-religiösen Kontext dargestellt. Aus ihnen lassen sich die heute üblichen Rituale ableiten und begründen. Die ursprünglich christliche "Gedenkfeier" an den Kreuzestod von Jesus Christus hat sich zu einem ideologiefreien Frühlingsfest gewandelt, dessen Rituale und Bräuche den Schülerinnen und Schülern in ihren christlichen Ursprüngen vermutlich nicht mehr präsent sind. Sie lernen daher im Rahmen dieser Unterrichtseinheit die heutzutage verwendeten und bekannten Symbole und Rituale in ihrer Bedeutung zu erkennen und auf den historischen Ursprung zurückzuführen. Das Thema "Osterbräuche" im Unterricht Was hat der Hase mit Ostern zu tun? Warum färben die Menschen zu Ostern die Eier bunt an? Manche Kinder kennen vielleicht weitere Bräuche aus dem Besuch des Oster-Gottesdienstes oder haben im Rahmen des Osterfestes mit ihren Familien bestimmte Rituale erlebt. Welche Bräuche es rund um das Osterfest gibt und welchen historisch-religiösen Ursprung sie haben, entdecken die Lernenden in dieser Einheit. Sie deuten die Symbole – wie das Kreuz oder die Ostereier –, die für diesen Ursprung stehen oder aus diesen abgeleitet werden. Didaktisch-methodische Analyse Die verwendeten Symbole und Rituale der Osterfeier sind den Schülerinnen und Schülern bekannt. Sie lernen die verwendeten Symbole und Rituale zu "entschlüsseln" und die implizierte christliche Botschaft dahinter zu entdecken und auf "heute" zu beziehen. Die Anschaulichkeit des Unterrichtsmaterials erleichtert die Entschlüsselung und Analyse der verwendeten Symbole und Rituale. Die Arbeitsaufgaben sind sachlich und kleinschrittig aufeinander bezogen und leiten jeweils über in den nächsten logisch folgenden Gedankengang, an dessen Ende die zu lernende Erkenntnis steht. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Symbole und Rituale zu deuten und den Bezug zum religiösen Ursprung des Osterfestes herzustellen. lernen die heute gebräuchlichen Rituale aus dem ursprünglichen historischen Kontext abzuleiten und zu deuten. übertragen die historische Bedeutung des Osterfestes auf heutige Gebräuche und Rituale. bearbeiten die Arbeitsaufgaben selbstständig. lesen unterschiedliche Textgattungen sinnerfassend und machen Angaben zum Text.

In dieser Unterrichtseinheit zum Märchen "Der Fischer und seine Frau" lernen die Schülerinnen und Schüler die Textgattung Märchen als Übermittler von Lebensweisheiten kennen und deuten. Neben der Erarbeitung der Textstruktur und der Dynamik dieses Märchens gehen die Lernenden auch produktiv vor: So erfinden sie ein eigenes Märchen-Ende und gestalten ein Erzähltheater.Das Märchen "Der Fischer und seine Frau" schildert die Erfahrung der Fischersfrau, dass Reichtum nicht glücklich macht. Es warnt vor Gier und Habsucht und vermittelt die Botschaft, dass maßlose Gier am Ende bestraft wird. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Textgattung Märchen somit als Übermittler von Lebensweisheiten und als erzieherisches Mittel kennen und deuten.Mithilfe des vorliegenden Unterrichtsmaterials wird die Textstruktur des Märchens erarbeitet: Der immer gleiche Ablauf der Handlung entwickelt eine Dynamik, die nicht explizit benannt wird. Die Zuspitzung der Situation wird angedeutet durch die sich verschärfenden Reaktionen des Butts auf die immer maßloser werdenden Wünsche der Fischersfrau. Die sprachliche Darstellung der sich aufbauenden Dynamik ist im Text farbig markiert. Die markierten Textstellen geben den Schülerinnen und Schülern eine Findungshilfe innerhalb des relativ langen Textes. Das Arbeitsblatt 3 und das Aufgabenblatt als Alternative sind so aufgebaut, dass die entsprechenden Textstellen direkt aufeinander bezogen sind und so die Reaktionen auf die Wünsche der Frau mit diesen in einem übersichtlichen Zusammenhang dargestellt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entwerfen eine szenische Gestaltung des Märchentextes. deuten den Märchentext und geben die Kernaussage(n) mit eigenen Worten wieder. denken sich in Anlehnung an die Textstruktur ein Ende des Märchens aus und schreiben es auf. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kooperieren miteinander und nehmen die Gedanken und Ideen ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler auf. arbeiten kooperativ am Projekt "Erzähltheater" zusammen. bereichern das Projekt durch Zusammentragen und Umsetzen kreativer Gestaltungsideen.