Kinderhaut ist besonders empfindlich gegenüber Sonnenstrahlung. Ein Sonnenbrand kann deshalb zu langfristigen Schädigungen führen. Da Kinder viel Zeit im Freien verbringen, ist es umso wichtiger, dass sie frühzeitig ein gesundheitsbewusstes Verhalten lernen.Sonnenstrahlung kann gefährlich sein – gerade in den ersten Lebensjahren. Im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit stehen daher Aspekte der Gesundheitserziehung und Verhaltensschulung . Das Unterrichtsmaterial stellt das persönliche Erleben, den Erfahrungsaustausch und das praktische Tun in den Vordergrund – und daraus resultierend die Einsicht in die Notwendigkeit eines bewussten Umgangs mit der Wirkung der Sonne. Besonders empfehlenswert erscheint es, das Thema "Sommer, Sonne, Sonnenschutz" im Frühjahr oder Sommer zu bearbeiten, um einerseits die vorgeschlagenen Experimente und Beobachtungen gut durchführen zu können, andererseits aber auch den unmittelbaren Handlungsbezug durch das direkte Erleben zu haben.Im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit, die für die 3. und 4. Klasse konzipiert ist, stehen die folgenden Aspekte: Wirkung von Sonnenstrahlung Die Haut – unser größtes Organ Kluger Sonnenschutz: von Flusspferden, Hornvipern und Sonnenhüten Fächerübergreifendes Arbeiten Das Thema kann auch mit Liedern und Tänzen in Musik sowie mit entsprechenden Bildern und Bildbetrachtungen oder der Thematisierung der Spektralfarben in Kunst eingebunden werden. In nahezu allen Lese- und Sprachbüchern finden sich Texte und Gedichte zum Sommer und zur Sonne, und es gibt Sachbücher für Kinder, die sich explizit mit den Themen Sonnenbrand und Sonnenschutz auseinandersetzen. Auch in Mathematik lassen sich Anknüpfungspunkte finden, indem zum Beispiel Daten aus Befragungen, Wetterbeobachtungen oder Temperaturtabellen dokumentiert und dargestellt oder tägliche Sonnenstunden aufgeschrieben werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen Gefahren der Sonnenstrahlung. lernen die Haut als Organ und deren wesentliche Funktionen kennen. erfahren Regeln zum Schutz vor der Sonne. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen schrittweise einen Versuch durch. nutzen den Computer und das Internet als Informationsmedium. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren, wie wichtig Gesundheit ist und was man dafür tun kann. arbeiten mit Partnern und in Kleingruppen. erweitern ihre Kommunikationsfähigkeit.

In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Lernenden mit der Streuung von Sonnenstrahlung in der Atmosphäre: Warum ist der Himmel blau, aber Wolken sind weiß?Diese Unterrichtseinheit ist im Rahmen des Projektes Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht entstanden. Das übergeordnete Projektziel besteht in der Erarbeitung eines umfassenden Angebots an digitalen Lernmaterialien für den Einsatz im Schulunterricht. Dieses Angebot umfasst interaktive Lerntools und Arbeitsblätter, die über ein Lernportal zur Verfügung gestellt werden.Die Unterrichtsmaterialien (siehe ZIP-Ordner) thematisieren die Streuung von Sonnenstrahlung in der Atmosphäre. Das Original einer ISS-Aufnahme des Lorentz-Stroms in Kanada wurde so bearbeitet, dass die Atmosphären-Einflüsse herausgerechnet worden sind. Anhand einer kleinen Interaktion werden die Rayleigh- und Mie-Streuung sowie der Zusammenhang zwischen Wellenlängen und Reflexionsverhalten thematisiert. Die Unterrichtseinheit ist aufgeteilt in drei Phasen, für die Sie hier Hinweise zur Umsetzung finden: Phase 1: In einem ersten Schritt soll ein Artikel der ARD-Wetter-Redaktion (siehe Arbeitsblätter) gelesen werden. Dieser verschafft den Schülerinnen und Schülern einen ersten groben Überblick über die Thematik. Im Anschluss kann entweder das Kanada-Video oder die Power-Point-Präsentation gezeigt werden. Beide Medien verdeutlichen die Auswirkungen von Streueffekten in der Atmosphäre. Hinweise zu den Materialien: Die Power-Point-Präsentation enthält hierzu eine kleine Flash-Interaktion. Um diese durchführen zu können, müssen die beiden Ordner "Flash" und "Flash_Images" auf einer Ebene mit der Power-Point-Datei liegen. Beim Öffnen ist nur ein schwarzes Rechteck zu sehen. Sobald man in den Präsentations-Modus geht, wird die Interaktion geladen. Steht kein Beamer zur Verfügung, kann auch das beigefügte PDF auf Folie kopiert werden. Aufgrund von Frage 2 sollte nicht explizit darauf hingewiesen werden, dass beim Kanada-Video die Rayleigh-Streuung die entscheidende Rolle spielt. Phase 2: Im Anschluss daran sollen die Schülerinnen und Schüler die Fragen auf dem Arbeitsblatt beantworten und den Lückentext ausfüllen. Der Lückentext fragt einerseits das Wissen aus dem Artikel der ARD-Wetter-Redaktion ab, andererseits vertieft und ergänzt er das Wissen über Rayleigh- und Mie-Streuung. Phase 3: Zur Vertiefung und Ergänzung des Wissens kann das Video aus der ARD-Sendung "Kopfball" gezeigt werden. Dieses Video veranschaulicht anhand von Experimenten den Einfluss von Rayleigh- und Mie-Streuung. Es ist eventuell sinnvoll, das Video zu sequenzieren, indem man das Video anhält. Die Schülerinnen und Schüler haben so direkt die Möglichkeit, zu den verschiedenen Experimenten Fragen zu stellen bzw. eigene Versuche durchzuführen. Hinweis zum Kopfball-Video: Die Darstellung des Sonnenunterganges ist nicht ganz richtig, da die Sonne nicht im Süden, sondern im Westen untergeht.Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Lichtstreuung in der Atmosphäre. können den Unterschied zwischen Rayleigh-Streuung und Mie-Streuung erläutern. verstehen die Zusammenhänge zwischen Wellenlänge und Streuung.

Diese Unterrichtseinheit zum Thema Sonnenenergie lenkt die Aufmerksamkeit auf das riesige Potenzial an kostenloser Energie, die uns die Sonne bietet, und darauf, wie dieses Potenzial genutzt werden kann. Über die Hitze der Sonne stöhnen ist das Eine, die von ihr ausgehende kostenlose Energie sinnvoll nutzen, das Andere. Fotovoltaikanlagen oder Sonnenkollektoren auf Dächern gehören unbewusst zum Umfeld vieler Kinder. Sie spielen mit Spielzeug, das mit Solarzellen angetrieben wird, oder nutzen Taschenrechner und Armbanduhren oft ohne sich darüber im Klaren zu sein, dass sie mithilfe der Sonne funktionieren. Die vorliegende Unterrichtseinheit möchte in einem multimedialen Ansatz den Blick auf diese Dinge richten, und zeigen, wo und wie Sonnenenergie unser Leben erleichtert. Einen idealen Einstieg in das Thema bietet die Sendung "Sonnenenergie - Stromausfall im Bauwagen" (ZDF - Löwenzahn). Für Kinder verständlich vermittelt sie wissenschaftliche Fakten und hat außerdem hohen Unterhaltungswert, sodass mit Spaß gelernt werden kann. Die fächerübergreifende interaktive Lerneinheit dient als Plattform für die Internetrecherche, von der aus gezielt kindgerechte Webseiten zur Lösung der Arbeitsaufträge angeklickt werden können. Verschiedene interaktive Übungen sowie Puzzles und Spiele am Computer und herkömmliche Arbeitsblätter runden die Arbeit ab. Vorbereitung und Inhalte der Lernumgebung Diese Seite bietet einige Hintergrundinformationen zum Thema Sonnenenergie und führt in die Nutzung der interaktiven Lernumgebung ein. Arbeitsmaterial zur interaktiven Lernumgebung Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu den einzelnen Arbeitsblättern und Hinweise, wie sie im Unterricht eingesetzt werden können. Links zum Thema Internetadressen mit Informationen und weiterführenden Materialien zum Thema "Sonnenenergie" und zu den Inhalten dieser Unterrichtseinheit. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen in den Fächern Sachunterricht, Deutsch, Englisch und Kunst Lernziele erreichen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Video im Internet anschauen (falls im Unterricht möglich) und Informationen daraus entnehmen. gezielte Recherchen im Internet durchführen und das World Wide Web als Informationsquelle nutzen. eine interaktive Lerneinheit am Computer bearbeiten und dabei Erfahrungen mit dem Prinzip der Verlinkung machen. interaktive Übungen (HotPotatoes-Zuordnung, Kreuzworträtsel) durchführen. ein interaktives Puzzle (drag & drop) lösen. Sozialkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler sollen Absprachen zur Benutzung der Computer-Arbeitsplätze treffen. sich als Partner über die Reihenfolge der Aufgaben einigen. sich gegenseitig helfen. Sonnenfinsternis in Bärstadt. Das seltene Ereignis soll in wenigen Stunden stattfinden und Fritz Fuchs will es unbedingt filmen. Ausgerechnet jetzt ist der Akku der Kamera leer. Aufladen funktioniert nicht - die Stromleitung ist gekappt. Solange aber die Sonne scheint, könnte man doch sie selbst als Energiequelle nutzen. Fritz werkelt und tüftelt an einer einfachen Solaranlage. Zumindest das Wasser zum Kochen wird heiß genug. Und das Akkuproblem? Die Zeit drängt. Auf der Suche nach Ersatz stößt Fritz auf riesige Sonnenkollektoren und winzige Solarzellen. Mit dem Bau seiner eigenen Solaranlage will er ein für alle Mal sein Stromproblem lösen... Die Schülerinnen und Schüler sollen erfahren, dass Sonnenenergie Wärme und Strom erzeugt. einen Steckbrief der Sonne vervollständigen. überlegen, wann sie selbst die Strahlungsenergie der Sonne gespürt haben. erkennen, wie Lupe und Hohlspiegel Licht bündeln. ein Experiment zur Lichtbündelung durchführen. erfahren, dass Schwarz Sonnenstrahlen absorbiert und Weiß sie reflektiert. ein Experiment dazu durchführen. erfahren, wie die Sonne als Energiequelle genutzt werden kann. die Vorteile der Sonnenenergie erkennen. erfahren, wie die Sonne als Heizung genutzt werden kann. den Begriff Sonnenkollektoren kennen lernen. erfahren, wie mit Spiegeln Sonnenenergie in Kraftwerken eingefangen werden kann (Parabolrinnenkraftwerk und Solarturmkraftwerk). erfahren, wie aus Sonnenenergie Strom erzeugt wird. den Begriff Fotovoltaikanlagen kennen lernen. über die Vor- und Nachteile der Sonnenenergie reflektieren und argumentieren. an einer Sonnenuhr die Zeit ablesen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Texte den richtigen Abbildungen zuordnen. eine Tabelle ausfüllen. Rätselschriften entziffern. Lückentexte ergänzen. ein Kreuzworträtsel lösen. Satzteile richtig zuordnen (Akkusativ-Objekt). nach dem Akkusativ-Objekt fragen. einen Text lesen und weiterschreiben. in Wortreihen passende Wörter markieren. zusammengesetzte Nomen mit "Sonne" bilden. Lernwörter für ein Diktat üben. Die Schülerinnen und Schüler sollen ein englisches Lied singen. englische Wörter für das Lied kennen lernen und die Aussprache am Computer üben. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Maler Vincent van Gogh und sein Bild "Sämann vor untergehender Sonne" kennen lernen. das Bild nachmalen. Die Strahlung der Sonne Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne erzeugte Energie, die als Strahlung zur Erde gelangt und über Hunderte von Jahren relativ konstant ist. Ein Teil dieser Strahlungsenergie wird von bestimmten Bestandteilen der Atmosphäre reflektiert, ein weiterer Teil wird von anderen Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und in Wärme umgewandelt, der dritte und größte Teil geht durch die Atmosphäre hindurch und erreicht uns auf dem Erdboden. Folgen der Einstrahlung Die vordringlichste Folge der Sonnenenergie ist die Erwärmung unseres Planeten, so dass Leben überhaupt möglich ist. Ein weiterer Effekt ist die Fotosynthese der Pflanzen, so dass wir entweder direkt oder indirekt von der Sonnenenergie leben. Sie ist außerdem wichtig zur Erzeugung von Luftdruckunterschieden, die zu den Wetterphänomenen in der Atmosphäre und zum Antrieb des Wasserkreislaufs führen. Nutzung der Sonnenenergie Neben dieser natürlichen Nutzung gibt es zunehmend eine technische, vor allem im Bereich der Energieversorgung. So erzeugen beispielsweise Sonnenkollektoren warmes Wasser. In sogenannten Sonnenwärmekraftwerken kann durch aufwändige Spiegelkonstruktionen Wasserdampf und damit elektrischer Strom erzeugt werden. Solarzellen erzeugen allein durch einfallende Sonnenstrahlen Strom (Fotovoltaik). Pflanzen nutzen die Sonnenstrahlung zum Wachstum (Fotosynthese). Pflanzen und pflanzliche Abfälle wiederum können so verarbeitet werden, dass daraus nutzbare Energieträger entstehen (Rapsöl, Biogas). Die Einstrahlung der Sonne unterliegt tages- und jahreszeitlich bedingten Schwankungen, so dass zusätzliche Maßnahmen nötig sind, um die Energieversorgung konstant zu gewährleisten (Speicherung, Vernetzung mit anderen Energiequellen). Erzeugung von warmem Wasser Sonnenkollektoren auf Hausdächern erwärmen Wasser, das, in Schläuchen ins Haus geleitet und dort in einem Speicher aufbewahrt, einige Tage für Warmwasser und Heizung ausreicht. Da schwarze Flächen Sonnenstrahlen absorbieren, ist die Unterseite dieser Kollektoren entsprechend eingefärbt. Erzeugung von Strom In Fotovoltaikanlagen (Solarzellen) wird die Lichtenergie der Sonne durch die Bewegung der Ionen des Metalls Silizium direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Um den so gewonnenen Gleichstrom ins allgemeine Netz einzuspeisen, muss er allerdings noch mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden. Strom aus solarthermischen Kraftwerken Solarthermische Kraftwerke bündeln das Sonnenlicht mithilfe von Hohlspiegeln. Die so entstandene Hitze erzeugt Wasserdampf, der die Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Dabei fangen in einem Solarturmkraftwerk viele Spiegel die Sonne ein und lenken sie auf einen einzigen Punkt auf dem Turm, während in Parabolrinnenkraftwerken Sonnenstrahlen mit langen Spiegelschüsseln auf schwarze Röhren gelenkt werden und das darin befindliche Wasser erhitzen. Inhalte Die interaktive Lerneinheit (Ausschnitt siehe Abb. 1, zum Vergrößern bitte anklicken) besteht neben der Eingangsseite aus vier weiteren Hauptseiten (Sonnenenergie/ Sprache/ Sunny Song/ Dies und das), zwei Unterseiten zur Ergebniskontrolle, sechs intern verlinkten interaktiven Übungen (HotPotatoes-Übungen/Puzzle) und 24 externen Links. Die Arbeitsanweisungen auf den meisten Arbeitsblättern (bis auf die Arbeitsblätter Nummer 11 und 12) beziehen sich jeweils auf direkt aufrufbare Internetseiten, was natürlich einen Internetzugang voraussetzt. Diese Arbeitsblätter sind besonders gekennzeichnet (durch ein Computer-Symbol), auch auf dem Deckblatt. Die internen Links dagegen können auch offline bearbeitet werden. Zeitlicher Ablauf Organisation des Unterrichts und Zeitraum der Arbeit hängen von der Anzahl der jeweils vorhandenen Computer-Arbeitsplätze ab und davon, ob sie in einem Netzwerk gemeinsamen Zugang zum Internet haben. Als sinnvoll hat sich auf jeden Fall Partnerarbeit erwiesen, da sich zum einen so die Zahl der auf einen Computer wartenden Kinder halbiert und zum anderen die Partner sich gegenseitig unterstützen können. Als zusätzliches Angebot können im Bedarfsfall weitere Arbeitsblätter zur Verfügung gestellt werden, die die in der Lerneinheit angesprochenen Themen vertiefen: zum Beispiel Sachbücher zum Thema anschauen, weitere Wörter mit der Endung -ie aus Wörterbüchern suchen. Die Unterrichtseinheit ist fächerübergreifend angelegt, als Fachlehrkraft haben Sie aber auch die Möglichkeit, nur die Sachthemen zu behandeln und die Fächer Deutsch, Englisch und Kunst auszuklammern, wenn der fächerübergreifende Ansatz aus stundenplantechnischen Gründen nicht oder nur sehr schwer durchführbar ist. Organisation des Ablaufs Wichtig ist außerdem die Organisation des Unterrichtsablaufs. Absprachen bezüglich der Computer-Nutzung müssen getroffen werden, da nicht alle gleichzeitig am Rechner sitzen können. Dabei sollten Vorschläge der Kinder aufgegriffen werden, weil sie erfahrungsgemäß die Einhaltung eigener Vorschläge auch selbst überprüfen. Außerdem ist festzulegen, ob die Arbeit als Partner- oder Gruppenarbeit erfolgen soll. Anschließend muss eine entsprechende Einteilung vorgenommen werden (freie Wahl, Zufallsprinzip durch Ziehen von Kärtchen oder vom Lehrer bestimmt). Es hat sich zudem bewährt, "Computer -Experten" zu wählen, die bei Schwierigkeiten mit dem Medium als erste Ansprechpartner fungieren sollen. So können die Kinder viele Fragen unter sich klären und selbstständig arbeiten. Die Kinder sollten an offene Unterrichtsformen gewöhnt sein. Kenntnisse im Umgang mit dem Internet sind nicht unbedingt nötig, da die Links direkt über die Lerneinheit angesteuert werden und keine Internetadressen eingegeben werden müssen. Erklären sollte man auf jeden Fall, dass die Rückkehr zur eigenen Startseite über den Rückwärtspfeil des Browsers erfolgt. Jedes Kind heftet seine fertigen Arbeitsblätter und gelösten Aufgaben in einem Hefter ab, der nach Abschluss des Projekts eingesammelt und von der Lehrkraft überprüft werden kann. Hier befindet sich eine kurze Einführung in die Arbeit mit der Lernumgebung. Die Kinder können auch zwischendurch davon Gebrauch machen, um sich Dinge ins Gedächtnis zu rufen. Lösung der Rätselschrift auf dem Arbeitsblatt: mehr, jemals, kostenlos, ohne, entlegen, sinnvoll, dort, überall, über, genügend, wirkungsvoll, zusätzlich Zur Erleichterung dürfen die Kinder einen Spiegel benutzen. Diktattext: Solarenergie Die Sonne strahlt mehr Energie aus, als wir jemals verbrauchen können. Wir bekommen sie kostenlos und ohne Schaden für die Umwelt. Deshalb ist es sinnvoll, sie als Energiequelle zu nutzen. Solarmodule können überall aufgestellt werden und brauchen keine Leitung zu Kraftwerken. Deshalb können sie auch entlegene Gegenden mit Strom versorgen. Besonders wirkungsvoll sind sie dort, wo die Sonne oft scheint. In anderen Gebieten braucht man dagegen noch eine zusätzliche Stromversorgung, um auch im Winter über genügend Energie zu verfügen. (80 Wörter) Gemälde mit Sonne Hier geht es zunächst um Vincent van Gogh und sein berühmtes Bild "Sämann vor untergehender Sonne", das die Kinder anschließend nachmalen sollen. Sie lernen den Künstler kennen und schauen sich das Bild im Internet an. Entspannung Das Puzzle zeigt eine Fotovoltaikanlage auf dem Dach und dient der Entspannung. Mithilfe einfacher Mittel (Stöckchen, Stift, Sonne) wird zum Schluss die Zeit bestimmt.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Jahreszeiten und Jahreskreislauf lernen die Schülerinnen und Schüler die geographische Beschaffenheit der Erde anhand verschiedener Beispiele aus Frühling, Sommer, Herbst und Winter spielerisch kennen. Im Rahmen der Unterrichtseinheit "Jahreszeiten verstehen: ein Jahr auf der Erde" werden die Kenntnisse der Schülerinnen und Schüler zum Thema Jahreszeiten gefördert und erweitert. Die Lernenden konzentrieren sich auf die grundlegenden Mechanismen, die den verschiedenen Jahreszeiten zugrunde liegen. Ausgangspunkt ist hierbei die allgemeine Diskussion über die vier verschiedenen Jahreszeiten und deren Merkmale. Dazu gehören die Veränderungen der Tageslänge oder der Sonnenscheindauer sowie Veränderungen der Wetterverhältnisse wie Niederschlag oder Temperatur. Daran schließt sich eine praktische Aufgabe an, mit der die Schülerinnen und Schüler den Einfluss des Sonne-Erde-Systems auf Frühling, Sommer, Herbst und Winter erkunden. Die Unterrichtseinheit wurde im Rahmen der Projekte ESERO Germany und "Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt. Die Natur auf unserem Planeten befindet sich über das gesamte Jahr im stetigen Wandel. Es herrschen verschiedene Witterungsverhältnisse, die Tage sind mal kürzer oder länger, Temperaturen sind höher oder niedriger und auch die Farben in der Natur ändern sich fortlaufend. Die Schülerinnen und Schüler erhalten in dieser Unterrichtseinheit einen Einblick in die Mechanismen, die hinter diesen Veränderungen stehen. So arbeiten die Schülerinnen und Schüler in der ersten Aufgabe anhand von (Satelliten-)Bildern heraus, in welcher Jahreszeit welche Bilder aufgenommen wurden. Sie benennen Unterschiede zwischen den Bildern, beschreiben die Farben und die Umgebungen. Anschließend bauen die Lernenden ein Erde-Sonne-Modell nach, um eine Antwort auf die Frage zu finden, weshalb die Erde Jahreszeiten hat. Dabei erfahren sie, dass sich die Erde auf ihrer Achse von West nach Ost dreht, diese Achse geneigt ist und diese für die Jahreszeiten verantwortlich ist. Am Ende sollte die Schlussfolgerung von den Schülerinnen und Schülern formuliert werden, dass die Neigung der Erdachse den Winkel beeinflusst, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erde treffen. Im Sommer erreichen Licht und Wärme der Sonne die Erde in einem steileren Winkel als im Winter. Im Winter verbreiten sich Licht und Wärme der Sonne über einen größeren Bereich der Erdoberfläche, weshalb die Tage im Winter kürzer sind und die Sonne die Erde nicht so lange wie im Sommer erwärmen kann. Altersgruppe: 8 bis 12 Jahre Schwierigkeitsgrad: Leicht bis Mittel Zeitbedarf: 90 Minuten Benötigte Kosten: 10 bis 30 Euro Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass einige Bäume zu verschiedenen Zeiten des Jahres unterschiedlich aussehen. entdecken anhand von Satellitenbildern, dass jahreszeitliche Veränderungen auch aus dem Weltraum sichtbar sind. erläutern das Verhältnis zwischen der Sonne und der Erdbewegung sowie deren Einfluss auf die Tages- und Nachtzeit. verstehen, weshalb es überhaupt Jahreszeiten auf der Erde gibt und welchen Einfluss die Sonne darauf hat. analysieren Bilder und erarbeiten einschlägige Informationen. arbeiten im Team zusammen und teilen in Kleingruppen oder Plenum ihre Schlussfolgerungen.

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 der Unterrichtseinheit zum Thema "Sonnenenergie" soll den Schülerinnen und Schülern im Rahmen der Besprechung von erneuerbaren Energien verdeutlicht werden, warum es so wichtig ist und immer wichtiger werden wird, diese Art der Energieerzeugung massiv zu verstärken. Schülerinnen und Schüler kennen die heute schon auf einigen Hausdächern installierten Photovoltaikanlagen zur sauberen Stromgewinnung ebenso wie die Sonnenkollektoren zur Wärmegewinnung als Unterstützung von Heizung und Warmwasserbereitstellung. Im Unterricht werden den Lernenden zunächst die auf der Halbleitertechnologie beruhenden Grundlagen vermittelt, die es aufgrund des inneren Photoeffektes möglich machen, die Energie der einfallenden Sonnenstrahlen (Photonen) in elektrischen Strom umzuwandeln. Einfacher zu verstehen sind die Vorgänge bei Sonnenkollektoren, wo die einfallende Wärmeenergie der infraroten Strahlung genutzt wird, um Wasser zu erwärmen.Im Jahr 2019 betrug der Energiebedarf pro Person und Tag in Deutschland 123 kWh, in den USA 232 kWh. Weltweit wurde ein täglicher Energieverbrauch von 58 kWh pro Person errechnet. Wenn die Weltbevölkerung bis 2050 voraussichtlich auf 10 Milliarden Menschen ansteigt und alle Länder einen Energieverbrauch wie die USA hätten, müsste sich die Energieerzeugung versechsfachen. Derzeit werden noch etwa 85 Prozent des globalen Energiebedarfs durch fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Gas gedeckt. Will man die gesteckten Ziele in der Klimapolitik erreichen, bleibt nichts anderes übrig, als die regenerativen Energiequellen – allen voran die praktisch unerschöpfliche Sonnenenergie – in einem bisher nicht gekannten Umfang auszubauen. Photovoltaikanlagen und Sonnenkollektoren als Unterrichtsthemen Der Umbau der Energiesysteme wird die große Herausforderung in den kommenden Jahrzehnten werden – die Weichen hin zu einer emissionsarmen Energieversorgung sind gestellt. Erneuerbare Energien nehmen einen stetig wachsenden Anteil an der Energieversorgung ein und lassen die Hoffnung zu, dass die Versorgung mit Primärenergie bis Mitte des 21. Jahrhunderts klimaneutral erfolgen kann. Vorkenntnisse Vorkenntnisse der Lernenden können insoweit vorausgesetzt werden, dass die Thematik in den Medien permanent präsent ist und vor allem junge Menschen in Hinblick auf deren Zukunft weiter sensibilisieren wird. Das Wissen um die Abläufe bei der Umwandlung von Sonnenenergie ist mit gut nachvollziehbaren physikalischen Erklärungen und Herleitungen von Gesetzmäßigkeiten relativ leicht vermittelbar. Didaktische Analyse Allein die für jede Schülerin und jeden Schüler nachvollziehbaren klimatischen Probleme, die durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe entstehen, dürfte es für Lehrkräfte einfach machen, die Lernenden für die Energieerzeugung über die schier unerschöpfliche und saubere Sonnenenergie zu begeistern. Methodische Analyse Sobald die Abläufe bei der heute in allen Bereichen der Technik notwendigen Halbleitertechnologie von den Lernenden in ihren Grundlagen verstanden sind, sollte es für die Lehrkräfte kein Problem sein, durch beschreibende und erläuternde Übungsaufgaben die Begeisterung bei den jungen Menschen für die neuen Technologien der Zukunft zu wecken. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die klimaschädlichen Prozesse bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen zur Energiegewinnung. kennen die weltweit vereinbarten Klimaziele und deren Bedeutung für die Umwelt. können die Wirkungsweise von Solarzellen und Sonnenkollektoren erklären. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

Diese Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit der Strahlentherapie in der Krebsmedizin - einem immer wichtiger werdenden Bereich der modernen Tumortherapie neben der Operation und der Chemotherapie. Der Vergleich von verschiedenen Behandlungsmethoden wird den Lernenden dabei helfen, die Möglichkeiten und Gefahren der Strahlentherapie besser einschätzen zu können.Die extremen Fortschritte in der Strahlentherapie sind den Erkenntnissen der modernen Physik geschuldet. So können heute neben den klassischen Bestrahlungsmethoden wie Gamma- und Röntgenstrahlen in vielen Fällen neue Methoden wie Protonen- und Schwerionentherapie angewendet werden. Die Gefährlichkeit von Strahlung, ausgehend von einem Zuviel an Sonnenstrahlen bis hin zu radioaktiven Strahlen, ist unbestritten und muss den Schülerinnen und Schülern in aller Deutlichkeit vor Augen geführt werden. Dennoch sollte zu Beginn dieser Unterrichtseinheit das Für und Wider von Strahlung ausführlich diskutiert werden, da neben ihrer Gefährlichkeit die heilende Wirkung als manchmal einzige Möglichkeit zur Gesundung nach einer schweren Erkrankung in der Öffentlichkeit wenig bekannt ist. Die Unterrichtseinheit ist für den Unterricht im Fach Physik konzipiert (mit Anknüpfungspunkten an das Fach Biologie). Sie richtet sich an Schülerinnen und Schüler in der Sekundarstudarstufe II. Strahlentherapie in der Krebsmedizin Neben der Operation und der Chemotherapie wird die Strahlentherapie in der Behandlung von entarteten Tumoren immer wichtiger, insbesondere bei schwer zugänglichen und deshalb oft nicht mehr operierbaren Tumoren. Gerade in diesen Fällen können die modernen Methoden der Protonen- und Schwerionentherapie Therapieerfolge bringen, die mit anderen Methoden nicht möglich sind. Über die Physik der Beschleunigung von Protonen und Ionen in entsprechenden Beschleunigeranlagen in dafür spezialisierten Instituten sollten die Lehrkräfte gut Bescheid wissen, um auf Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler Grobe Vorkenntnisse der Lernenden können dahingehend vorausgesetzt werden, dass die permanente Diskussion über die Gefährlichkeit von Hautkrebs durch intensive Sonnenbestrahlung ihnen bekannt sein sollte. Konkrete Kenntnisse sind jedoch nicht zu erwarten, weil neben dem physikalischen Wissen über die verschiedenen Formen von Strahlung auch chemische und biologische Kenntnisse nötig sind, um die Vorgänge in den organischen Zellen beschreiben zu können. Didaktische Analyse Bei der Besprechung der verschiedenen Formen einer Strahlentherapie muss intensiv auf "Fluch und Segen" von Bestrahlung eingegangen werden. Jede Art von Strahlung, die unkontrolliert den Menschen trifft, ist grundsätzlich gefährlich und in den meisten Fällen gesundheitsschädlich. Gleichzeitig führen aber die immer stärker verfeinerten Methoden der modernen Strahlentherapie zu großen Fortschritten in der Behandlung von erkrankten Menschen. Methodische Analyse Das Thema Strahlenmedizin im Kontext mit den vielen Möglichkeiten von Strahlung, denen der Mensch in Form von natürlicher und künstlicher Strahlung ausgesetzt ist, sollte die Lernenden sehr interessieren und auch sensibilisieren. Beispiele, Berechnungen und Vergleiche in Form von Übungsaufgaben können zeigen, wie intensiv in Abhängigkeit von der entsprechenden Erkrankung einzelne Organe und Tumore bestrahlt werden müssen beziehungsweise können - und dass Erkrankte in vielen Fällen trotzdem wieder gesund werden können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die gesundheitlichen Gefahren und den Nutzen der unterschiedlichen Strahlentherapieverfahren einschätzen. kennen die unterschiedlichen Wirkmechanismen ionisierender Strahlung auf gesundes und entartetes menschliches Gewebe. wissen um die Fortschritte in der modernen Protonen- und Ionentherapie mit bestmöglicher Schonung des gesunden Gewebes Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden et cetera reflektiert und wertfrei diskutieren zu können.