In dieser Unterrichtseinheit entscheiden die Schülerinnen und Schüler, ob sie die Idee des Fracking unterstützen oder nicht. Sie greifen auf ihr Wissen über die Eigenschaften von Steinen zurück, um zu entscheiden, ob die durch das Fracking entstehenden Substanzen in das Wasser gelangen können und um zu lernen, wie man seine Meinung rechtfertigt.Die Gewinnung von Gas aus Schiefergestein – Hydraulic Fracturing, oder Fracking – ist in den USA weit verbreitet. Während einige Länder in Europa Fracking wegen Bedenken, dass die in diesem Prozess verwendeten Substanzen das Wasser verschmutzen könnten, verboten haben, möchten andere weiterhin auf die Schiefergasreserven zurückgreifen, um neue – und günstige – Gasquellen zu haben. Erweitertes Material "Fracking oder nicht?" ist die Bündelung zweier Unterrichtseinheiten. Die erweiterten Materialien sind ausführlicher als die üblichen ENGAGE-Materialien, denn zusätzlich zur Anwendung wissenschaftlicher Inhalte lehren sie explizit Anwendungsverfahren. Jede Einheit hat eine eigene Zielsetzung: Einheit 1 : Die Wissenschaft hinter der Thematik verstehen und die Schülerinnen und Schüler dazu bringen, ihr Wissen anzuwenden. Es ist anzunehmen, dass dies bereits in einer früheren Einheit eingeführt wurde. Einheit 2 : Die Argumente prüfen, indem man lernt, eine Methode zu gebrauchen, so wie das Beurteilen von Risiken, das Untersuchen von Konsequenzen oder – wie in diesem Fall – das Rechtfertigen von Meinungen. Verbindung zum Lehrplan Wissenschaftlich arbeiten : Die Entwicklung von wissenschaftlichem Denken: die alltäglichen und technologischen Anwendungen von Wissenschaft erklären; die zugehörigen personellen, sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen bewerten; Entscheidungen basierend auf der Bewertung von Belegen und Argumenten treffen. Chemie : Die Wasserressourcen der Erde und die Erhaltung von Trinkwasser: Beschreiben Sie die Methoden, um Trinkwasserreserven durch Trennungstechniken zu erhöhen, zum Beispiel durch die Behandlung von Abfällen, Boden und Salzwasser. ENGAGE-Materialien Die PowerPoint-Präsentation enthält sowohl die Präsentation für Lehrkräfte als auch die Schüler-Informationsblätter. ENGAGE Materialien werden durch das von der Europäischen Kommission durchgeführte Projekt ENGAGE als Open Educational Resources herausgegeben; außerdem werden ihre Inhalte durch CC-Lizenzverträge geregelt. Sie stehen frei zur Verfügung und dürfen in geänderter Form weiterveröffentlicht werden. Besuchen Sie die ENGAGE Website auf www.engagingscience.eu; dort finden Sie weitere Aufgaben zum Thema der wissenschaftlichen Praxis. Ablauf Ablauf der Unterrichtseinheit "Fracking oder nicht?" Der Ablauf der Unterrichtssequenz "Fracking oder nicht?" ist auf dieser Seite übersichtlich für Sie zusammengestellt. In dieser Einheit lernen die Schülerinnen und Schüler eine Stellungnahme zu geben und Beweise aufzuzeigen, die ihre Meinung unterstützen und ihre Argumentation erklären. zu erklären, warum ein Stein eine bestimmte Eigenschaft hat, je nachdem, wie er gebildet wurde. Über das Projekt Das Projekt ENGAGE ist Teil der EU Agenda "Wissenschaft in der Gesellschaft zur Förderung verantwortungsbewusster Forschung und Innovation" (Responsible Research and Innovation, RRI). ENGAGE-Materialien werden durch das von der Europäischen Kommission durchgeführte Projekt ENGAGE als Open Educational Resources herausgegeben. Engagieren Zeigen Sie (2) und (3), um mögliche Risiken des Frackings aufzuzeigen, und (4), um einige Vorteile des Prozesses darzustellen. Betonen Sie, dass die Aussagen auf den Folien Meinungen sind. Dann zeigen Sie (5), um zu erklären, wie natürliches Gas durch Fracking von Schiefergestein extrahiert wird. Folie (6) zeigt das Hauptproblem. Fragen Sie die Schülerinnen und Schüler nach ihren unmittelbaren Gedanken zu dem Problem und erfragen Sie per Handzeichen, wer für und wer gegen ein Fracking-Verbot ist. An diesem Punkt können Sie ein Video über Fracking zeigen (siehe Weblinks). Fragen Sie die Schülerinnen und Schüler, welche Meinungen in dem Video zum Ausdruck gebracht werden, und bitten Sie sie herauszuarbeiten, welchen Standpunkt die Organisation einnimmt, die das Video produziert hat. Folie (7) zeigt, wie die Schülerinnen und Schüler die wissenschaftlichen Belege aus Einheit 1 nutzen, um sie in Einheit 2 für die Festigung des eigenen Standpunkts zu verwenden. Die Ziele folgen auf Folie (8). Überprüfen Sagen Sie den Schülerinnen und Schülern, dass sie das kürzlich Gelernte nun wiederholen werden, um mit (9) die folgende Frage zu beantworten: " Können die Substanzen der Fracking-Flüssigkeit ins Wasser gelangen?" In Zweiergruppen bearbeiten die Schülerinnen und Schüler anschließend praktische sowie Diskussionsaufgaben in SS1 bis 3. Nachdem sie diese Aufgaben beendet haben, beantworten die Schülerinnen und Schüler in Einzelarbeit die Fragen A, B und C auf SS5, um ihre bisherigen Erkenntnisse zusammenzufassen. Eine mögliche Antwort auf Frage C ist, dass die Substanzen der Fracking-Flüssigkeit unter bestimmten Umständen in das Wasser gelangen können. Aber ob das passiert oder nicht, hängt von den Gesteinen im Bohrgebiet, Höhe und Ort der Wasservorräte und Bohrlöcher sowie von anderen Faktoren, die mit dem Bohrprozess verbunden sind, ab. Überlegen Bereiten Sie die letzte Aufgabe vor (10), in welcher die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen die Fakten über die Fracking-Flüssigkeit (SS4) dazu nutzen, um zu überlegen, ob die Substanzen aus der Fracking-Flüssigkeit Menschen schaden können. Die Schülerinnen und Schüler schreiben ihre Entscheidung einzeln als Antwort auf Frage D auf SS5 auf. Eine mögliche Antwort ist, dass manche Substanzen in der Fracking-Flüssigkeit Menschen schaden können, was jedoch von der Konzentration dieser Substanzen im Wasser abhängt. An diesem Punkt könnten Sie die Schülerinnen und Schüler bitten, ihre Antworten in kleinen Gruppen zu besprechen, um herauszustellen, dass es auf diese Frage keine klare Antwort gibt. Engagieren Wiederholen Sie das Dilemma (2). Erinnern Sie die Schülerinnen und Schüler an die Argumente aus Einheit 1 und deuten Sie an, dass die Fracking-Flüssigkeit unter bestimmten Umständen möglicherweise ins Wasser gelangen und dem Menschen schaden kann. An diesem Punkt könnten Sie ein weiteres Video über Fracking zeigen, idealerweise eines, das andere Standpunkte zeigt als das, welches Sie in Einheit 1 gezeigt haben (siehe Weblinks). Decken Sie anschließend Folie (3) auf, um klarzustellen, dass verschiedene Menschen verschiedene Meinungen über Fracking haben. Mit Folie (4) zeigen Sie, dass die Rechtfertigung der eigenen Meinung eine wichtige Rolle einnimmt. Enthüllen Sie die Ziele dieser Einheit (5) und zeigen Sie auf, dass mit diesen Argumenten und den neuen Fertigkeiten die eigene Meinung über das Fracking bekundet werden soll. Spielen Nun spielen die Schülerinnen und Schüler in Dreiergruppen ein Spiel, um zu lernen, wie man eine Meinung rechtfertigt (6). In ihren Gruppen bereiten die Schülerinnen und Schüler das Spiel vor, indem sie Meinungskarten an einige Spielerinnen und Spieler austeilen (SS1b) und die Beweiskarten mit Bild nach unten auf einen Stapel legen (SS2a – c). Dann folgen sie den Anweisungen auf SS1a, um das Spiel durchzuführen. Es gibt in diesem Spiel keine richtigen Antworten. Ziel ist es, den Schülerinnen und Schülern beizubringen, wie man Beweise nutzt, um Meinungen zu rechtfertigen. Mit Folie (7) zeigen Sie die durch das Spiel neu erlernten Fähigkeiten. Entscheiden Bereiten Sie die nächste Aufgabe vor (8). Bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, in Einzel- oder Partnerarbeit die Beweiskarten über Fracking (SS4) zu lesen und zu entscheiden, ob es ein Fracking-Verbot geben sollte oder nicht. Die Schülerinnen und Schüler planen anschließend ein einminütiges Gespräch, um ihre Meinung zu rechtfertigen. Dabei folgen sie der Anleitung auf Folie (8). Als nächstes halten die Schülerinnen und Schüler ihren Vortrag gegenüber einem anderen Lernenden oder einer Zweiergruppe. Durch ein Feedback erfahren die Vortragenden, ob sie die gewünschte Struktur befolgt haben. Dabei gibt es folgende Qualitätsmerkmale: eine Meinung festlegen Beweise aufzeigen erklären, wie ein Beleg die jeweilige Meinung unterstützt Beenden Sie die Einheit, indem Sie per Handzeichen erfragen, wer für und wer gegen ein Fracking-Verbot ist. Wessen Meinung hat sich seit Beginn von Einheit 1 verändert? Wer verteidigt seine Meinung nun noch stärker? Bitten Sie die Schülerinnen und Schüler zu überlegen, auf welche Weise die Notwendigkeit, ihre Meinung zu rechtfertigen, zu diesen Veränderungen beigetragen hat.

Eine Milliarde Kilometer von der Sonne entfernt umkreist ein winziger Mond namens Enceladus den Saturn. Enceladus ist eines der hellsten Objekte im Sonnensystem. Vermutungen zufolge sollen sich auf ihm Ozeane mit heißem, flüssigem Wasser befinden. Könnte Enceladus demnach Heimat für außerirdisches Leben sein?Durch Hinweise der Weltraumsonde Cassini vermutet man Ozeane heißen Wassers auf Saturns Eismond Enceladus. Könnte sich in diesen Ozeanen außerirdisches Leben befinden? In dieser Unterrichtseinheit wenden die Lernenden ihr Wissen über das Verhalten von Wasser in flüssigem und gefrorenem Zustand an, um die Beweise für oder gegen die Existenz flüssigen Wassers auf Enceladus abzuwägen. Anschließend entscheiden sie, ob es sinnvoll ist, eine zweite Raumsonde ins Weltall zu schicken, die nach außerirdischem Leben auf diesem Eismond sucht. Bezug zum Lehrplan Wissenschaftliches Arbeiten Experimentelle Fähigkeiten und Recherchen: Interpretation von Beobachtungen und weiteren Daten und Darstellung begründeter Erklärungen Physik Materie: Die Unterschiede der Partikelanordnungen erklären Zustandsänderungen, Form und Dichte sowie die Dichteanomalie von Eiswasser. Chemie Partikel: Beschreibung der wichtigsten Merkmale des Partikelmodells in Bezug auf Zustände der Materie. Ablauf Ablauf der Unterrichtseinheit "Enceladus" Der Ablauf der Unterrichtssequenz "Gibt es Leben auf Enceladus?" ist auf dieser Seite übersichtlich für Sie zusammengestellt. Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie durch Partikelanordnungen die Eigenschaften flüssigen Wassers und Eis erklärt werden können. bewerten die Bedeutung eines Beweises für eine Schlussfolgerung. Über das Projekt Das Projekt ENGAGE ist Teil der EU Agenda "Wissenschaft in der Gesellschaft zur Förderung verantwortungsbewusster Forschung und Innovation" (Responsible Research and Innovation, RRI). ENGAGE Materialien werden durch das von der Europäischen Kommission durchgeführte Projekt ENGAGE als Open Educational Resources herausgegeben. Erste Aufgabe Zeigen Sie Folie 2 der PowerPoint-Präsentation (PPT), um Enceladus vorzustellen, ein Mond des Saturns. Die Schülerinnen und Schüler sollen paarweise Vermutungen anstellen, warum der Mond so hell ist. Bitten Sie um Feedback. Zeigen Sie Folie 3 der PPT und erklären Sie, dass die eisige Oberfläche von Enceladus 99 Prozent des Sonnenlichts reflektiert, das auf ihm ankommt. Aus diesem Grund erscheint er so hell. Eruieren Sie den Schmelzpunkt des Wassers auf der Erde (0 ºC) und bitten Sie die Schülerinnen und Schüler um Vorschläge, wo sich das flüssige Wasser auf Enceladus befinden könnte. Überprüfen Sie, ob die Lernenden den Unterschied der Partikelanordnung in einer typischen Substanz in ihrem festen und flüssigen Zustand kennen. Zeigen Sie Folie 4 der PPT, um eine Theorie über die Ursprünge des Lebens auf der Erde zu präsentieren. Könnten auf Enceladus ähnliche Quellen unterhalb der Wasseroberfläche vorkommen? Könnte sich auf diesem Mond außerirdisches Leben befinden? Wenn Sie möchten, können Sie einen Videoclip über Enceladus und sein Potential für die Entwicklung von Leben zeigen. Stellen Sie anschließend die Lernziele auf Folie 5 der PPT vor. Beweise zuordnen Zeigen Sie Folie 6 der PPT und erzählen Sie den Schülerinnen und Schülern von Cassini, einer Roboter-Weltraumsonde, die seit 2004 täglich einen Datenstrom aus dem System des Saturns schickt. Die Folie stellt zwei Schlussfolgerungen dar, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus diesen Daten gewonnen haben. Zeigen Sie Folie 7 der PPT und definieren Sie die Aufgabe. Die Schülergruppen analysieren die im Klassenzimmer aufgehängten Beweiskarten (SI1a-h) und entscheiden, welcher Beweis für oder gegen die Schlussfolgerung, es gäbe heißes Wasser auf Enceladus, spricht. Sie sollen den Titel jeder Beweiskarte in eines der Kästchen auf Folie SI2 schreiben. Die vorgeschlagenen Antworten lauten: Beweis für die Schlussfolgerung - A, B, C, E, F, H Beweis gegen die Schlussfolgerung - D, G Bearbeitung der Aufgaben Die Schülergruppen lösen nun Aufgabe 3 auf Folie 7 der PPT. Es existiert nicht die eine richtige Antwort - es liegt an den Lernenden, die Beweise für sich selbst abzuwägen. Einzelne Schülerinnen und Schüler können Aufgabe 4 auf Folie 7 der PPT lösen, um eine Bewertung für individuelles Lernen zu erhalten. Zeigen Sie Folie 8 der PPT. Die Schülergruppen oder die gesamte Klasse sollen darüber diskutieren, ob es sich lohnt, eine weitere Weltraumsonde auf Enceladus landen zu lassen, um nach außerirdischem Leben zu suchen. Während der Diskussion werden weitere Fragen auftauchen, wie zum Beispiel: Welchen Nutzen hätte es für verschiedene Personengruppen, wenn sich auf Enceladus Lebewesen befinden? Wie viel kostet es, eine Raumsonde zu diesem Mond zu schicken? Wann könnten Wissenschaftler mithilfe der Daten der Raumsonde diese Frage beantworten?

Ziel ist es, den Lernenden einen erweiterten Horizont der Struktur-Funktions-Beziehung von photosynthetisch aktiven Strukturen in phototrophen Mikro- und Makroalgen und deren Wechselwirkungen mit dem artspezifischen Lebensraum zu erläutern. Neben den grünen Chlorophyllen und gelb-orangenen Carotinoiden in Pflanzen haben Cyanobakterien und Rotalgen zusätzliche Lichtantennenkomplexe entwickelt, die sogenannten Phycobilisome, die aus verschiedenen Phycobiliproteinen (blau: C-Phycocyanine und Allophycocyanin und rot: Phycoerythrine) bestehen. Zu diesem Zweck wurden einfach durchzuführende Experimente mit einer Unterrichtsreihe entwickelt, die den Lernenden der Sekundarstufe II die bunte Welt der Photopigmente und Phycobiliproteinen näherbringen sollen.Schon bereits etablierte Versuche zur Fest-Flüssig-Extraktion von Photopigmenten aus Zellen höherer Pflanzen öffnen den Schülerinnen und Schülern deren bunte Vielfalt und rücken das Blatt als Organ der Photosynthese in den Fokus. Analog zu diesen Methoden können Photopigmente und Phycobiliproteine aus den phototrophen Mikro- und Makroalgen gewonnen werden und ein neues Feld an Lehr-Lern-Kontexten und Relevanzen öffnen. Die dafür geeigneten und verwendeten Mikro- und Makroalgen Chlorella vulgaris (Mikroalge), Arthrospira platensis (Mikroalge) und Palmaria palmata (Makroalge) sind in schon pulverisierter Form leicht und kostengünstigen käuflich zu erwerben. Die in dem Versuchsprotokoll gewählte Methode folgt den standardisierten Versuchsschritten einer Fest-Flüssig-Extraktion. Das methodische Vorgehen kann für die Schülerinnen und Schülern anhand des Vorgehens bei dem Zubereiten von Kaffee leicht und alltagsnah erklärt werden. Für die Fest-Flüssig-Extraktion werden fünf Versuchsansätze mit den jeweiligen Extraktionsmittel (Wasser oder acetonhaltiger Nagellackentferner) gewählt, wobei alle verwendeten Materialien kostengünstig in Drogerien oder Lebensmittelgeschäften erhältlich sind und die erforderlichen Sicherheitsstandards in Schulen erfüllen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die beschriebenen Experimente auf verschiedene Bildungsniveaus zuzuschneiden. Zusammen mit dem dazu entwickelten Unterrichtskontext veranschaulichen die Experimente grundlegende chemische Konzepte in einem biologischen Kontext und führen wissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen ein. Die Experimente liefern weitere Lernkontexte, die neben der Einführung in die Methoden zur Fest-Flüssig-Extraktion auch Bezüge zur Löslichkeit von lipophilen und hydrophilen Pigmenten aus phototrophen Organismen schließen können und Lehr-Lern-Kontexte zu molekularer Polarität, zwischenmolekulare Kräfte und Löslichkeitskonzepte ermöglichen.Photopigmente nehmen eine wesentliche Rolle in der Photosynthese ein und halten demnach eine Funktionsvielfalt inne, die nahezu jeden Aspekt unseres Lebens beeinflusst. Sie können daher für Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler von chemischen und biologischen Struktur-Funktions-Zusammenhängen in der realen Welt von entscheidender Bedeutung sein und tragen demnach eine einflussreiche Rolle im Wissensaufbau zu Charakteristika der Naturwissenschaften. Im Zuge des immer weiterwachsenden Trends zur pflanzenbasierten Ernährung erhalten Mikro- und Makroalgen Einzug in die Lebensmittelregale. In der Küche findet man sie nicht nur als Gewürz, sondern spielen auch ihre Pigmente als natürliche Farbstoffe in der Lebensmittel- und Textilindustrie eine wesentliche Bedeutung. Die alltagsnahe Relevanz eröffnet zahlreiche Potentiale diese Zusammenhänge im Chemieunterricht zu verdeutlichen und den Lernhorizont der Schülerinnen und Schüler zu erweitern. Vorkenntnisse von Lehrenden und Lernenden Spezifische Vorkenntnisse sind zur Durchführung der Unterrichtreihe vorteilhaft. Thematisch kann die Reihe in den biologischen Kontext der Photosynthese eingeordnet werden. Dabei sollten Begriffe wie beispielsweise Lichtsammelkomplexe, Photopigmente und deren Funktion im Lichtsammelkomplex höherer Pflanzen vorausgesetzt sein und das Bewusstsein der Vielfalt an phototrophen Organismen bestehen. Darüber hinaus sollten physikalische Zusammenhänge zur Optik und Begriffe wie Absorption, Absorptionsspektren, Wellenlänge verstanden sein. Im chemischen Kontext ist grundlegendes Wissen und Verständnis zu molekularen Polaritäten, zwischenmolekularen Kräften, Löslichkeitskonzepten und Chromatographie vorauszusetzen. Die Experimente zur Extraktion von Photopigmenten und Phycobiliproteinen aus Mikro- und Makroalgen folgen einem forschungsorientierten methodischen Vorgehen und stehen im Zuge der Entwicklung der Experimentierkompetenz der Schülerinnen und Schüler im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung. Die Möglichkeit besteht die beschriebenen Experimente auf verschiedene Bildungsniveaus zuzuschneiden, vielfältig auszuweiten und detaillierte Fokussierung von mehreren Themenkomplexen fachspezifisch herauszustellen. Aufgebaut ist die Unterrichtsreihe auf der Analyse der Pigmentzusammensetzung der Mikro- und Makroalgen in Abhängigkeit des verfügbarem Lichtspektrums beziehungsweise der verfügbaren Lichtqualität und Temperaturen und zielt auf die besondere Fähigkeit der Cyanobakterien zur chromatischen Adaption, um so die Photosyntheseffizienz zu steigern. Die artspezifische Pigmentzusammensetzungen werden durch die Experimente qualitativ sowie quantitativ für die Schülerinnen und Schüler sichtbar und photometrisch messbar. Voraussetzung ist die Verfügbarkeit von photometrischen Messgeräten in der Schule beziehungsweise auf das portable, modulare und kostengünstige Low-Cost-Photometer von desklab zurückgegriffen werden. Der Austausch mit Peers steht aufgrund der Gruppenarbeit oder Paararbeit, je nach Kursgröße, im Vordergrund. Bei dem Experimentieren unterstützen sich so die Schülerinnen und Schüler gegenseitig und leiten selbstständig den Experimentierprozess. Besonderheit aller Experimente ist, dass alle verwendeten Geräte, Gebrauchs- und Verbrauchsmaterialien kostengünstig in Drogerien oder Lebensmittelgeschäften erhältlich oder sogar schon im Haushalt zu finden sind. (Hinweis: Eine zusätzliche Unterstützungsmöglichkeit bei der Durchführung des Unterrichtskonzepts ist die besondere methodische Herangehensweise in Experimentierkisten, welche nicht nur als Transportmedium für alle Materialien und Geräte dient, sondern auch den Wissenstransfer zwischen Universität und Schule symbolisiert und den Transport von Wissensgut ermöglicht. Für Lehrkräfte aus Rheinland-Pfalz besteht die Möglichkeit diese Experimentierkiste auszuleihen.) Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden sollten dazu in der Lage sein, die Unterrichtsreihe gezielt durch digitale Medien zu untermauern. Beispielsweise ist es möglich, ein digitales Laborbuch zu den Versuchsreihen anzulegen und die Datenanalyse mit einer Softwarelösung vorzunehmen. Das digitale Laborbuch kann zur Dokumentation aber auch als Interaktionstool genutzt werden und im Rahmen eines kollaborativen Doc's-Tool umgesetzt werden. Die Lehrkraft soll so in der Lage sein, die Lernende zu befähigen, digitale Medien im Rahmen der Gruppenarbeiten zu nutzen, um die Kommunikation und Kooperation innerhalb der Lerngruppe zu verbessern. Die Lernenden können in der Form des digitalen Laborbuches experimentelle Erkenntnisse und Fortschritte dokumentieren, diese kommunizieren und gemeinsam Auswertungen und Diskussionspunkte erarbeiten. Sicherzustellen sind Internetzugang und die Verfügbarkeit von Endgeräten für die Schülerinnen und Schüler. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen eigenständig Experimente zur Extraktion von Photopigmenten und Phycobiliproteinen aus Mikro- und Makroalgen durch und verwenden die Photometrie als analytische Methode zur Quantifizierung der Pigmentzusammensetzungen der unterschiedlichen Mikro- und Makroalgen. beschreiben die chemischen Eigenschaften und Funktionen der grünen Chlorophyllen, gelb-orangenen Carotinoiden und die sogenannten Phycobilisome, die aus verschiedenen Phycobiliproteinen (blau: C-Phycocyanine und Allophycocyanin und rot: Phycoerythrine) bestehen, im Lichtantennenkomplex von Mikro- und Makroalgen. erläutern Struktur-Funktions-Beziehung von photosynthetisch aktiven Strukturen in phototrophen Mikro- und Makroalgen und deren Wechselwirkungen mit dem artspezifischen Lebensraum. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden im Experimentierprozess zur Erkenntnisgewinnung den systematischen Umgang mit Variablen an, um den Einfluss der abhängigen Variable zu untersuchen. setzen die angewandten Methoden und experimentellen Vorgehensweisen in den einzelnen Versuchsschritten in Zusammenhang mit der dadurch implizierten Wirkung und definieren beispielsweise das Mörsern als eine Methode zum mechanischem Zellaufschluss. nutzen naturwissenschaftliche Arbeitsweisen (zum Beispiel Experimentieren, Beobachten, Messen, ...). Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stehen in der Gruppenarbeit im Austausch mit der Peer-Gruppe, wodurch ein Peer-Coaching explizit erfordert wird. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler analysieren die aus den Experimenten gewonnen Daten, interpretieren und bewerten sie, um Rückschlüsse auf die industrielle Verwendung der Mikro-/Makroalgen zu ziehen. kommunizieren Mikro-/Makroalgen als eine biotechnologische Lösung im Hinblick auf den Klimawandel. Literaturhinweise Zum Nachlesen: Zu der Versuchsreihe erscheint ein Artikel in der Zeitschrift "Journal of Chemical Education": L., Geuer; N., Erdmann; M., Lorenz; H., Albrecht; T., Schanne; M., Cwienczek; D., Geib; D., Strieth; R., Ulber; Colourful diversity - Modified methods for extraction and quantification of photopigments and phycobiliproteins isolated from phototrophic micro- and macroalgae" in der Zeitschrift "Journal of Chemical Education; Journal of Chemical Education; (2022) angenommen.

Die Unterrichtseinheit "Ernährung im Alter" beschäftigt sich mit den Themenschwerpunkten Demenz, Dysphagie und Mangelernährung. Eine ausgewogene und vielfältige Ernährung hat einen lebenslangen Einfluss auf die Gesundheit und das individuelle Wohlbefinden. Eine bedürfnisorientierte Ernährung und Flüssigkeitsversorgung trägt vor allem bei Senioren maßgeblich zum Erhalt der Lebensqualität bei. Diese Unterrichtseinheit führt die Schülerinnen und Schüler anhand einer PowerPoint-Präsentation, zweier Rechercheaufträge sowie interaktiven Übungen durch das Thema. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Besonderheiten der Ernährung bei Menschen mit Demenz und Dysphagie kennen, außerdem beschäftigen sie sich mit den Grundlagen der Mangelernährung, Dehydration und Appetitlosigkeit. Zur Vertiefung der Kenntnisse werden darüber hinaus drei interaktive Übungen in den Unterricht integriert. Neben dem objektiven Bedarf an Nährstoffen und Flüssigkeit besteht lebenslang ein subjektives Bedürfnis nach Nahrung beziehungsweise dem Selbstbestimmungsrecht über den Zeitpunkt der Nahrungszufuhr sowie Ort und Art. Dieses Bedürfnis ist unabhängig vom Lebensalter, unterliegt jedoch Veränderungen – beispielsweise aufgrund von Erkrankungen. Ziel in der Pflege ist es, dieser Herausforderung zu begegnen und in jedem Alter eine adäquate und bedarfsangepasste Nährstoff- und Flüssigkeitszufuhr sicherzustellen. Eine Fehl- beziehungsweise Mangelernährung ist frühzeitig zu erkennen – ihr muss entsprechend begegnet werden. Zu den interaktiven Übungen gelangen Sie hier . Jeden Tag beschäftigen wir uns zwangsläufig mit Ernährung. Ein bedeutsames Bildungsziel ist es, dass sich die Lernenden zunächst mit ihrem eigenen Ernährungsverhalten beschäftigen beziehungsweise dieses reflektieren. Die Thematik "Ernährung" wird im Laufe der drei Ausbildungsdrittel immer wieder aufgegriffen. Dabei werden die unterschiedlichen Altersgruppen beleuchtet, da jede Lebensphase verschiedene Herausforderungen mit sich bringt. Die Ernährung stellt einen wichtigen Grundstein für ein langes und gesundes Leben dar. Physiologische oder pathologische Veränderungen können dazu führen, dass ein veränderter Nährstoffbedarf entsteht. Daher werden sowohl die Besonderheiten bei der Ernährung von Menschen mit Demenz als auch der Umgang mit Dysphagien gesondert in einem Rechercheauftrag bearbeitet. Die Unterrichtseinheit ist der CE 02 B "Menschen in der Selbstversorgung unterstützen" zuzuordnen. Es bietet sich an, im Anschluss an die Lerneinheit ein Fallbeispiel mit den Schülerinnen und Schülern zu erarbeiten. Für die Beratungsgespräche im Anschluss der Präsentation sollte ein Zeitpuffer eingeplant werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen Faktoren, die im Alter das Ernährungsverhalten beziehungsweise den Ernährungszustand beeinflussen. können die Folgen von Mangelernährung benennen. wissen, welche Maßnahmen sie zur Appetitanregung ergreifen können. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren im Internet nach geeigneten wissenschaftlichen Quellen. setzen sich selbstständig mit den interaktiven Übungen auseinander. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten im Rahmen der Gruppenarbeit effektiv und konzentriert zusammen. diskutieren ihre recherchierten Ergebnisse. diskutieren und bearbeiten Aufgaben in Paararbeit und stärken hierdurch ihre Kooperationsbereitschaft und Teamfähigkeit.

In dieser Materialsammlung finden Sie Unterrichtsmaterialien rund um die Erneuerbaren Energien – Wasserkraft, Windenergie und Sonnenenergie. Erneuerbare Energien aus nachhaltigen Quellen wie Wasserkraft, Windenergie, Sonnenenergie, Biomasse und Erdwärme sind zum Schlagwort schlechthin der internationalen Klimabewegung geworden. Im Gegensatz zu fossilen Energieträgern wie Erdöl, Erdgas, Stein- und Braunkohle sowie dem Uranerz verbrauchen sich diese Energiequellen nicht. Erneuerbare Energien sollen in Deutschland zukünftig den Hauptanteil der Energieversorgung übernehmen – bis zum Jahr 2050 soll ihr Anteil an der Stromversorgung mindestens 80 Prozent betragen. Im Jahr 2020 betrug ihr durchschnittlicher Anteil pro Jahr an der Nettoostromerzeugung über 50 Prozent. Die erneuerbaren Energien müssen daher kontinuierlich in das Stromversorgungssystem integriert werden, damit sie die konventionellen Energieträger mehr und mehr ersetzen können. Schon im alten Ägypten und im römischen Reich wurde die Wasserkraft als Antrieb für Arbeitsmaschinen wie Getreidemühlen genutzt. Im Mittelalter wurden Wassermühlen im europäischen Raum für Säge- und Papierwerke eingesetzt. Seit Ende des 19. Jahrhunderts wird aus Wasserkraft Strom erzeugt. Heute ist die Wasserkraft eine ausgereifte Technologie und weltweit neben der traditionellen Biomassenutzung die am meisten genutzte erneuerbare Energiequelle. Die Windenergie als Antriebsenergie hat bereits eine lange Tradition. Windmühlen wurden zum Mahlen von Getreide oder als Säge- und Ölmühle eingesetzt. Moderne Windenergieanlagen gewinnen heute Strom aus der Kraft des Windes. Sie nutzen den Auftrieb, den der Wind beim Vorbeiströmen an den Rotorblättern erzeugt – heute hat die Windenergie einen Anteil von über 25 Prozent an der deutschen Stromversorgung. Aus der Sonnenenergie kann sowohl Wärme als auch Strom gewonnen werden. Photovoltaikmodule auf dem Dach oder auf großen Freiflächen wandeln mithilfe von Halbleitern wie Silizium das Sonnenlicht in elektrische Energie um. Mit Solarkollektoren , in denen Flüssigkeit zirkuliert, wird Wärme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung sowie für Klimakälte gewonnen. Eine dritte Technologie macht es möglich, Strom, Prozesswärme und Kälte durch die Konzentration und Verstärkung der Sonnenstrahlen zu erzeugen. Dabei wird in solarthermischen Kraftwerken das Sonnenlicht mit Reflektoren gebündelt und auf eine Trägerflüssigkeit gelenkt, die dadurch verdampft. Mit dem Dampf können dann ein Generator oder eine Wärme- und Kältemaschine betrieben werden. Biomasse ist ein vielseitiger erneuerbarer Energieträger und wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Pflanzliche und tierische Abfälle kommen genauso zum Einsatz wie nachwachsende Rohstoffe , zum Beispiel Energiepflanzen oder Holz . Die größte Bedeutung kommt der Bioenergie in Deutschland aktuell beim Heizen zu – aber auch für die Stromerzeugung und als Biokraftstoff kommt Biomasse zum Einsatz. Unter Geothermie (Erdwärme) versteht man die Nutzung der Erdwärme zur Gewinnung von Strom, Wärme und Kälteenergie. Die Temperaturen im Erdinneren erwärmen die oberen Erdschichten und unterirdischen Wasserreservoirs. Mithilfe von Bohrungen wird diese Energie erschlossen. Bei einer Erdwärmenutzung in bis zu 400 Metern Tiefe ("oberflächennah") nutzt eine Wärmesonde in Kombination mit einer Wärmepumpe das unterschiedliche Temperaturniveau zwischen Boden und Umgebungsluft. In tieferen Schichten wird heißes Wasser und Wasserdampf zur Stromerzeugung und für Fernwärmenetze gewonnen.

Mit diesem Arbeitsmaterial werden die Grundlagen zur exponentiellen Ausbreitung von Krankheiten erarbeitet. Basis dafür ist die Durchführung eines Modellversuchs.In dieser Unterrichtsstunde geht es darum, wie schnell sich Infektionskrankheiten verbreiten können. Die Grundlage für diese Stunde ist das Wissen über die Verbreitungswege von Infektionskrankheiten und wie sich eine Infektion vermeiden lässt. Ausgehend von diesem Wissen wird ein Experiment durchgeführt, das den Lernenden modellhaft die exponentielle Ausbreitung von Krankheiten verdeutlicht. Dabei besitzen die Lernenden jeweils einen Becher mit destilliertem Wasser, wobei sich bei zwei Personen eine zehnprozentige Natriumcarbonat-Lösung im Becher befindet. Gegenseitig pipettieren sich die Lernenden Flüssigkeit in die Becher. Abschließend wird ein Indikator in alle Becher gegeben. Schon bei einer geringen Menge an Natriumcarbonat verfärbt sich die Flüssigkeit. Dieses Experiment wird im Anschluss auf seine Aussagekraft hin untersucht und beurteilt. Das Thema Ausbreitung von Krankheiten im Unterricht In jedem Jahr gibt es eine Grippe-Welle. Das Thema Infektionskrankheiten bietet also einen hohen Lebensweltbezug der Lernenden. Ausgehend vom Wissen über die Verbreitungswege von Infektionskrankheiten kann mit einem Modellversuch beispielhaft die Geschwindigkeit der Ausbreitung von Krankheiten und Infektionen verdeutlicht werden. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen bereits die Verbreitungswege von Infektionskrankheiten und wie sie sich davor schützen können (zum Beispiel durch Impfung). Didaktische Analyse Das Thema Gesundheit und damit verbunden auch die Immunbiologie ist nicht zuletzt durch die Jakarta Erklärung zur Gesundheitsförderung für das 21. Jahrhundert ein wesentlicher Bestandteil des Biologieunterrichts. Ein Verständnis für und das Verantwortungsbewusstsein gegenüber den Mitmenschen sollen gestärkt werden. Das schließt das Wissen über die Ausbreitung von Infektionskrankheiten sowie vorbeugende Maßnahmen zur Verhinderung der Ausbreitung mit ein. Methodische Analyse Durch einen stillen Bildimpuls werden die Lernenden angeregt, sich mit dem Schutz vor und der Ausbreitung von Infektionskrankheiten auseinanderzusetzen. Anhand des Simulationsexperiments erkennen die Lernenden, wie schnell sich Infektionskrankheiten ausbreiten können. Zusätzlich verstehen die Lernenden das Experiment als Modell und begreifen Modelle als Abbild der Realität. Dabei ist stets auf die Modellkritik zu achten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler fördern durch das Arbeiten mit Modellen die fachliche Kompetenz Erkenntnisgewinnung . erkennen anhand des Simulationsexperiments, wie schnell sich Krankheiten verbreiten können. erkennen Modelle als Abbild der Realität. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sind sich ihrer sozialen und gesellschaftlichen Verantwortung bei der Ausbreitung von Krankheiten bewusst. fördern durch die Auseinandersetzung mit dem Modell ihre Selbstwahrnehmung und soziale Wahrnehmungsfähigkeit als Teilkompetenzen der Personalen Kompetenz .

Schülerinnen und Schüler entwickeln für ein Fallkapselsystem eine Versuchsanordnung, mit der sie die Bewegung einer Stahlkugel und einer Luftblase in Glycerin mit und ohne Gravitation untersuchen können. Sie erstellen Videofilme und werten diese aus. Ein ins Wasser gefallener Stein sinkt nach unten, während eine dabei entstehende Luftblase nach oben steigt. Beide Bewegungen werden durch die Gravitationskraft verursacht. Die Auswirkungen, die ein plötzlicher Wegfall der Gravitationskraft auf die Sink- und Steigbewegung von Objekten in Flüssigkeiten hat, können Schülerinnen und Schüler mit einem Fallkapselsystem untersuchen. Als Beispiel wird die Bewegung einer Stahlkugel und einer Luftblase in Glycerin betrachtet. Mikrogravitations-Experimente können in der Schule mit einem System durchgeführt werden, dessen Aufbau in dem Beitrag Mikrogravitation - Experimente im freien Fall ausführlich beschrieben wird. Schülerinnen und Schüler verbinden mit dem Begriff Schwerelosigkeit häufig bewegungsloses Schweben im Raum. Dies lässt sich mit dem Fallkapselsystem schwer realisieren, weil frei bewegliche Objekte beim Startvorgang nahezu unvermeidlich einen Impuls erhalten und sich somit im Raum gleichförmig bewegen. Ein bewegungsloser Schwebezustand lässt sich jedoch leicht herstellen, wenn man den Körper in eine Flüssigkeit einbettet, denn dadurch wird der Anfangsimpuls des Objekts durch Reibung schnell abgebaut. Aufbau, Ergebnisse und Deutung des Versuchs Videobilder dokumentieren die Veränderungen des Verhaltens von Stahlkugel und Luftblase bei Eintritt der Mikrogravitation. Neben der Deutung der Effekte finden Sie hier weiterführende Fragen, die die Lernenden zu eigenständigem Experimentieren anregen. Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Experimentiermodul für eine Fallkapsel konstruieren können, mit dem sie die Sinkbewegung einer Stahlkugel und die Steigbewegung einer Luftblase in Glycerin beobachten können. die Bewegung von Luftblase und Stahlkugel vor und nach dem Start der Fallkapsel mit einer Digitalkamera filmen können und aus den Videofilmen mit einem Computerprogramm Videobilder extrahieren können. die Bewegung von Stahlkugel und Luftblase in Glycerin bei normaler Gravitation mit den Kräften der Gravitation, des Auftriebs und der Reibung erklären können. erklären können, warum Stahlkugel und Luftblase bei Mikrogravitation bis zum Stillstand abgebremst werden. Thema Bewegung einer Stahlkugel und einer Luftblase in Glycerin bei normaler Gravitation und bei Mikrogravitation Autor Dr. Volker Martini Fach Physik Zielgruppe Jahrgangsstufen 9-11 Zeitraum 2 Doppelstunden oder freie Zeiteinteilung außerhalb des Unterrichts Technische Voraussetzungen Mikrogravitation - Experimente im freien Fall mit Digitalkamera; Computerprogramm zum Extrahieren von Videobildern aus einem Videofilm (MAGIX Video deluxe 15 oder vergleichbare Software) Der Versuchsaufbau ist in Abb. 1 dargestellt: Stahlkugel (1), Drahtsperre (2), Glycerin (3), Luftblase (4), Luftkammer (5), Zuflussrohr (6). Das quaderförmige Gefäß aus durchsichtigem Plastik ist mit Glycerin gefüllt. Am Boden befindet sich eine Luftkammer mit zwei röhrenförmigen Öffnungen, von denen eine seitlich und die andere oben angebracht ist. Durch die seitliche Öffnung fließt Glycerin in die Kammer, welches die darin befindliche Luft durch die obere Öffnung drückt. Dort entstehen Luftblasen, die im Glycerin aufsteigen. Die Anzahl der pro Sekunde gebildeten Luftblasen hängt davon ab, wie schnell das Glycerin in die Kammer fließt. Dies lässt sich durch Röhrchen mit verschiedenen Querschnitten regulieren. In den oberen Teil des mit Glycerin gefüllten Gefäßes ragt eine Röhre, durch welche die Stahlkugel fallen kann. Die Röhre ist vor dem Start des Experiments durch einen lose angebrachten Sperrdraht verschlossen. In der Startposition des Fallkapselsystems lässt man Luftblasen im Glycerin aufsteigen und startet die Videokamera. Dann entfernt man den Sperrdraht und die Stahlkugel fällt in das Glycerin. Man wartet noch einen kurzen Moment, bis die Stahlkugel etwa die halbe Strecke im Glycerin zurückgelegt hat und lässt dann das Fallkapselsystem frei fallen. Sinkende Stahlkugel und aufsteigende Luftblase Abb. 2 zeigt Videobilder von Luftblase und Stahlkugel kurz vor und nach dem Start des Fallkapselsystems. Links ist ein Maßstab zu sehen. Auf dem ersten Bild, das 0,6 Sekunden vor dem Start aufgenommen wurde, befinden sich Luftblase und Stahlkugel seitlich gegeneinander versetzt ungefähr in der Bildmitte. Auf den drei folgenden Videobildern, die in einem zeitlichen Abstand von je 0,2 Sekunden aufgenommen wurden, ist zu erkennen, dass die Stahlkugel mit konstanter Geschwindigkeit sinkt. Auch die aufsteigende Luftblase bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Das vierte Bild wurde zum Zeitpunkt des Starts aufgenommen. Vergleicht man dieses Bild mit den beiden folgenden, so sieht man, dass Stahlkugel und Luftblase gleich zu Beginn der einsetzenden Mikrogravitation abrupt gestoppt werden und sich nicht mehr bewegen. Entstehende Luftblase Am unteren Rand der Videobilder sieht man die Austrittsöffnung der Luftkammer mit einer sich neu bildenden Luftblase. Anfangs vergrößert sich die Luftblase gleichmäßig von Bild zu Bild. Nach dem Start des Fallkapselsystems wächst sie schnell an und wird größer als die zuvor aufgestiegenen Luftblasen. Verhalten der Stahlkugel bei normaler Gravitation Nach dem Eintauchen der Stahlkugel in das Glycerin erfährt sie neben der Gravitationskraft eine Auftriebskraft, die ebenfalls auf die Gravitation zurückzuführen ist. Beide entgegengesetzt gerichteten Kräfte wirken in ihrer Summe nach unten. Hinzu kommt eine nach oben gerichtete Reibungskraft, die im Gegensatz zu den beiden erstgenannten Kräften geschwindigkeitsabhängig ist. Kurz nach dem Eintauchen der Stahlkugel in das Glycerin stellt sich ein Gleichgewicht der Kräfte ein, bei dem die im Experiment beobachtete gleichbleibende Geschwindigkeit erreicht wird. Verhalten der Luftblase in Glycerin bei normaler Gravitation Auch für die aufsteigende Luftblase besteht ein Gleichgewicht zwischen der nach oben wirkenden Auftriebskraft und der diesem Fall nach unten wirkenden Reibungskraft. Die auf die eingeschlossene Luft wirkende Gravitationskraft kann man vernachlässigen. Dies hat zur Folge, dass sich die Luftblase ebenfalls mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Stahlkugel und Luftblase in Glycerin bei Mikrogravitation Nach dem Start des Fallkapselsystems entfallen die Gravitationskraft und die durch sie bedingte Auftriebskraft. Die einzig verbleibende Reibungskraft bremst Stahlkugel und Luftblase schnell ab. Entstehende Luftblase bei Mikrogravitation Die Luftblase, die sich an der Austrittsöffnung der Luftkammer bildet, wächst zunächst gleichmäßig an, weil infolge des hydrostatischen Drucks Glycerin durch die seitliche Öffnung in die Kammer gepresst wird. Die unter erhöhtem Druck stehende Luft tritt durch die obere Öffnung aus, weil hier der hydrostatische Druck wegen der höheren Lage etwas geringer ist als in der seitlichen Öffnung. Nach dem Start des Fallkapselsystems verschwindet mit dem Wegfall der Gravitation auch der hydrostatische Druck im Glycerin. Die in der Luftkammer nach wie vor unter Druck stehende Luft bläht die Luftblase weiter gegen einen geringeren Widerstand auf, der jetzt im Wesentlichen von der Oberflächenspannung des Glycerins herrührt. Wegen der fehlenden Auftriebskraft bewegt sie sich nicht mehr nach oben. Die folgenden Fragen geben den Schülerinnen und Schülern Anregungen für vertiefende Untersuchungen. Von besonderer Bedeutung sind Fragen, die durch eigenständiges Experimentieren beantwortet werden können: Mit welcher Geschwindigkeit sinkt die Stahlkugel? Wie groß ist die Viskosität des verwendeten Glycerins, wenn man das Reibungsgesetz von Stokes zugrunde legt? Welche Temperatur hat das Glycerin? Gilt das Reibungsgesetz von Stokes auch für die Luftblase? Wie ändert sich das Verhalten von Stahlkugel und Luftblase, wenn man das Glycerin mit Wasser verdünnt? Die aufsteigenden Luftblasen verursachen in der Flüssigkeit eine Strömung. Wie lässt sich diese nachweisen? Beeinflusst die Strömung das Sinkverhalten der Stahlkugel? Wie ändert sich die Strömung in der Flüssigkeit beim Übergang zur Mikrogravitation? Verwendet man statt Glycerin Wasser, so sind die Luftblasen kurz nach dem Verlassen der Luftkammer nicht kugelförmig. Welche Formen treten auf und wie ändern sich diese Formen beim Übergang zur Mikrogravitation? Wenn die Luftblasen im Glycerin die Oberfläche erreichen, bilden sich halbkugelförmige Luftblasen, die auf der Oberfläche schwimmen. Was geschieht mit diesen Luftblasen beim Übergang zur Mikrogravitation? Neues entdecken So erfahren Schülerinnen und Schüler beispielhaft die unschätzbare Bedeutung von Experimenten, wenn es darum geht, komplexe Vorgänge besser verstehen zu können. Zudem ist die Chance groß, dass sie bei der Untersuchung der Fragen auch auf ganz neue Effekte stoßen.

Schülerinnen und Schüler entwickeln für ein Fallkapselsystem eine Versuchsanordnung, mit der sie die Bewegung eines auf Kapuzinerkresse lagernden Wassertropfens bei Eintritt von Mikrogravitation untersuchen können. Sie erstellen Videofilme und werten diese aus. Ein Wassertropfen, der auf einem Blatt Kapuzinerkresse lagert, löst sich beim Übergang zur Mikrogravitation von dem Blatt und steigt, in sich schwingend, langsam auf. Die Kapuzinerkresse zeigt einen Lotus-Effekt, der verhindert, dass der Wassertropfen am Blatt haften bleibt. Die Schülerinnen und Schüler können mit einem Fallkapselsystem die unterschiedlichen Phasen der Bewegung detailgenau untersuchen. Mikrogravitations-Experimente können in der Schule mit einem System durchgeführt werden, dessen Aufbau in dem Beitrag Mikrogravitation - Experimente im freien Fall ausführlich beschrieben wird. Besonders faszinierende Phänomene der Mikrogravitation bieten frei im Raum schwebende Flüssigkeiten. Mit dem Fallkapselsystem lässt sich dies besonders gut bei Quecksilber untersuchen, weil sich ein Quecksilbertropfen im Fallexperiment ohne Haftung vom Boden des Aufbewahrungsgefäßes löst und dann frei im Raum schwebt. Allerdings sollten Experimente mit Quecksilber in der Schule vermieden werden. Wesentlich einfacher und absolut ungefährlich sind vergleichbare Versuche mit Wassertropfen. Das Problem, dass bei einem Fallexperiment ein Wassertropfen im Gegensatz zu einem Quecksilbertropfen normalerweise am Untergrund haften bleibt, lässt sich sehr einfach umgehen. Dazu platziert man den Wassertropfen auf einem Blatt der Kapuzinerkresse. Diese Pflanze zeigt den so genannten Lotus-Effekt. Er verhindert, dass Wasser und auch andere Flüssigkeiten an der Blattoberfläche haften, und ist auf eine besondere Oberflächenstruktur zurückzuführen. Aufbau, Ergebnisse und Deutung des Versuchs Videobilder dokumentieren die Veränderungen des Wassertropfens bei Eintritt der Mikrogravitation. Neben der Deutung der Effekte finden Sie hier weiterführende Fragen, die die Lernenden zu eigenständigem Experimentieren anregen. Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Experimentiermodul für die Fallkapsel konstruieren können, mit dem sie die Bewegung eines auf einem Blatt Kapuzinerkresse lagernden Wassertropfens bei Mikrogravitation untersuchen können. die Bewegung des Wassertropfens nach dem Start der Fallkapsel mit einer Digitalkamera filmen können und aus den Videofilmen mit einem Computerprogramm Videobilder extrahieren können. die Verwendung von Kapuzinerkresse als Unterlage für den Tropfen begründen können. die Steigbewegung des Tropfens nach dem Start des Fallkapselsystems mit der Rückbildung seiner elastischen Verformung und der elastischen Verformung der Kapuzinerkresse erklären können. die Bewegung und Verformung des Wassertropfens beim Aufprall des Fallkapselsystems aus der Sicht eines Beobachters in der Fallkapsel beschreiben und erklären können. Thema Bewegung eines Wassertropfens bei Mikrogravitation Autor Dr. Volker Martini Fach Physik Zielgruppe Jahrgangsstufen 9-11 Zeitraum 2 Doppelstunden oder freie Zeiteinteilung außerhalb des Unterrichts Technische Voraussetzungen Mikrogravitation - Experimente im freien Fall mit Digitalkamera; Computerprogramm zum Extrahieren von Videobildern aus einem Videofilm (MAGIX Video deluxe 15 oder vergleichbare Software) Das von den Schülerinnen und Schülern entwickelte Experimentiermodul besteht aus einer einfachen Halterung für das Blatt der Kapuzinerkresse. Auf einem Holzstück wird ein Dichtungsring montiert, der als Unterlage für das Blatt dient. Der Dichtungsring steht etwas über, so dass eine Lücke zwischen Holz und Dichtungsring entsteht. Der Stiel des Blattes wird durch diese Lücke geführt und mit Klebestreifen am Holz fixiert. Dabei entsteht in der Mitte des Blattes eine Mulde, in der der Wassertropfen ausreichend stabil gelagert werden kann. Ausgangssituation Abb. 1 zeigt drei Phasen eines Experiments mit einem gefärbten Wassertropfen. Zunächst liegt der Tropfen im Zentrum des Blattes (a). Er wird durch die Oberflächenspannung zusammengehalten. Die Gravitationskraft drückt ihn gegen das Blatt und gibt ihm die Form eins Ellipsoides, das an der Auflagefläche abgeplattet ist. In der Nähe des Blattes wölbt sich die Oberfläche nach innen, was auf den Lotus-Effekt zurückzuführen ist. Das Blatt der Kapuzinerkresse wird durch das Gewicht des Wassertropfens leicht nach unten gedrückt und elastisch verformt. Start der Fallkapsel Mit dem Start des Kapselsystems wird die Gravitationskraft ausgeschaltet. Der Tropfen zieht sich zusammen und die elastische Verformung des Blattes bildet sich zurück. Beide Effekte führen dazu, dass der Tropfen angehoben wird und einen nach oben gerichteten Impuls erhält. Er löst sich vom Blatt (b) und steigt in der Kapsel mit konstanter Geschwindigkeit nach oben, wobei sich seine Form schwingend verändert. Aufprall der Kapsel Das Fallkapselsystem wird mit dem Aufprall am Boden abrupt gebremst. Aus der Sicht eines imaginären Beobachters in der Kapsel, repräsentiert durch die Digitalkamera, wird in diesem Moment der Wassertropfen sehr stark nach unten beschleunigt. Aus seiner Sicht kann im Vergleich zur kurz zuvor vorherrschenden Mikrogravitation als Ursache Makrogravitation angenommen werden. Sie ist um ein Vielfaches größer als die normale Erdgravitation. Der Wassertropfen prallt schließlich mit Wucht auf das Blatt der Kapuzinerkresse (c). Man sieht, wie der Wassertropfen zu einem dünnen Film auseinandergepresst wird und zur Seite wegspritzt. Die folgenden Fragen geben den Schülerinnen und Schülern Anregungen für vertiefende Untersuchungen. Von besonderer Bedeutung sind Fragen, die durch eigenständiges Experimentieren beantwortet werden können: Wie groß sind Geschwindigkeit und kinetische Energie des aufsteigenden Wassertropfens? Ein anfangs kugelförmiger Wassertropfen wird bei der Lagerung auf dem Blatt der Kapuzinerkresse verformt. Hierbei wird potentielle Energie in Spannungsenergie umgewandelt. Wie groß ist die Spannungsenergie? Wird beim Start des Fallkapselsystems die Spannungsenergie des Wassertropfens vollständig in Bewegungsenergie umgewandelt? Wie groß sind Frequenz und Amplitude der Eigenschwingung des Tropfens? Wie ändern sich diese Größen, wenn man größere Tropfen wählt? Wie ändert sich die Bewegung des Tropfens, wenn man die Viskosität der Flüssigkeit durch Zugabe von Glycerin erhöht? Neues entdecken So erfahren Schülerinnen und Schüler beispielhaft die unschätzbare Bedeutung von Experimenten, wenn es darum geht, komplexe Vorgänge besser verstehen zu können. Zudem ist die Chance groß, dass sie bei der Untersuchung der Fragen auch auf ganz neue Effekte stoßen.

“Mi ordenador habla castellano“ – der sprechende Computer ist im Spanischunterricht angekommen. Schülerinnen und Schüler lassen sich im Internet spanische Texte vorlesen und nutzen die digitalen Medien, um das laute Lesen zu üben. Häufig stehen fortgeschrittene Spanischlernende vor einer ungeahnten Herausforderung, wenn sie vor der Klasse einen Text laut vorlesen und dabei ins Strudeln geraten. Während im Anfangsunterricht das laute Lesen geübt wird, um Sicherheit in Aussprache und Betonung zu erlangen und ein flüssiges Lesen zu lernen, gerät es im fortgeschrittenen Unterricht leider in Vergessenheit. Es bereitet den Lernenden größere Schwierigkeiten als erwartet. Im Internet trainieren Schülerinnen und Schüler selbstständig und systematisch das Vorlesen mit nur ein paar Mausklicks und eignen sich zusätzlich Medienkompetenz an. Der Computer kann für das Trainig der Aussprache in fortgeschrittenen Spanisch- oder überhaupt Fremdsprachen-Kursen sehr nützlich sein. Beliebige Texte können mithilfe bestimmter Internetseiten laut und fehlerfrei vorgelesen werden. Die digitalen Medien, die den Schüleralltag prägen, kommen dann zum Einsatz, wenn selbst Gelesenes bewertet werden soll. Computer-Unterstützung beim Aussprachetraining Wie Sprache aus dem Computer kommt, und was solche sprachproduzierenden Systeme leisten können lesen Sie hier. Ablauf der Unterrichtseinheit Nach einer Wiederholung der Ausspracheregeln nutzen die Lernenden eine Website mit "Text to Speech"-Funktion. Dann lesen sie laut vor und nehmen ihre Texte als MP3-Dateien auf, um die eigene Aussprache zu bewerten. Die Schülerinnen und Schüler sollen eine Internetseite mit einem Programm zur Sprachgenerierung nutzen. einen unbekannten Text phonetisch und intonatorisch korrekt und flüssig vorlesen. Kriterien zur Bewertung der Vorleseleistung auf eigene mündliche Beiträge anwenden (Selbstbewertung). Sprachsynthese Die künstliche Generierung von Sprache mithilfe eines Computers nennt man Sprachsynthese. Da durch die Sprachsynthese längere Texte vorgelesen werden können, wird dieser Vorgang auch Text-to-Speech (TTS) genannt. Moderne TTS-Systeme kommen der menschlichen Stimme sehr nahe. Die generierten Stimmen sind gut verständlich und klingen sehr natürlich. Sie unterscheiden sich qualitativ deutlich von den scheppernden Sprachausgaben früherer Computer. Internetbasierte Text-to-Speech Systeme Viele TTS-Systeme können im Handel als Softwarepaket gekauft werden und müssen vor dem Gebrauch zunächst auf einem Rechner installiert werden. Für den Einsatz in der Schule oder zu Hause sind hiermit Kosten verbunden, die sich durch freie Web 2.0 Dienste vermeiden lassen. Online finden sich zahlreiche TTS-Systeme, meistens Ableger von Kaufsoftware und somit mit eingeschränktem Leistungsumfang. Dennoch sind sie für den schulischen und heimischen Gebrauch voll ausreichend. Der Vorteil webbasierter Programme besteht darin, dass keine Softwareinstallation erforderlich ist. Sie können vielmehr direkt aus dem Browserfenster heraus von jedem Rechner, der mit dem Internet verbunden ist, genutzt werden. Sprachsynthese im Spanischunterricht Im Fremdsprachenunterricht kann die Sprachsynthese vielseitig eingesetzt werden, zum Beispiel um eigene Textproduktionen oder Texte aus anderen Quellen in Sprache umzuwandeln. Schülerinnen und Schüler können die Tondateien nutzen, um selbst geschriebene Texte auf Fehler und Verständlichkeit hin zu prüfen. Bei unbekannten Texten schult das Vorlesen die korrekte Aussprache. Text-to-Speech fördert auf diese Weise die Hörverstehens- und Sprechkompetenz der Lernenden. Selbsteinschätzung der Leseleistung Die Korrektur der Leseleistung soll nicht mehr wie im Anfangsunterricht durch die Lehrperson erfolgen. Fortgeschrittenen Fremdsprachenlernende sollen vielmehr selbstständig an die Bewertung ihrer Leseleistung herangeführt werden. Zu diesem Zweck werden ihnen Kriterien zur Bewertung der Aussprache, Gestaltung und des Sprachflusses an die Hand gegeben. Selbstverantwortliches und autonomes Lernen werden auf diesem Weg gefördert. Wiederholung mithilfe eines Arbeitsblatts Die Lernenden wiederholen zunächst die wichtigsten Regeln zur Aussprache, Betonung und Akzentsetzung und korrigieren das Arbeitsblatt in Partnerarbeit mithilfe eines Lösungsschlüssels (Arbeitsblatt 1 mit Lösungen). Nachrichtentexte recherchieren und vorlesen lassen Die Lernenden suchen sich anschließend im Internet eine Kurznachricht aus und machen sich mit dem Programm "Text to Speech" vertraut. Sie lassen sich von diesem Programm den ausgesuchten Text vorsprechen und üben systematisch das Lesen (Arbeitsblatt 2). Lesetraining Im letzten Teil der Arbeit mit den Funktionen von "Text To Speech" lesen die Lernenden den ausgewählten Text laut mit. Die Lernenden nehmen ihren Vorlesetext mit dem Handy, einem MP3-Player, dem Audiorecorder des Computers oder mithilfe eines anderen Aufnahmegeräts auf und evaluieren abschließend ihre Leseleistung.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Grammatik erstellen die Lernenden eine individuelle Grammatik-Merkhilfe, die sie bei Bedarf schnell und sicher anwenden können.Den Lernenden wird der einfache Gebrauch dieser Grammatik-Merkhilfe erklärt. Die Grammatik-Merkhilfe kann fertig bedruckt zum sofortigen Gebrauch ausgehändigt werden oder aber von den Lernenden selbst gefaltet, geschnitten und sukzessive beschriftet werden. Sie kann somit auch als Vorlage für andere Zwecke als zur Unterstützung bei Grammatik-Fragen hergestellt und entsprechend dem eigenen Bedarf und Unterrichtsfach beschriftet werden. Ergänzend können die Schülerinnen und Schüler auch Merkhilfen für Rechtschreibregeln selbst erstellen .Neu eingeführte Grammatik-Regeln festigen sich durch häufigen Gebrauch. In der Anfangsphase jedoch bedürfen die Lernenden oftmals der Rückversicherung zur richtigen Anwendung der gerade erst eingeführten Regel. Sie finden diese meist irgendwo im Sprachbuch; also schauen sie im Inhaltsverzeichnis nach, auf welcher Seite zum Beispiel die Regeln zur Großschreibung von Nomen stehen. Dann müssen sie sich durch eine Menge Text lesen, der im Kontext der erfragten Information weder zielführend noch relevant ist. Das ist besonders für jüngere Lernende in der Grundschule und der beginnenden Sekundarstufe I (Klassen 5-6) oft schwierig und braucht lange Zeit. Die Grammatik-Merkhilfe bietet eine Übersicht, die die Lernenden ohne Lesen und Verarbeiten von überflüssigen Textstellen zum sofortigen Ergebnis führt. Sie kann in den inneren Buchdeckel geklebt werden und steht den Lernenden somit jederzeit zum schnellen Nachschlagen zur Verfügung. Die angewendeten Farben der Vorlage beziehen sich auf die üblicherweise benutzten Farben der Schulbuchverlage, mit denen die unterschiedlichen Wortarten gekennzeichnet sind: Nomen sind rot, Verben blau und Adjektive grün gekennzeichnet.