Katalonien ist eine der am häufigsten behandelten Regionen Spaniens. Dies hängt mit kulturellen und historischen Gegebenheiten zusammen: dem Modernismo, vertreten durch Gaudí in Barcelona, der Malerei Dalís oder den aktuellen politischen Veränderungen durch das neue Autonomie-Statut. Katalonien ist somit nicht von ungefähr Teil der Obligatorik des Zentralabiturs 2007 und 2008 in NRW.Die Internetrecherche zu Cataluña ist als thematische Einführung für etwa vier Doppelstunden konzipiert. Erfahrungsgemäß sind die Vorkenntnissen zu Katalonien sehr verschieden. Sie reichen vom Faktenwissen über Ferienerlebnisse bis hin zu einer groben geografischen oder rein fußballerischen Einordnung. Diese Internetrecherche soll vorhandene Kenntnisse integrieren und über erste gemeinsame Einblicke eine Ausgangsbasis für die weitere Kursarbeit schaffen. Neben der inhaltlichen Erarbeitung stehen sprachlich-methodisch der Ausbau der Präsentationstechniken sowie die Förderung der Lesestrategien im Vordergrund: Denn Internetrecherchen - seien sie nun Teil des Unterrichts oder privater Natur - erfordern den gezielten Einsatz von Techniken des schnellen Querlesens und des ausführlicheren Lesens und Verarbeitens von Detailinformationen, um beim Surfen nicht baden zu gehen. Die Vorteile einer Internetrecherche zur Einführung in die Thematik Kataloniens liegen auf der Hand: Ein reichhaltiges Angebot an spanischsprachigen Internetinformationen und schneller Zugriff auf aktuellste Informationen sind gegeben. Der Ausbau sprachlicher und methodischer Kompetenzen sowie Methodenreflexion, Kooperation, Selbsttätigkeit und Selbststeuerung durch die Schülerinnen und Schüler werden erreicht. Lehrplanbezug und Obligatorik des Zentralabiturs in NRW Abgesehen von der allgemeinen Relevanz und Brisanz Kataloniens für den Spanischunterricht fordern Lehrplan und Zentralabitur in NRW die Behandlung als Thema. Besondere didaktisch-methodische Schwerpunkte Neben dem Erwerb und der Anwendung von inhaltlichem und sprachlichem Wissen zu Katalonien werden besondere didaktisch-methodische Schwerpunkte verfolgt. Expertenpuzzle Die Methode des Expertenpuzzles gestaltet den kooperativen und kommunikativen Rahmen dieser Mikroeinheit. Begleitung und Auswertung der Gruppenarbeit Bei der Arbeit in den Gruppen stellt sich die Frage nach der Arbeitssprache und nach dem Maß der Hilfestellungen durch die Lehrperson. Beides wird abschließend evaluiert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen grundlegende Kenntnisse über die Comunidad Autónoma de Cataluña erwerben. ihre erworbenen Kenntnisse sachlich adäquat im Kommentar zu einen Gedicht von Goytisolo anwenden. den thematischen Grund- und Aufbauwortschatz für eine spezifischere Kommunikation über Cataluña erweitern und im Austausch anwenden. ihre Kompetenzen in der Kooperation ausbauen. ihre Kompetenzen in der Präsentation und in der Retroalimentación erweitern, anwenden und festigen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Lesestrategien beim Suchen, Sichten und Lesen der für die Recherche relevanten Internetseiten gezielt anwenden und ausbauen. ihre Suchstrategien mithilfe prägnanter spanischer Suchbegriffe erweitern. Einblicke in Comunidad Autónoma Die Internetrecherche zu Katalonien vermittelt exemplarisch erste Einblicke in eine der wichtigen Comunidades Autónomas in Spanien. Zentral untersucht werden historische und kulturelle Gegebenheiten, die politische Situation, insbesondere die Frage nach dem Selbstverständnis der Katalanen, das sich in der Diskussion um das Autonomie-Statut widerspiegelt. Die historische Vertiefung ist erforderlich, um aktuelle Zusammenhänge nachvollziehen zu können. In diesem Kontext deckt die Internetrecherche fachlich und methodisch die Obligatorik des Lehrplans NRW (1999:17-23) und auch anderer Lehrpläne in folgenden Punkten ab: Ausbau der Sprachkompetenz nach dem Referenzrahmen (A2/B1) mit besonderer Fokussierung der Lesekompetenz sowie des monologischen und dialogischen Sprechens Spanien im 20. und 21. Jahrhundert Auseinandersetzung mit sprachlicher und kultureller Pluralität Explizit analytischer Umgang mit Texten Selbständige Erarbeitung komplexer Themen Erwerb sozialer und kooperativer Lernfähigkeiten Weitere Ziele werden bedient Darüber hinaus entspricht das Projekt den Zielen des Spanischunterrichts insofern, als es die Medienkompetenz entfaltet, den sachgerechten und kritischen Umgang mit Texten und Medien sowie selbstbestimmtes und kooperatives Lernen fördert (1999:7f.). Katalonien ist Teil der Obligatorik des Zentralabiturs 2007 und 2008 für den neubeginnenden Spanischkurs ab 11 in NRW, und zwar unter der Rubrik "La diversidad cultural, política y lingüística en España": La lengua como elemento unificador El bilingüismo castellano-catalán y sus reflejos en la sociedad con miras al pasado Vielschichtiger Kompetenzausbau Die methodisch-sozialen Schwerpunkte sind zum einen der Ausbau der Lesekompetenz und die damit einhergehende Reflexion der Verwendung von Lesestrategien. Zum anderen wird die Förderung von klasseninterner Kooperation unterstützt. Auch der Ausbau der Präsentationstechniken (monologisches und dialogisches Sprechen) wird erreicht. Dies sind demzufolge zugleich die Aspekte des Evaluationsbogens, mit dessen Hilfe der Lernprozess ausgewertet werden soll. Gelenkte Aufgabenstellung Die Recherche selbst ist als relativ offene Aufgabenstellung angelegt, in der die Schülerinnen und Schüler einen thematischen, organisatorischen und zeitlichen Rahmen gesetzt bekommen. Dieser erweist sich erfahrungsgemäß als sinnvoll und hilfreich für die Schülerinnen und Schüler des zweiten Lernjahres, damit sie sich sprachlich-situativ bewegen können und nicht überfordert werden. Hilfestellungen für die freie Arbeit Die enlaces sowie orientierende Stichworte geben Anregungen für die Recherche, die je nach Interesse natürlich darüber hinaus gehen kann. Neben der Lenkung bieten sich den Schülerinnen und Schülern viele Möglichkeiten, selbständig zu agieren, eigene Entscheidungen zu treffen und den Lernprozess gemeinsam zu gestalten. Die zeitlichen Angaben sind insofern eher als Orientierung zu betrachten. Insgesamt handelt es sich folglich um eine komplexe Aufgabenstellung, die erforderliche Lenkung und Hilfen bietet. Neue Formen des Lesens entdecken Der Lesekompetenz kommt bei der spät einsetzenden Fremdsprache eine zentrale Bedeutung zu. Im Rahmen der spiralcurricularen Gestaltung der Lernjahre bedarf es nach der Einführung einer fortwährenden Begleitung der Lesekompetenzen, insbesondere auch um im Spanischunterricht erworbene Strategien zu festigen und nicht in die alten Muster des Wort-für-Wort-Verstehens zurückzufallen. Scanning und Skimming Hier bietet sich eine Recherche im Internet in besonderer Weise an, denn aufgrund der Fülle an Informationen stellen Schülerinnen und Schüler schnell fest, dass für eine thematische Orientierung Scanning (Suche nach einer bestimmten Information oder einem Begriff) und Skimming (globale Sichtung einer Internetseite, um festzustellen, ob sie brauchbar ist) geeignet sind, nicht aber detailliertes Lesen. Diese Erfahrung ist es wert, reflektiert zu werden, damit sie auf andere Lesekontexte übertragen werden kann. Lesestrategien anwenden und bewusstmachen Die Intention dieser Internetrecherche bezüglich der Lesekompetenz ist, dass die Schülerinnen und Schüler bei der Sichtung der vorgeschlagenen Links sowie auf weiteren Internetseiten gezielt geeignete Lesestrategien anwenden und ihnen dabei die Unterschiede zwischen den beiden Lesestrategien nochmals vergegenwärtigt und bewusst gemacht werden. Zudem kann das Scanning im Internet durch die jeweilige Suchfunktion des Browsers (etwa mit der Tasten-Kombination Strg+F) unterstützt werden. Ergänzend zu diesen beiden Strategien des globalen Lesens kommt in der Auswertung der als essentiell und besonders informativ erachteten Seiten das detaillierte Lesen zum Tragen. Allerdings bleibt auch hier weiterhin globales Lesen erforderlich, wenn es um die Eingrenzung besonders relevanter Abschnitte geht. Hilfen für das detaillierte Erschließen Für das detaillierte Erschließen einzelner Abschnitte bieten sich als Hilfen sowohl Online-Wörterbücher als auch, falls größere Verständnisschwierigkeiten auftreten sollten, Online-Übersetzungen an, die zur Zeit noch den im Sinne der Mehrsprachigkeit durchaus begrüßenswerten Umweg über das Englische erforderlich machen. Die oben downloadbare Aufgabendatei liefert die Links zu den Hilfe-Werkzeugen. Das Expertenpuzzle ist eine schnelle, effektive Methode, um sich gemeinsam einen informativen Überblick über ein Thema zu verschaffen. Ein immenser Vorteil für den Sprachunterricht ist im hohen Sprachumsatz zu sehen, der in der Phase des Austauschs in den Stammgruppen gegeben ist. Bildung und Organisation der Stammgruppen Die Stammgruppen setzen sich mit der Recherche auseinander und entsenden Mitglieder in die Expertengruppen für die thematischen Schwerpunkte. Recherche von Spezialwissen in Expertengruppen Experten befassen sich zunächst in der Recherche vertiefend mit ihrem thematischen Schwerpunkt und bereiten eine Präsentation für den Austausch in den Stammgruppen vor. Austausch des Spezialwissens in den Stammgruppen Die von den Experten gewonnenen und anschaulich aufbereiteten Ergebnisse werden in thematisch gemischt zusammengesetzten Kleingruppen ausgetauscht, so dass ein hoher Sprachumsatz erfolgt. Alle Schülerinnen und Schüler sind gefordert, nach dem Prinzip des "Lernens durch Lehren" ihre Ergebnisse vorzustellen und somit ihre Präsentationstechniken in Kleingruppen anzuwenden und auszubauen. Der Schwerpunkt dieser Phase liegt somit auf der Reproduktion und dem Verstehen zur kooperativen Erlangung eines Grundwissens über Cataluña. Anwendung und Transfer Darüber hinaus enthält diese Phase ein Element des problemorientierten Transfers. Die Schülerinnen und Schüler vernetzen ihre Kenntnisse und wenden ihr gemeinsam zusammengetragenes Wissen an, um sich kritisch mit dem in dem Fragment aus der "Novísima oda a Barcelona" von José Agustín Goytisolo geäußerten Standpunkt auseinanderzusetzen. Vier Themen - vier Experten Die Organisation des Expertenpuzzles erfolgt in der Internetrecherche Cataluña ausgehend von den vier Teilthemen, die von den Experten vorbereitet werden und die in allen Stammgruppen vertreten sein sollten. Die Stammgruppen müssten folglich mindestens vier Teilnehmerinnen oder Teilnehmer enthalten, die sie in die Expertenteams entsenden. Flexible Gestaltung bei größeren Gruppen Es hängt von der jeweiligen Kursgröße ab, wie viele Stammgruppen gebildet werden können; in jedem Fall muss es sich um ein Vielfaches von vier handeln. Sollte dies nicht gerade aufgehen, können die Stammgruppen vergrößert werden und in diesem Falle zwei Experten für eines der Teilthemen entsenden. Dies erweist sich oft durchaus als Vorteil, wenn leistungsschwächere und leistungsstärkere Mitglieder der Stammgruppen auf diese Weise ein Expertenteam bilden können. Alternative: Experten aus dem Plenum Bei geringem Zeitkontingent besteht eine Alternative darin, direkt aus dem Plenum heraus die Expertengruppen zu bilden und danach die Stammgruppen zusammenzusetzen - hier muss man allerdings gut rechnen und bedenken, dass alle Expertengruppen die gleiche Anzahl an Mitgliedern haben sollten und dass eventuelle Zweierteams aus leistungsstarken und leistungsschwächeren Schülerinnen und Schülern als ein Mitglied zählen können. Informationsselektion Die Expertenteams reduzieren gemeinsam den Informationspool auf relevante Informationen und erstellen eine Präsentation mit einer Vorlage in der von ihnen gewählten Form. An dieser Stelle erhalten die Teams die Möglichkeit, sich frei zu entscheiden, da der Inhalt, also die zusammengestellten Informationen Vorrang, haben. Informationen aufbereiten Verfügen die Lernenden über gute Kenntnisse im Umgang mit einem Textverarbeitungsprogramm, können sie die Vorlage digital erstellen. Von Präsentationen mit PowerPoint oder als Homepage würde ich abraten, da es den zeitlichen Rahmen wahrscheinlich sprengen würde. Eine gute konventionelle Möglichkeiten bieten Folien oder Kopiervorlagen. Bezüglich der Präsentation empfiehlt es sich, je nach Lerngruppe Zeit für eine Probe, ein gegenseitiges Vortragen im Expertenteam oder auch mit einem Feedback durch die Lehrkraft, vorzusehen. Parallel: Vokabellisten erstellen Um die Kommunikation in den Stammgruppen zu erleichtern und um einen Beitrag zur Spracharbeit zu leisten, sollte das neue thematische Vokabular parallel zusammengestellt werden. Nach dem Expertenpuzzle besteht die Möglichkeit, das Vokabular aus allen Teilgruppen zusammenzutragen. Lernen durch Lehren Nach dem Prinzip "Lernen durch Lehren" werden die Informationen ausgetauscht. Die Experten übernehmen bei dem Vortrag ihrer Ergebnisse die Rolle der Lehrenden. Die Zuhörenden nehmen die Informationen als Lernende auf, stellen Rückfragen und geben eine Rückmeldung zum Vortrag. Das gemeinsame Klären von Rückfragen sowie die Retroalimentación sind Teil des Austauschs. Als Hilfestellung können sie den apoyo-Bogen nutzen. Kein Auswendiglernen oder Abschreiben Die Stammgruppenphase klingt unproblematisch; sie ist es jedoch nicht, sondern will gut überlegt sein. Denn ein didaktischer Stolperstein ergibt sich häufig dann, wenn die Anlage der Phase für die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit zum gegenseitigen, "kooperativen" Diktat bietet. Diesem Problem soll in der vorliegenden Unterrichtseinheit durch die anschließende Kommentierung der oda bilingüe mit dem Titel "Novísima oda a Barcelona" von Goytisolo begegnet werden. Informationen zur Interpretation nutzen Auf diese Weise besteht für die Stammgruppen eine inhärente Motivation, sich intensiv über alle Teilthemen auszutauschen, um zur oda bilingüe Stellung nehmen zu können. Zugleich findet in dieser Weiterverarbeitung des präsentierten und aufgenommenen Wissens, auch im Sinne der Nachhaltigkeit, eine Vernetzung statt. Es wird allerdings nicht erwartet, dass die Gruppen eine detaillierte Analyse des Fragments aus der "Novísima oda a Barcelona" vornehmen, sondern diese dient vielmehr als Diskussionsanlass über das Erarbeitete. Textalternativen Für die Weiterverarbeitung sind natürlich je nach Interesse und Fokus viele andere Texte denkbar, wie etwa weitere literarische Texte, andere Texte auf katalanisch oder aktuelle Pressemitteilungen. Die Aufgabenstellung der Gruppenarbeit ist so bemessen, dass sie eine komplexe Problemstellung enthält und von den Gruppen zu bewältigen ist. Selbstorganisation und Selbständigkeit Zur Förderung der Kooperationsfähigkeit sollen die Gruppen die Gelegenheit zu einer möglichst hohen Selbstorganisation und Selbständigkeit des Arbeitsprozesses erhalten. Die empirischen Erkenntnisse der Nürnberger Projektgruppe , die ich in meiner Praxis bestätigt gefunden habe, belegen, dass eine größtmögliche Zurückhaltung seitens der Lehrkraft in besonderer Weise förderlich für den Arbeitsprozess der Gruppen ist. Hilfestellung im Hintergrund Jede Interventionen seitens der Lehrkraft hat eine Neuorganisation durch die Gruppe zur Folge: Hinweise müssen aufgegriffen und verarbeitet werden. Da dies für die Gruppen zeitaufwändig ist, sollte stets überlegt werden, ob eine Intervention erforderlich ist, oder ob die Gruppen ihr Problem nicht selbst lösen können. Meist gelingt ihnen dies, und falls sie dennoch Schwierigkeiten haben sollten, besteht für die Gruppen die Möglichkeit, die Lehrkraft anzusprechen. Peer correction geht vor Lehrerkorrektur Im Zusammenhang mit der Spracharbeit kann zunächst auf die peer correction gesetzt und darüber hinaus ein zusätzliches Korrekturangebot je nach Leistungsvermögen der einzelnen Gruppen oder Lerngruppen gemacht werden. Dies erweist sich im Zusammenhang mit den Präsentationen als sinnvoll. Auch können die Präsentationen, sollen sie vorher geübt werden, vor der Lehrerin oder dem Lehrer vorgetragen werden. Spanisch als Arbeitssprache bei der Recherche: kein ausdrückliches Muss Der Fokus der Arbeit in den Expertengruppen liegt zunächst auf der Lesekompetenz. Insofern ist es in dieser ersten Phase verständlich, wenn die Schülerinnen und Schüler das Spanische als Arbeitssprache nicht konsequent einhalten. Meiner Ansicht nach würde die Lernsituation unter Umständen zu komplex geraten, würde man auf Spanisch als Arbeitssprache bestehen. Präsentationsplanung mit Spanisch als Arbeitssprache Anders sieht die Situation in der nachfolgenden Erstellung der Präsentationen aus. Hier ergibt sich aus der inhaltlichen und sprachlichen Vorbereitung heraus ein themenzentrierter Austausch. Das Spanische als Arbeitssprache ergibt sich somit quasi automatisch aus der Vorbereitung. Zudem ist eine Metakommunikation nur gelegentlich erforderlich. Gleichwohl sollten die Gruppen den Gebrauch des Spanischen kontrollieren und die ihnen bekannten Redemittel des español en clase verwenden. Reflexionen über das Spanische als Arbeitssprache Dass die Verwendung des Spanischen als Arbeitssprache in der Partner- oder Gruppenarbeit nicht ohne eine ständige Reflexion gelingt, wissen alle erfahrenen Kolleginnen und Kollegen. Da ich die Rolle eines "watchdog" für sehr unglücklich und nicht sinnvoll halte, erhalten die einzelnen Gruppen in meinem Unterricht für gewöhnlich Zeit für eine kurze Phase, um zu überlegen, wann es ihnen gut gelungen ist, Spanisch zu sprechen, an welchen Punkten es Schwierigkeiten gab und welche Maßnahmen oder Hilfen sie sich für die Verbesserung vorstellen können. Die Auswertung der Gruppenarbeit wird anhand von zwei (maximal drei) unterschiedlichen Positionen durchgeführt. Es ist zu erwarten, dass die Gruppen im Kommentar auf Folgendes Bezug nehmen: Verwendung der zwei Sprachen Kataloniens Historische und politische Veränderungen in der Franco-Diktatur und nach Francos Tod Selbstverständnis der Katalanen: Toleranz und Offenheit gegenüber Immigranten Rechercheergebnisse als Diskussionsansätze Die Aspekte werden die Gruppen wahrscheinlich unterschiedlich werten und gewichten. Sollten die Ergebnisse sich sehr ähneln, kann dies für die Diskussion ebenso fruchtbar sein. Wichtig ist, dass die Stichhaltigkeit der Aussagen auf der Grundlage des erworbenen Wissens diskutiert wird. Fachdiskussion und Ausblick An dieser Stelle können die Kommentare der übrigen Gruppen zur "oda bilingüe" in die Diskussion einbezogen werden. Weiterhin können offene Fragen besprochen und daraus eventuell neue Fragestellungen für den Folgeunterricht entwickelt werden. Abschluss der Einheit: die Evaluation Die Aspekte der Evaluation sind analog zu den Lernzielen der Unterrichtseinheit zu sehen. Der dementsprechend entwickelte Evaluationsbogen soll die Reflexion gezielt lenken und den Ausgangspunkt für das Evaluationsgespräch bilden. Dies bildet das entscheidende Element der Evaluation insofern, als es hier darum geht, Konsequenzen für die weitere Arbeit zu ziehen. Weitergehende Evaluationsergebnisse Neben der Förderung der Methodenbewusstheit, der Reflexion der Kompetenzen in der Internetnutzung, der internetbezogenen Lesestrategien, der Eigentätigkeit und der Kooperationsfähigkeit kann hier weiterer Lernbedarf ermittelt werden. Gleichzeitig erfolgt eine Retroalimentación seitens der Lerngruppe zur Internetrecherche, die Hinweise für die Durchführung weiterer Internetrecherchen ergeben kann. Schließlich bietet sich Raum für die Reflexion der Verwendung des Spanischen als Arbeitssprache in der Gruppenarbeit sowie im Zusammenhang mit der Internetnutzung, um diese mit der Lerngruppe konsequent weiterzuentwickeln.

Der Kampf gegen die irakischen Truppen dauerte keine zwei Monate. Die Gestaltung der Nachkriegsordnung im Irak ist dagegen langwieriger. Welche Rolle die UNO dort spielen kann und welche Position Deutschland einnimmt, erklärt der aktuelle Basisartikel.Seit dem offiziellen Ende des Irak-Kriegs sind mehr US-Soldaten ums Leben gekommen als während der Kampfhandlungen. Nachdem die Kosten für die Nachkriegsordnung das eingeplante Budget der USA übersteigen, bringen die USA wieder die UNO ins Spiel. Dabei waren die USA ohne UNO-Mandat mit ihren britischen Verbündeten im Irak einmarschiert, als die UNO den Interventionsplänen der Bush-Regierung ihre Unterstützung verweigerte.Die Schülerinnen und Schüler sollen unterschiedliche Positionen zur Gestaltung der Nachkriegsordnung im Irak kennen lernen. die Entstehung, Organisation und Befugnisse der UNO kennen lernen. die Rolle der Bundesrepublik Deutschland in der UNO kennen lernen. sich der Entschlussfindung innerhalb der UNO bewusst werden. das Internet als Informations- und Recherchemedium nutzen. Thema Der Irak, die UNO und die Rolle Deutschlands Autoren Wolfgang Bauchhenß und Michael Bornkessel Fach Politik, Sozialwissenschaften Zielgruppe Sek I und II, ab Klasse 10 Zeitaufwand je nach Intensität und Schwerpunktsetzung mindestens 3 Stunden Medien Computer mit Internetzugang (maximal zwei Personen pro Computer) Aus Siegern werden Besatzer Als US-Präsident George W. Bush am 1. Mai 2003 das Ende der "größeren Kampfhandlungen" im Irak verkündete, schien die Strategie der US-Militärs aufgegangen zu sein. Nach nicht einmal zwei Monaten war der Irak vollständig von Truppen der amerikanisch-britischen Koalition besetzt und das Regime von Saddam Hussein gestürzt. Doch mittlerweile musste Bush sein Scheitern eingestehen. In einer Rede an die Nation am 7. September erklärte er, dass die USA und ihre Verbündeten es bislang nicht geschafft hätten, die Lage im Nachkriegsirak unter Kontrolle zu bringen. Außerdem benötige er deutlich mehr Geld, als der US-Kongress für den Krieg bewilligt hätte. Kriegsende ohne Frieden Fast täglich sterben Soldaten der Besatzungstruppen bei Anschlägen irakischer Widerstandskämpfer oder bei Militäraktionen; mittlerweile sind dabei mehr US-Soldaten ums Leben gekommen als während des eigentlichen Krieges (vom 12. März bis 2. Mai 2003 starben nach offiziellen Angaben 138 US-Soldaten). Das zehrt an den Nerven der amerikanischen Bürgerinnen und Bürger, denn bislang hieß es von Seiten der Regierung immer wieder, der Krieg sei schnell vorbei und die Zahl der Opfer würde sich in Grenzen halten. Gewinnen kostet Der amerikanische Präsident musste in seiner Rede an die Nation am 7. September 2003 eingestehen, dass er für die Militäraktionen im Irak und in Afghanistan weitere 87 Milliarden US-Dollar vom Kongress benötige. Das ist deutlich mehr Geld, als der Kongress bislang für den Krieg bewilligt hat. Die Hauptkampfhandlungen haben die USA rund 48 Milliarden Dollar gekostet, die Besatzung bislang circa 10 Milliarden Dollar. Angesichts der finanziellen Nachforderungen hagelte es massive Kritik von allen Seiten. Selbst Parteifreunde waren empört und richteten deutliche Worte an den Präsidenten. Um einen Teil dieser Lasten auf mehrere Schultern zu verteilen, brachte der US-Präsident wieder die Vereinten Nationen (UNO - United Nations Organisation) ins Spiel, die er bislang konsequent außen vor gelassen hat. FAZ.NET: Rede an die Nation Auszüge aus der Rede des Präsidenten Bush und Reaktionen darauf. Machtkampf zwischen Pentagon und Außenministerium Dies lässt vermuten, dass sich ein fundamentaler Kurswechsel in der Irak-Frage anbahnt. Bereits vor dem Krieg gab es innerhalb der amerikanischen Regierung unterschiedliche Meinungen, wie sich die USA verhalten sollen. Während Außenminister Collin Powell darauf drängte, die internationale Gemeinschaft mit ins Boot zu holen, setzten der Verteidigungsminister Donald Rumsfeld und sein Stab im Pentagon, dem US-Verteidigungsministerium, ganz auf eine "Koalition der Willigen" ohne eine Beteiligung der UNO. Rumsfeld konnte sich letztlich durchsetzen. Die Gegner des Irakkriegs- insbesondere Frankreich und Deutschland, die immer gemahnt hatten, die UNO einzubinden - bekamen dies deutlich zu spüren: "French Fries" (Pommes Frites) wurden in einigen patriotischen Restaurants in "American Fries" umbenannt, und Rumsfeld nannte Deutschland in einem Atemzug mit Ländern wie Libyen und Kuba. Einbindung der UNO möglich Nachdem sich derzeit langsam herauskristallisiert, dass die US-Regierung die Kriegskosten deutlich unterschätzt hatte und die USA auf nicht absehbare Zeit Truppen im Irak stationieren müssen, gerät das Pentagon unter Druck und Powell gewinnt wieder an Einfluss. Will Bush in dieser Frage umschwenken, so ist er auf seinen Außenminister angewiesen. Denn dieser genießt international einen guten Ruf und hatte vor Kriegsausbruch alle diplomatischen Hebel in Bewegung gesetzt, um einen amerikanischen Alleingang zu verhindern. Da es jetzt so aussieht, als könnten sich die USA ihr Engagement finanziell nicht leisten, sollen die Vereinten Nationen nun doch ihren Beitrag zur Stabilisierung und zum Wiederaufbau des Irak erbringen. Atlantik-Charta: Frieden sichern Bereits im August 1941 trafen sich der amerikanische Präsident Franklin D. Roosevelt - von ihm ging die Initiative aus - und der britische Premierminister Winston Churchill. Beide überlegten, wie die Welt nach dem Ende des Krieges aussehen sollte und wie man zukünftig den Frieden garantieren könne. Während dieses Treffens erarbeiteten sie die so genannte Atlantik-Charta, die bereits wichtige Grundsätze der UNO enthält. Dazu gehören: die Selbstbestimmung der Völker, der freie Welthandel, die internationale wirtschaftliche Zusammenarbeit, Gewaltfreiheit, die Errichtung eines allgemeinen Sicherheitssystems. Völkerbund als Vorform Schon nach dem Ersten Weltkrieg 1918 war zur internationalen Friedenssicherung der Völkerbund gegründet worden. Ihm traten ehemalige Gegner des deutschen Kaiserreichs und auch neutrale Staaten bei. Die Durchsetzungskraft des Völkerbundes litt jedoch darunter, dass die USA kein Mitglied wurden. Dass er sein oberstes Ziel, die Friedenssicherung, nicht erreichte, zeigte spätestens 1939 der Beginn des Zweiten Weltkriegs. Direkt nach dem Zweiten Weltkrieg wurde der Völkerbund daher aufgelöst. Der Völkerbund ist tot, es lebe die UNO Der Artikel der renommierten "Le monde diplomatique" beleuchtet die Parallelen zwischen Völkerbund und UNO. 1945: UN-Charta tritt in Kraft Während des Zweiten Weltkriegs legten die alliierten Kriegsteilnehmer USA, Großbritannien und Sowjetunion sowie China, das von Japan, dem Verbündeten des nationalsozialistischen Deutschlands, besetzt war, anlässlich der Moskauer Außenministerkonferenz (19.-30. Oktober 1943) den Plan einer internationalen Konferenz zur Sicherung des Friedens fest. Auf der Konferenz von Jalta (4.-11. Februar 1945), auf der auch die Grenzen des besiegten Deutschen Reiches verhandelt wurden, regelten sie dann die Feinheiten. Schließlich unterzeichnete die am 25. April 1945 in San Francisco zusammengetretene "United Nations Conference On International Organisation" am 26. Juni 1945 die "Charta der Vereinten Nationen", die am 24. Oktober 1945 in Kraft trat. Charta der Vereinten Nationen Der komplette Wortlaut der UN-Charta vom 26. Juni 1945. Oft kritisieren Medien und Öffentlichkeit die Arbeit der UNO und fordern, sie solle nach dem Fall der Mauer und dem Ende des Ost-West-Konflikts eine größere, aktivere Rolle spielen. Meist kann die UNO die hohen Erwartungen nicht erfüllen. Das hat vor allem mit ihrer Struktur zu tun: Die UNO ist zwar eine internationale Organisation mit eigenen Organen und eigenem Personal. Letztlich entscheiden aber fünf Nationalstaaten als ständige Mitglieder des Sicherheitsrates, ob und wie die UNO handelt. Generalversammlung Das zentrale Organ der UNO ist die Generalversammlung. Einmal jährlich treffen sich von September bis Dezember Vertreter sämtlicher Mitgliedsstaaten (derzeit 191, nicht dabei sind zum Beispiel der Vatikanstaat oder Taiwan) zu ihrer ordentlichen Jahrestagung. Außerdem gibt es Tagungen bei aktuellem Bedarf wie zwischenstaatlichen Konflikten oder humanitären Katastrophen. Die Generalversammlung kann alle internationalen Fragen und Angelegenheiten erörtern, die in den Rahmen der UNO-Charta fallen. Sie spricht mit ihren Resolutionen aber lediglich Empfehlungen aus und besitzt keine ausführende Gewalt. Die Resolutionen sind für die einzelnen Mitgliedstaaten also nicht verbindlich. Generalsekretär Für jeweils fünf Jahre wählt die Generalversammlung einen Generalsekretär. Er ist der ranghöchste Vertreter der UNO und führt die laufenden Geschäfte. Der aktuelle Generalsekretär, Kofi Annan, stammt aus Ghana. Der Sicherheitsrat Viel mächtiger als die Generalversammlung ist der Sicherheitsrat, das wichtigste UNO-Gremium. Er beschließt militärische Aktionen, wenn der Frieden bedroht oder bereits gebrochen ist. Meist handelt es sich nicht um aktive Kampfhandlungen, sondern um friedenssichernde Maßnahmen. Ohne die Zustimmung der fünf ständigen Sicherheitsratsmitglieder läuft in der UNO gar nichts. Die ständigen Mitglieder besitzen ein Veto-Recht, mit dem sie jede Entscheidung blockieren können. Bei Gründung der UNO wollte man so verhindern, dass die Vereinten Nationen von einzelnen Großmächten für eigene Interessen instrumentalisiert werden. Die ständigen Mitglieder Neben den USA und Russland (als Nachfolgestaat der Sowjetunion) besitzen Großbritannien, Frankreich und China einen ständigen Sitz im Sicherheitsrat. Außerdem sind in diesem Rat noch zehn weitere Staaten vertreten, die von der Generalversammlung für eine jeweils zweijährige Amtszeit gewählt werden. Jedes Jahr wechseln fünf nichtständige Mitglieder. Bis zum 31. Dezember 2004 gehört auch Deutschland dazu. Stern-Infografik: Das System der Vereinten Nationen Übersicht über die Hauptorgane der UNO und ihre Zusammensetzung. Konsequenzen für die Irak-Frage Solange sich die fünf ständigen Mitglieder also bei einem Problem nicht einig sind, kann die UNO nicht aktiv werden. Das heißt im Falle der Nachkriegsordnung im Irak, dass sich die USA mit den anderen ständigen Mitgliedern und den Gegnern des Irakkriegs einigen muss und beide Seiten einen Kompromiss finden müssen. Erst dann kann der Sicherheitsrat mit einer entsprechenden Resolution eine UNO-Mission einrichten, die einen Teil der finanziellen und militärischen Lasten schultern kann, die derzeit die USA und Großbritannien tragen. Deutschland, die UNO und die Irak-Frage Als DDR und BRD 1973 der UNO beitraten, gab es keine außenpolitische Souveränität. Helfen ja, bestimmen nein - Die UNO im Nachkriegs-Irak Alte Gräben zwischen Kriegsbefürwortern und Kriegsgegnern tun sich wieder auf. Die Rolle Deutschlands in der UNO Deutschland fällt in der Irak-Frage nicht nur deswegen eine besondere Bedeutung zu, weil es bis Ende 2004 ein nicht ständiges Mitglied des Sicherheitsrates ist. Das wiedervereinigte Deutschland hat sich in den vergangenen Jahren außenpolitisch gemausert und nimmt mittlerweile für sich in Anspruch, international eine größere Rolle zu spielen. 1973: Aufnahme in die UNO Als die Bundesrepublik und die DDR den Vereinten Nationen am 18. September 1973 beitraten, war an eine unabhängige Außenpolitik nicht zu denken. Während des Kalten Kriegs verlief die Grenze zwischen Ost und West mitten durch Deutschland. Zu dieser Zeit waren beide deutschen Staaten - mehr oder weniger - von ihren jeweiligen Schutzmächten abhängig und spielten außenpolitisch keine eigenständige Rolle. Der Ost-West-Konflikt überlagerte alles, und die beiden Großmächte, die USA und die Sowjetunion, bestimmten die Weltpolitik. Die DDR erreichte mit ihrer Aufnahme in die UNO als 133. Mitglied das Ziel einer weltweiten Anerkennung. Die BRD war UN-Mitglied Nr. 134. Außenpolitische Souveränität seit der Wiedervereinigung Erst nach der Wiedervereinigung, beziehungsweise mit Inkrafttreten des so genannten 2+4 Vertrages zwischen BRD, DDR und den alliierten Mächten USA, Sowjetunion, Großbritannien und Frankreich, erlangte das wiedervereinigte Deutschland seine volle Souveränität. Heute, mehr als zehn Jahre danach, beteiligt sich Deutschland an zahlreichen internationalen Operationen im Rahmen der NATO und der UNO. Deutsche Truppen sichern derzeit im Rahmen einer UNO-Mission zum Beispiel die afghanische Hauptstadt Kabul, und deutsche Spezialkräfte suchten während des Kriegs in Afghanistan zusammen mit US-Soldaten nach Taliban-Kämpfern. So ist nicht verwunderlich, dass Deutschland auch in der UNO eine größere Rolle spielen möchte. Die Bundesregierung setzt sich daher dafür ein, dass Deutschland ein ständiges Sicherheitsratsmitglied wird, bislang aber ohne Erfolg. Bundeszentrale für politische Bildung: Deutschland und die UNO Das Handwörterbuch des politischen Systems der Bundesrepublik informiert über die deutsche Doppelmitgliedschaft in der UNO und die deutsche UNO-Politik nach der Wiedervereinigung. Keine deutschen Soldaten in den Irak Die Bundesregierung machte bereits mehrfach deutlich, dass sie keine deutsche Soldaten - auch nicht im Rahmen einer UNO-Mission - im Irak stationieren will. Zusammen mit Frankreich und Russland setzt sich Deutschland insbesondere dafür ein, dass der von den USA eingesetzte irakische Verwaltungsrat möglichst schnell die Verwaltung von den USA und Großbritannien übernehmen soll. Die UNO, nicht die Besatzungsmächte, soll nach Ansicht der Bundesregierung den politischen Prozess gestalten und die Übergabe der Macht an die Iraker beschleunigen. US-Außenminister: "Deutschland wird seiner Rolle gerecht." Diese Pläne lehnte der US-amerikanische Außenminister aber bereits ab: "Wir können keiner Formulierung zustimmen, die den Eindruck erwecken würde, dass die von Paul Bremer geführte Zivilverwaltung überflüssig ist oder abtritt", sagte Powell in einem Interview mit der ARD. Zum Beitrag Deutschlands sagte er: "Jedes Land muss selbst entscheiden, welchen Beitrag es leisten will." Die Bundesrepublik leiste viele andere Beiträge, vor allem in Afghanistan. "Deutschland wird seiner Rolle gerecht", so Powell weiter. Absprachen mit Frankreich und Russland Entscheidend für das deutsche Gewicht in der Irak-Frage ist, dass sich die Bundesregierung mit Russland und besonders intensiv mit Frankreich abstimmt und gemeinsame Positionen entwickelt. Bereits vor dem Krieg setzten sich diese drei Länder dafür ein, dass die USA nicht im Alleingang, sondern gemeinsam mit der internationalen Staatengemeinschaft handeln. Nun, nachdem immer deutlich wird, dass sich die USA militärisch und finanziell übernommen haben, ist US-Präsident Bush auf die Unterstützung der ehemaligen Gegner des Irakkriegs angewiesen. Welche Funktion die UNO bei der Gestaltung der Nachkriegsordnung im Irak haben soll, darüber sind sich die beteiligten Parteien noch lange nicht einig. In seiner Rede an die Nation sagte US-Präsident Bush, dass die Mitglieder der Vereinten Nationen jetzt "eine Möglichkeit und die Verantwortung" haben, eine größere Rolle zu spielen. So will er sicherstellen, "dass der Irak ein freies und demokratisches Land wird". USA beanspruchen Führungsrolle Nun muss Außenminister Powell mit den anderen Sicherheitsratsmitgliedern verhandeln, um diese vage formulierte Absichtserklärung in eine konkrete UNO-Resolution umzusetzen. Seine Mission bei den Vereinten Nationen ist schwierig, denn die USA wollen sowohl in militärischen Fragen als auch beim politischen Wiederaufbau das Kommando behalten. Im Gegensatz dazu fordern die Gegner des Irakkriegs, unter anderem Frankreich und Deutschland, dass die UNO beim Wiederaufbau der politischen Strukturen allein das Sagen haben soll. Ringen um neue Irak-Resolution Daher trafen sich am 13. September 2003 die Außenminister der fünf ständigen Sicherheitsratsmitglieder mit dem UNO-Generalsekretär Kofi Annan in Genf und berieten, wie eine neue Irak-Resolution aussehen kann, die von allen Seiten akzeptiert wird. Doch das Treffen blieb ohne Ergebnis. Noch liegen die Positionen zu weit auseinander. Beide Seiten bezeichneten die Begegnung allerdings als "ermutigend". Die Beratungen sollen in New York fortgesetzt werden. Die Kontrahenten: Frankreich und die USA Frankreich forderte bereits, ab Oktober 2003 eine irakische Übergangsregierung zu bilden, die bis zum Jahresende einen Verfassungsentwurf ausarbeiten und im Frühjahr 2004 Parlamentswahlen abhalten soll. Die USA halten diese Pläne aber für unrealistisch, wollen sich in keinen Zeitplan drängen lassen und auch unter einem UN-Mandat das militärische und politische Kommando behalten. Es werden sicher noch einige Treffen nötig sein, um die unterschiedlichen Vorstellungen von Frankreich und den USA unter einen Hut zu bekommen und einen für alle Seiten akzeptablen Resolutionsvorschlag vorzulegen. Humanitäre Aufgaben Bislang spielen die Vereinten Nationen im Irak nur eine untergeordnete Rolle. Sie kümmern sich vor allem um humanitäre Angelegenheiten und die Verteilung von Lebensmitteln an die hungernde Bevölkerung. Der Sicherheitsrat verabschiedete im Mai 2003 die Resolution 1482, die unter anderem die Besatzungsbefugnisse der Koalition anerkennt und die seit langer Zeit bestehenden Sanktionen aufhebt. Des weiteren wurde das "Oil-for-food"-Programm für sechs Monate verlängert. Es sieht vor, dass der Irak - trotz Embargos - Öl verkaufen darf, um mit den daraus erzielten Gewinnen Lebensmittel und humanitäre Güter kaufen zu können. Anschlag auf den UN-Sonderbeauftragten für den Irak Außerdem richtet die Resolution 1482 das Amt eines Sonderbeauftragten für den Irak ein. Dieser soll mit dem von den Besatzungsmächten eingesetzten irakischen Regierungsrat kooperieren und dazu beitragen, dass sich die Situation schnell stabilisiert und bald eine vom irakischen Volk gewählte Regierung das Amt antreten kann. Der von UNO-Generalsekretär ernannte Sonderbeauftragte für den Irak Sergio Vieira de Mello fiel allerdings im August 2003 einem Bombenanschlag auf das UNO-Hauptquartier in Bagdad zum Opfer, bei dem weitere 21 UNO-Mitarbeiter starben. Jetzt koordiniert der Portugiese Ramiro Lopes da Silva die Arbeiten der UNO im Irak. Auch für die UNO wächst die Gefahr, Ziel von Anschlägen zu werden. Ziel der Attentäter ist es, die Stabilisierung der Lage im Irak zu verzögern und so die Position der USA und aller am Wiederaufbau beteiligten ausländischen Kräfte zu schwächen. UN Homepage: News Focus Iraq Täglich aktualisierte Meldungen, Fotos und Videos von der Arbeit der UNO im Irak. Die Seite erscheint in englischer, französischer und arabischer Sprache.

Litauen, die Slowakei oder Zypern gehören in wenigen Monaten zur Europäischen Union. Doch das alte Europa weiß wenig über die EU-Neulinge. Mit diesem Basisartikel lassen sich Wissenslücken füllen.Zehn Länder treten am 1. Mai 2004 der Europäischen Union bei. Es sind so unterschiedliche Staaten wie die sonnige Mittelmeerinsel Malta oder die baltischen Republiken, die früher zur Sowjetunion gehörten. Der Beitritt Bulgariens und Rumäniens soll 2007 vollzogen werden. Ob die Türkei ein möglicher EU-Kandidat ist, ist dagegen noch strittig. Wir stellen Ihnen die zehn EU-Neulinge vor und zeigen mit Links, wo Sie detaillierte Informationen zu den einzelnen Beitrittsländern finden.Die Schülerinnen und Schüler sollen sich über die Staaten informieren, die 2004 neu in die Europäische Union aufgenommen werden. Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der Vorbereitung des EU-Beitritts in den einzelnen Ländern erkennen. sich der Bedeutung der bevorstehenden Erweiterung der Europäischen Union bewusst werden. das Internet als Informations- und Recherchemedium nutzen. Thema EU-Erweiterung 2004: Die neuen Mitglieder im Überblick Autoren Wolfgang Bauchhenß und Michael Bornkessel Fach Politik, Sozialwissenschaften Zielgruppe Sek I und II, ab Klasse 10 Zeitaufwand je nach Intensität und Schwerpunktsetzung pro Land mindestens 1 Stunde Medien Computer mit Internetzugang Von der Volksrepublik zur Dritten Republik Schon vor dem Fall des Eisernen Vorhangs begann eine langsame Annäherung zwischen dem ehemaligen Ostblockstaat Polen und der Europäischen Union: Bereits 1989 unterzeichneten Vertreter der EU und Polens ein Handels- und Wirtschaftsabkommen. Im selben Jahr hatten die ersten freien Wahlen in Polen stattgefunden, bei der die Opposition klar über die kommunistische Arbeiterpartei siegte. Noch Ende 1989 änderte das Parlament die Verfassung des Landes: Aus der kommunistischen Volksrepublik Polen wurde die Republik Polen, die so genannte Dritte Republik. Seit den neunziger Jahren haben alle polnischen Regierungen große Anstrengungen unternommen, die Kriterien für den Beitritt zu erfüllen. Das größte der Kandidatenländer wird daher bereits bei der ersten Erweiterungsrunde 2004 mit dabei sein. Positives Referendum Mit fast 40 Millionen Bürgerinnen und Bürgern betritt ein neues Schwergewicht die europäische Bühne. Bei einem Volksentscheid sprachen sich im Juni 75,5 Prozent der Polen, die an dem Referendum teilnahmen, für den EU-Beitritt aus. Die Beteiligung lag allerdings nur bei 58,8 Prozent. Wegen der hohen Arbeitslosigkeit im Land (um 18 Prozent) sieht ein Teil der Bevölkerung den politischen Veränderungen mit gemischten Gefühlen entgegen. Gerade aber die jüngere Bevölkerung steht der europäischen Integration im Wesentlichen positiv gegenüber. Landwirtschaft hat Schlüsselrolle Polen dürfte ein eigenwilliger Partner in der EU werden. Bei den Beitrittsverhandlungen feilschte Premierminister Leszek Miller bis zum Schluss um die Agrarsubventionen und drohte, die gesamten Verhandlungen platzen zu lassen. Die Landwirtschaft ist der wichtigste polnische Wirtschaftszweig: Über 60 Prozent der Fläche Polens werden für landwirtschaftliche Zwecke genutzt, jeder 5 Arbeitnehmer ist in der Landwirtschaft beschäftigt. Daher wird es bei künftigen Verhandlungen sicherlich noch öfter Streit um finanzielle Hilfen für die polnischen Bauern geben. Strukturhilfen zur Entwicklung des Landes Polen wird außerdem zum größten Empfänger von Strukturhilfen der EU. Mit diesem Geld sollen in den wenig entwickelten Gegenden des Landes Straßen und Eisenbahnstrecken saniert und Umweltprojekte finanziert werden. Schon in den vergangenen Jahren sorgten solche Hilfen oftmals für Streit bei den Gipfeltreffen der Staats- und Regierungschefs der Europäischen Union. Orientierung nach Europa Ungarn stellte Ende der achtziger Jahre nach der politischen Wende im ehemaligen Ostblock schnell die Weichen in Richtung Europa. Das Land etablierte rasch Handelsbeziehungen mit EU-Staaten und unterzeichnete als erster Staat des ehemaligen Ostblocks 1991 ein Assoziierungsabkommen mit der EU. Dieses Abkommen sah nicht nur Erleichterungen beim Handel (wie etwa Zollerleichterungen) vor, sondern gezielt auch politische Zusammenarbeit wie etwa die Angleichung von Gesetzen und Institutionen. Es war also ein erster Schritt beim Umbau des politischen Systems Ungarns in Richtung EU. Vorherige Abkommen waren meist reine Handelsabkommen. Ungarischer Wirtschaftsboom Schon früh entwickelte sich Ungarns Wirtschaft in die richtige Richtung: Das Land gehört zu den Boom-Staaten unter den Beitrittskandidaten, die Arbeitslosenquote liegt lediglich zwischen fünf und sechs Prozent. So war es für die ungarische Regierung unter Premierminister Viktor Urban auch kein nennenswertes Problem, die Voraussetzungen für den Beitritt im Jahr 2004 zu erfüllen. Bei einem Volksentscheid über den Beitritt zur EU stimmten 84 Prozent mit Ja, allerdings war die Wahlbeteiligung mit knapp 46 Prozent extrem niedrig. Moderne Infrastruktur Schon heute verfügt Ungarn über eine gut ausgebaute und moderne Infrastruktur, die den Handel mit den Nachbarstaaten erleichtert. Die Lage an den Grenzen zu Kroatien, Serbien und dem künftigen EU-Nachbarn Rumänien (voraussichtlich 2007) macht das Land zu einem wichtigen Grenzstaat der neuen Union. Ein bedeutender Wirtschaftsfaktor ist in Ungarn seit jeher der Tourismus; viele EU-Nachbarn verbringen seit Jahren ihren Urlaub an der Donau und am Plattensee (ungarisch Balaton), dem größten Binnensee Mitteleuropas. Vaclav Havel ebnete den Weg in die EU Deutschlands Nachbarland Tschechien liegt bald mitten in Europa: Von allen Seiten wird die junge Republik künftig von EU-Nachbarn umgeben sein. Nach der politischen Wende 1989 - die Tschechen wählten nach der "samtenen Revolution" vom November 1989 den vormaligen Bürgerrechtler Vaclav Havel zum Staatspräsidenten - zeichnete sich auch der Weg der damaligen Tschechoslowakei in die Europäische Union ab. Zuvor spaltete sich allerdings Ende 1992 die Slowakei ab, mit der Tschechien nach dem Ende des Ersten Weltkriegs 1918 gemeinsam als Tschechoslowakei die Unabhängigkeit von der Habsburger Monarchie errungen hatte. Umbau des Wirtschaftssystems Die EU nahm daher Verhandlungen mit beiden Staaten auf. Ende der neunziger Jahre machte die Tschechische Republik einen harten Prozess des wirtschaftlichen Umbaus durch, bevor sie die Beitrittskriterien erfüllen konnte. Wie in allen Staaten des Ostblocks galt dort bis zum Zusammenbruch des Sozialismus die kommunistische Planwirtschaft, die dann abrupt von der Marktwirtschaft abgelöst wurde. Im Gegensatz zu Polen spielt die Landwirtschaft in der Tschechischen Republik eine geringe Rolle. Wichtige Wirtschaftszweige sind dagegen die Stahl- und Chemieindustrie sowie der Maschinenbau. Trotz des Wirtschaftswachstums ist die Arbeitslosenquote um 9 Prozent (2003) ein wichtiges strukturelles Problem. Deutschland ist der wichtigste Handelspartner Tschechiens, und auch für Deutschland steht die Tschechische Republik an erster Stelle der Handelspartner unter den Mittel- und Osteuropäischen Staaten. Europa-skeptischer Staatspräsident Klaus Der Nachfolger von Vaclav Havel, der 2003 gewählte Staatspräsident Vaclav Klaus, machte bereits vor dem Beitritt, etwa im Zusammenhang mit dem EU-Konvent, als EU-Kritiker auf sich aufmerksam. Trotz des kritischen Präsidenten sagte eine breite Mehrheit von 77 Prozent beim Beitrittsreferendum im Juni 2003 "Ja" zur Europäischen Union. Die Wahlbeteiligung von 55 Prozent war allerdings sehr niedrig. Eigenständig in die EU Der jüngste der neuen EU-Staaten existiert erst seit zehn Jahren. Im Januar 1993 spaltete sich die Slowakei von der Tschechischen Republik ab, mit der sie seit 1918 als Tschechoslowakei vereinigt gewesen war. Kritiker der Teilung befürchteten damals, dass die Slowakei ohne den tschechischen Partner in große wirtschaftliche Schwierigkeiten geraten würde. Doch die Regierung beantragte schon 1995 den Beitritt zur EU - fest davon überzeugt, die Beitrittshürden ohne größeren Probleme zu meistern. Das gelang den Slowaken auch in kurzer Zeit. Arbeitslosigkeit trotz Wirtschaftsboom Nach einer Konjunkturflaute um die Jahrtausendwende stieg das Bruttoinlandsprodukt wieder, und auch die für den Beitritt nötigen institutionellen Reformen erledigte der Staat rasch. Generell bestehen diese institutionellen Reformen in den künftigen EU-Staaten darin, das politische System an das der EU-Staaten anzugleichen. (So müssen etwa Stellen geschaffen werden, bei denen die Bürger sich bei Verbraucherschutzfragen oder bestimmten Rechtsproblemen wenden können.) 2002 überrundete der Staat in puncto Wirtschaftswachstum mit vier bis fünf Prozent sogar alle benachbarten Beitrittsländer. Problematisch bleibt allerdings die hohe Arbeitslosigkeit von über 17 Prozent im Jahr 2003, die im Vergleich zu den anderen Beitrittsländern ebenfalls Rekordniveau hat. Klares Votum für Europa Bei der Volksbefragung im Mai 2003 zeigten sich die Slowaken als Befürworter der Europäischen Union. Über 92 Prozent Ja-Stimmen waren ein klares Votum für Europa, auch wenn die Teilnahme am Referendum nur knapp über den erforderlichen 50 Prozent lag. Auch die führenden Politiker des Landes, Staatspräsident Rudolf Schuster und Ministerpräsident Mikulás Dzurinda, unterstützen den slowakischen EU-Beitritt. Nun werden ab 2004 5,5 Millionen Slowaken und 10,2 Millionen Tschechen wieder friedlich vereint sein - als Nachbarn in der Europäischen Union. Europäische Union statt Sowjetunion Ein weiterer osteuropäischer Beitrittskandidat ist Estland. Die kleinste der drei baltischen Republiken gehörte wie ihre Nachbarstaaten vor 1990 zur Sowjetunion, die das Land 1940 und nach dem Abzug der deutschen Besatzungstruppen 1944 erneut okkupierte. Nach dem Ende des Kalten Krieges und dem Zusammenbruch des Sozialismus erklärten die Esten im Herbst 1991 ihre Unabhängigkeit von der Sowjetunion und gründeten ihren eigenen Staat. Schon bald orientierten sie sich in Richtung Westen. 1995 stellten sie den Antrag auf Aufnahme in die Europäische Union. Zuvor hatte die Republik ein Freihandelsabkommen mit der EU unterzeichnet. Westorientierung der Wirtschaft Die Esten schafften es, in der ersten Runde der Osterweiterung dabei zu sein. Sie stellten sich nach der Trennung von Russland rasch auf neue Handelspartner im Westen ein: Im Jahr 2000 gingen bereits 77 Prozent der Exporte in Länder der EU. Neben den skandinavischen Nachbarn Finnland und Schweden ist Deutschland ein großer Abnehmer der Elektro-, Textil und Holzprodukte, die den Export bestimmen. Arbeitslosigkeit ist allerdings auch in Estland ein Problem. 2002 lag die Arbeitslosenquote im Land bei durchschnittlich zehn Prozent. Positives Referendum für EU-Beitritt Ab Mai 2004 werden die 1,4 Millionen Esten, die von Präsident Arnold Rüütel und vom jungen Ministerpräsidenten Juhan Parts regiert werden, zu Unionsbürgern. Auch sie haben sich in einer Volksbefragung mehrheitlich mit 67 Prozent für den Beitritt ausgesprochen und feierten anschließend auf EU-Partys das klare Votum, an dem sich 63 Prozent der Wahlberechtigten beteiligt hatten. Lettland sagt Ja Auch Lettland erlangte 1991 wie Estland und Litauen seine Unabhängigkeit von der Sowjetunion. Der junge Staat führte Demokratie und Marktwirtschaft ein und intensivierte seine Beziehungen zu den westeuropäischen Nachbarstaaten. 1995 beantragte die lettische Regierung die Aufnahme in die Europäische Union. 2000 begannen offiziell die Beitrittsverhandlungen, die 2002 auf dem Gipfel von Kopenhagen für abgeschlossen erklärt wurden. Bei dem Referendum zum EU-Beitritt 2003 gab es 67 Prozent Ja-Stimmen. Die Wahlbeteiligung lag mit 67 Prozent deutlich über der in anderen Beitrittsländern. Damit kann auch Lettland im Mai 2004 der EU beitreten. Wirtschaftliche Stabilisierung Nachdem sich die wirtschaftliche Lage - die immer noch von der russischen Wirtschaft abhängt - Ende der neunziger Jahre stabilisierte, konnte Lettland die Beitrittskriterien erfüllen. Der Außenhandel des Landes ist inzwischen eindeutig auf die Europäische Union ausgerichtet. Deutschland ist der wichtigste Handelspartner der Letten. Zentrales Problem der Wirtschaft ist die Arbeitslosigkeit, die nach internationalem Berechnungsschlüssel zwischen 13 und 14 Prozent liegt (nach lettischen Berechnungsmodus dagegen 2003 zwischen 8 und 9 Prozent). Minderheitenschutz für Russen Ein größeres Problem war der Umgang mit den Minderheiten im Land: In Lettland lebt - ähnlich wie in Estland - eine große russische Minderheit (fast 30 Prozent der Bevölkerung), deren Rechte nach der Unabhängigkeit zunächst eingeschränkt wurden. Mittlerweile hat die lettische Regierung - seit 2002 unter dem Ministerpräsidenten Einars Repse - den Minderheitenschutz besser geregelt und so den Weg nach Europa frei gemacht. Blutiger Weg in die Unabhängigkeit Litauen war der erste der drei baltischen Staaten, der sich von der Sowjetunion löste: Schon im Frühjahr 1990 erklärten sich die Litauer für unabhängig, wobei der Prozess der Unabhängigkeit von Moskau besonders konfliktreich verlief. Moskau erkannte die Unabhängigkeit nicht an und stürzte die frei gewählte litauische Regierung im Januar 1991. Bei dem Versuch russischer Soldaten, den litauischen Fernsehturm in Vilnius zu stürmen und damit die Berichterstattung über den Militäreinsatz zu stoppen, wurden 14 Menschen erschossen. Die Litauer hatten daher ein besonders starkes Interesse daran, sich nach ihrer Unabhängigkeit nach Westeuropa zu orientieren. 1995 beantragten sie formell ihre Aufnahme in die EU. 90 Prozent für Europa Wie ihre baltischen Nachbarn unternahmen auch die Litauer große Anstrengungen, um ihre immer noch von Russland beeinflusste Wirtschaft fit für die EU zu machen. Doch dies gelang ebenso wie die Anpassung der staatlichen Institutionen an EU-Richtlinien. Seit Januar 2003 ist der junge Rolandas Paksas Staatspräsident; Premierminister ist Algirdas Brazauskas. Nachdem beim Referendum mehr als 90 Prozent der Bevölkerung für Europa stimmten, war klar, dass Litauen - wo nach Berechnungen des französischen Nationalinstituts für Geografie das geografische Zentrum Europas liegt - 2004 zu den Beitrittsländern zählen wird. Wirtschaftswunderland Mit Slowenien ist auch ein Teilstaat der ehemaligen Bundesrepublik Jugoslawien unter den neuen EU-Nachbarn. 1991 erklärte die junge Republik ihre Unabhängigkeit. Mit einem wahren "Wirtschaftswunder" qualifizierte sich Slowenien für den Beitritt zur Europäischen Union: In knapp zehn Jahren mauserte es sich zum reichsten Land unter den Beitrittskandidaten; die Arbeitslosenquote liegt um die sieben Prozent. Bereits als Teilstaat der "Sozialistischen Föderativen Republik Jugoslawien" war Slowenien der Teil des Landes, der sich am deutlichsten nach Westeuropa orientierte. Außenhandel auf EU ausgerichtet Ein wichtiger Wirtschaftsfaktor ist in Slowenien wie in Ungarn der Tourismus. Wichtige Industriezweige sind darüber hinaus die Auto-, Maschinenbau-, Textil- und chemische Industrie, aber auch die Holzverarbeitung. Die wichtigsten Handelspartner des Landes sind Deutschland, Frankreich und Österreich. Insgesamt ist der Außenhandel klar auf die EU-Länder ausgerichtet. Beitritt zur EU und zur NATO Als einziges neues EU-Land dürfte Slowenien Nettozahler werden. Das bedeutet, dass Slowenien mehr Geld in den gemeinsamen EU-Topf einzahlt als es aus diesem Topf bekommt. Die slowenische Regierung unter Staatspräsident Janez Drnovšek und Ministerpräsident Anton Rop kann dem Mai 2004 also gelassen entgegen sehen, zumal auch hier die EU-Befürworter beim Beitrittsreferendum mit 89 Prozent deutlich die Nase vorne hatten. Gleichzeitig beschloss Slowenien auch den Beitritt zur NATO, für den sich allerdings mit 66 Prozent deutlich weniger Malteser als für den EU-Beitritt aussprachen. Geteilte Insel Die drittgrößte Mittelmeerinsel hat eine schwierige Geschichte: Ähnlich wie einst Deutschland ist Zypern in zwei Staaten geteilt. Doch anders als bei uns verläuft die Trennlinie seit 1974 nicht zwischen Ost und West, sondern zwischen Nord und Süd. Die Feindschaft zwischen der griechischen Republik Südzypern und der türkischen Republik Nordzypern erschwerte lange Jahre den EU-Beitritt Zyperns, den sich die griechischen Zyprioten schon lange wünschen. So zogen sich die Beitrittsverhandlungen zwölf lange Jahre hin. Die Versuche, die Teilung der Insel zu beenden, blieben trotz der Bemühungen der Vereinten Nationen bislang erfolglos. Südzypern wird EU-Mitglied Im Mai 2004 wird zunächst der südliche Teil der Insel der Europäischen Union beitreten. Damit wird ein kleiner Staat mit gerade mal 670.000 Einwohnern EU-Mitglied. Um die Beitrittskriterien zu erreichen, musste sich die zypriotische Regierung unter Präsident Tassos Papadopoulos kaum anstrengen, da die Insel solide Wirtschaftsdaten aufweisen kann. Wirtschaftsfaktor Tourismus Der Tourismus ist die wichtigste Devisenquelle der griechischen Republik Südzypern. Wichtige Industriezweige in dem landwirtschaftlich geprägten Teil der Insel sind die Textil- und Schuhproduktion. Insgesamt ist der südliche Teil der Insel wohlhabender als der türkische Nordteil. 53,6 Prozent für den EU-Beitritt Ein paar kleine Inseln im Mittelmeer - auf den ersten Blick wirkt Malta weit weg von der Europäischen Union mit ihren westeuropäischen Wirtschaftszentren. Doch ab Mai 2004 wird auch die Regierung der sonnigen Inseln aus der Hauptstadt Valletta regelmäßig in diese Zentren reisen, um an den EU-Gipfeln teilzunehmen. Schon seit den siebziger Jahren bestehen Assoziierungsabkommen zwischen Malta und der EU. Doch immer waren sich die Malteser uneins, ob sie der EU völlig beitreten sollten. Nun haben sie es gewagt. Unter Staatspräsident Guido de Marco wurde im März 2003 ein Referendum zum EU-Beitritt der Inselrepublik durchgeführt, bei dem sich die Bevölkerung mit einer knappen Mehrheit von 53,6 Prozent für den Beitritt entschied. Insel des Sprachtourismus Dafür sprachen die engen Verbindungen, die Malta bisher mit der EU hat. Der Handel wird größtenteils mit EU-Staaten abgewickelt. Auch der Tourismus, schon heute ein wichtiger Wirtschaftsfaktor, dürfte vom Beitritt profitieren. Die meisten Besucher der Insel kommen aus Großbritannien. Schließlich ist Englisch neben Maltesisch die offizielle Sprache der Insel, denn Malta war von 1800 bis 1964 britische Kolonie. An zweiter Stelle stehen die Touristen aus Deutschland, darunter ein großer Teil Schülerinnen und Schüler beziehungsweise Studierende, die auf den Inseln einen Sprachkurs besuchen.

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

In der vorliegenden Unterrichtseinheit "Der programmierbare Roboterarm" sollen die Schülerinnen und Schüler erste Einblicke in die Automatenprogrammierung und die Strukturierung von Programmen erhalten. Die Materialien können für die Erarbeitung im Unterricht und zur Wiederholung oder Prüfungsvorbereitung - auch am heimischen Rechner - eingesetzt werden.Die Behandlung des Themas "Informationen verarbeiten" wird an vielen Schulen mittels der Programme "Karol - der Roboter" oder "Kara" erledigt. Bei beiden Programmen tun sich die Schülerinnen und Schüler schwer damit, Sensoren zu erkennen und automatisierte Abläufe hineinzuinterpretieren. An diesem Problem soll nun der "Roboterarm" ansetzen und den Lernenden diese wichtigen Begriffe der Informatik praxisnah veranschaulichen. Das in dieser Unterrichtseinheit verwendete dreidimensionale Modell eines Roboterarms wurde durch die objektorientierte Programmiersprache VRML (Virtual Reality Modeling Language) verwirklicht.Der programmierbare Roboterarm setzt jede Eingabe der Schülerinnen und Schüler bildlich um - durch diese Veranschaulichung ist der Lernerfolg "vorprogrammiert". Das VRML-Plugin von blaxxun Contact steht kostenfrei zur Verfügung. Der gesamte Kurs "Der programmierbare Roboterarm" ist in vier Kapitel unterteilt. Während sich die ersten drei Kapitel an die Klassen 7 bis 8 richten, können die Inhalte des vierten Kapitels auch in Klasse 10 beziehungsweise Jahrgangsstufe 11 und 12 zum Einsatz kommen. Ausführliche Hinweise zum Lehrplanbezug (hier Sachsen) finden Sie auf den folgenden Seiten. 1. Einführung in die Automatenprogrammierung - Sensoren und Zustände Schülerinnen und Schüler erkunden den Roboterarm. Sie erstellen das UML-Diagramm und modifizieren es durch Methodenaufrufe. 2. Einführung in die Automatenprogrammierung - Lineare Programmierung Nach dem "Spielen" mit dem Roboterarm über die Programmbuttons geht es nun um die Automatisierung von Abläufen - der eigentlichen Aufgabe von Robotern. 3. Einführung in die Automatenprogrammierung - Programmanalyse Die Lernenden müssen die Zusammenhänge zwischen den Sensorzuständen und den Methodenaufrufen abstrahieren. 4. Strukturiertes Programmieren - Nutzung von Kontrollstrukturen Nach dem linearen Programmieren lernen die Schülerinnen und Schüler Schleifen und Verzweigungen kennen. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen durch die Nutzung des VRML-Modells die Sensoren und ihre verschiedenen Zustände an einem Roboterarm. untersuchen das UML-(Unified Modeling Language-)Diagramm des "Industrieroboters" sowie das Schema der Zustände und ihre Beeinflussung mit verschiedenen Methoden. bestimmen vorprogrammierte Bewegungsabläufe unter Berücksichtigung der Sensorenzustände mittels Programmeingabe und halten diese in Zustandstabellen fest. untersuchen die Kontrollstrukturen Schleifen (Wiederholungen) und bedingte Verzweigungen und wenden diese an. Erkundung des 3D-Modells Durch eine spielerische Beschäftigung mit dem VRML-Modell (Abb. 1) soll den Schülerinnen und Schülern klar werden, über welche Sensoren der Roboterarm verfügen muss und welche Zustände diese Sensoren annehmen können. So können die Lernenden gemeinsam das UML-(Unified Modeling Language-)Diagramm sowie das Schema der Zustände und der Methoden erarbeiten (siehe "roboterarm_1.pdf"). Dabei wird ihnen auch klar, von welchem Zustand man NICHT in einen anderen Zustand kommt. Plugin erforderlich Das dreidimensionale Modell wurde durch die objektorientierte Programmiersprache VRML (Virtual Reality Modeling Language) verwirklicht, die speziell für das Internet entwickelt worden ist. Das zur Darstellung des Modells erforderlich Plugin können Sie kostenlos aus dem Internet herunterladen: blaxxun Contact 5.1 Download des Plugins von der Homepage des Autors der Unterrichtseinheit Cortona3D Viewer Download der Freeware-Version Cortona von Parallel Graphics Methodenaufrufe Nach der Erarbeitung Theorie kann das UML-Diagramm erstellt und durch Methodenaufrufe modifiziert werden (siehe "roboterarm_1.pdf"). Das erworbene Wissen kann simultan am Rechner auf die Probe gestellt werden. Für die Methodenaufrufe stehen im ersten Teil des Programms "Roboterarm.exe" sechs Button zur Verfügung (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken): R - Arm nach rechts drehen L - Arm nach links drehen H - Roboterarm nach oben (hoch) schwenken T - Roboterarm nach unten (tiefer) schwenken A - Greifer öffnen (auf) Z - Greifer schließen (zu). Über diese Buttons wird der Roboterarm gesteuert. Bei einem falschen Methodenaufruf gibt das Programm eine entsprechende Fehlermeldung aus. Wird zum Beispiel der Button "R" gedrückt, wenn der Richtungssensor bereits "rechts" anzeigt, hat dies eine entsprechende Fehlermeldung zur Folge. Lernumgebung "Programmierbarer Roboterarm" Die Lernumgebung ist - wie alle weiteren Materialien zur Unterrichtseinheit - in dem Downloadpaket programm_roboterarm.zip enthalten (siehe Startseite des Artikels). Das Programm wird per Klick auf die Datei "Roboterarm.exe" gestartet. Die EXE-Datei ruft die Bilddateien der Unterordner "mit_kugel" und "ohne_kugel" sowie die PDF-Arbeitsblätter auf und muss daher mit diesen Ordnern und Dateien auf einer Ebene liegen. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag, Bedienen technischer Geräte Lernbereich 2, Computer nutzen und anwenden: Objekte - Attribute - Methoden Zuordnung von konkreten Objekten zum Modell: Objekt - Attribut - Attributwert, UML-Notation (Unified Modeling Language) Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Einfache Programmierung Zur Automatisierung von Abläufen muss ein Weg gefunden werden, wie man der Maschine mitteilen kann, was man von ihr will. Das geschieht im Allgemeinen über die Programmierung. Die Schülerinnen und Schüler sollen an dieser Stelle jedoch keine Programmierprofis werden, sondern sich mit den Strukturen einer Programmiersprache vertraut machen. Die vorliegende Programmiersprache besteht im Wesentlichen aus einer Aneinanderreihung der Großbuchstaben R, L, H, T, A und Z, wobei jeder Buchstabe eine Methode aufruft und somit einen Sensorzustand verändert: R - Arm nach rechts drehen L - Arm nach links drehen H - Roboterarm nach oben (hoch) schwenken T - Roboterarm nach unten (tiefer) schwenken A - Greifer öffnen (auf) Z - Greifer schließen (zu). "Sehen", was man programmiert Die Eingabe falscher Buchstaben wird durch den Parser herausgefiltert - es erfolgt keine Fehlermeldung. Dies kann man übrigens später nutzen, um zum Beispiel im Rahmen der Binnendifferenzierung Wörter zu finden, die den Roboterarm sinnvoll programmieren. Die in Frage kommenden Buchstaben mit ihrem dazugehörigen Methodenaufruf sind während der Eingabephase immer auf dem Bildschirm präsent (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). Durch die signifikante Bedeutung der Programmierbefehle dieser rudimentären Programmiersprache sollte jede Schülerin und jeder Schüler binnen kürzester Zeit Erfolgserlebnisse in Form von gewünschten Bewegungsabläufen erringen. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag: Bedienen technischer Geräte Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Lernbereich 2, Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung Begriff: Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit), Kennen des Problemlöseprozesses (Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test, Dokumentation), selbstständiges Lösen einfacher Probleme, einfache Automaten, Aufgaben in einfachen grafischen Programmierumgebungen (kritische Bewertung der Resultate) Nennung der Methodenaufrufe Im dritten Abschnitt des Programms zeigt sich, ob die Lernenden die Theorie zur linearen Programmierung verstanden haben. Die Schülerinnen und Schüler haben nun die Aufgabe, vorgegebene Bewegungsabläufe in Programme umzusetzen. Dazu können sie Bewegungsabläufe betrachten, indem sie den entsprechenden Button anklicken (Beispiel 1-4; Abb. 4, Platzhalter bitte anklicken). Die Lernenden können sich die Sequenzen beliebig oft vorspielen lassen. Dann muss ein Programm aus einer Aneinanderreihung der Großbuchstaben R, L, H, T, A und Z formuliert und in die entsprechende Eingabemaske eingetragen werden. Nach einem Klick auf den "ok"-Button wird die Eingabe analysiert und bewertet. Ausfüllen der Zustandstabellen Die eigentliche Schwierigkeit besteht dabei nicht in der konkreten Auflistung der Methodenaufrufe in Form eines Programms, sondern vielmehr im Ausfüllen der Zustandstabellen. Dazu müssen die Schülerinnen und Schüler die Zusammenhänge zwischen den Sensorzuständen und den Methodenaufrufen abstrahieren. Die Sensorenzustände werden nicht mehr angezeigt. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag: Bedienen technischer Geräte Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Lernbereich 2, Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung Begriff: Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit); Kennen des Problemlöseprozesses: Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test und Dokumentation; selbstständiges Lösen einfacher Probleme, einfache Automaten, Aufgaben in einfachen grafischen Programmierumgebungen; kritische Bewertung der Resultate Lernbereich 2, Formeln und Gleichungen Die Schülerinnen und Schüler erfassen komplexere Aufgabentexte und übertragen den lösungsnotwendigen Inhalt in die mathematische Sprache und deren Symbolik. Sie erfassen Strukturen von Termen, Gleichungen und Formeln. Anschauliche Einblicke in die Programmierung Das strukturierte Programmieren - also die Nutzug von Kontrollstrukturen - setzt bei den Schülerinnen und Schülern ein erhöhtes Maß an Abstraktionsvermögen voraus. Durch Anschaulichkeit kann man ihnen jedoch den Weg der Aneignung erster Erfahrungen mit dieser Materie ebnen. Diesen Anspruch versucht das Programm "Roboterarm" gerecht zu werden. Nach den ersten Einblicken in die (lineare) Programmierung des Roboterarms sollen nun Aufgaben programmiertechnisch gelöst werden, bei denen man vorzugsweise Kontrollstrukturen einsetzt. Schleifen und Verzweigungen Beim linearen Programmieren galt bisher: Ein Programm für den programmierbaren Roboterarm besteht aus einer Reihe von Großbuchstaben, die von links nach rechts abgearbeitet werden. Beim strukturierten Programmieren kommen nun jedoch Schleifen und Verzweigungen mit hinzu. Da Schleifen und Verzweigungen dem linearen Ablauf des Programms widersprechen, spricht man nicht mehr von linearer Programmierung, sondern von strukturierter Programmierung. Im vierten Abschnitt des Programms werden nacheinander die folgenden Themen behandelt, die über die jeweiligen Reiter aufgerufen werden können (Abb. 5, Platzhalter bitte anklicken). Über den letzten Karteikartenreiter kommt man zurück zum Hauptmenü. Es empfiehlt sich, die Kapitel der Reihe nach abzuarbeiten: Bedienung des Roboterarms über Buttons Lineares Programmieren mit Kugeltransport Kontrollstruktur "Schleifen" Kontrollstruktur "Bedingte Verzweigungen" Beibehaltung der Befehle Die bereits bekannten Programmierbefehle werden beibehalten. Auch in diesem Programmteil ist während der Bedienung darauf zu achten, dass die Anzeige der Sensoren berücksichtigt wird. Wenn zum Beispiel der Richtungs-Sensor bereits "links" anzeigt, kann der Befehl "L" (Roboterarm nach links schwenken) nicht mehr ausgeführt werden. Das Programm gibt eine Fehlermeldung aus. Neuer Befehl: Kugeltausch Hinzu kommt nun die Last in Form einer Kugel, die durch den Roboterarm vom rechten Lager auf das linke Lager befördert werden soll. Jede der Kugeln hat die Masse 300 Kilogramm. Sobald der Greifer um die Kugel geschlossen wird, zeigt der Last-Sensor die aktuelle Last an. Nachdem die Kugel mittels Roboterarm vom rechten Lager auf das linke Lager befördert wurde, kann der Kugeltausch (neuer Befehl der Programmiersprache: "K") durchgeführt werden. Neue Sensoren: Last- und Lastlage In diesem Zusammenhang sind zwei neue Sensoren hinzugekommen, welche die Last betreffen. Der Roboterarm verfügt nun über einen Last-Sensor, der die Masse der Last in Kilogramm ermittelt. Der zweite Sensor ist der Lastlage-Sensor, der über die aktuelle Lage der Kugel informiert. Für den problemlosen Kugeltausch (Abb. 6) müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: Die Kugel muss vom rechten Lager auf das linke Lager befördert worden sein. (Lastlage-Sensor: links ) Die Kugel muss freigegeben sein. (Roboterarm-Sensor: oben ) Kugeltausch Die Programmiersprache bestand bisher aus der Aneinanderreihung der Großbuchstaben R, L, H, T, A und Z. Damit konnte man den Roboterarm durch seine gesamten Bewegungsfreiheiten (Sensor-Zustände) führen. Zum Erfüllen der nun anstehenden Aufgaben benötigt man darüber hinaus noch den Befehl "K", der die Methode Kugeltausch aufruft. Gemäß der unter "4.1 Bedienung des Roboterarms über Buttons" betrachteten Bedingungen kann nun eine nach links transportierte Kugel - die vom Greifer freigegeben wurde - ausgetauscht werden (Abb. 7). "Aufgabe erfüllt" Die Kugel wird von ihrem linken Podest (Sensor-Lastlage = links ) entfernt und die nächste Kugel auf dem rechten Podest bereitgestellt (Sensor-Lastlage = rechts ). Für die Erfüllung der Aufgabe ist zu beachten, dass die Anzahl der bewegten Kugeln erst nach dem Kugeltausch erfasst wird (Abb. 8). "Schleifen" statt Wiederholung von Programmteilen Der Abschnitt "Schleifen" bearbeitet innerhalb des Roboterarm-Programms zum ersten Mal Programmstrukturen, die von der linearen Programmierung abweichen. Wenn zum Beispiel nicht nur eine Kugel bewegt werden soll, sondern eine beliebige Anzahl, so musste man dafür bisher einen bestimmten Programmteil mehrfach wiederholen. Das kann man auch eine Schleife erledigen lassen. Als Schleife wird ein Programmteil bezeichnet, der mehrfach nacheinander ausgeführt werden kann. Syntax der Schleife Der Roboterarm erkennt die Kontrollstruktur einer Schleife an der Syntax "W3(ZA)" (Abb. 9). Das "W" kennzeichnet die Struktur als Wiederholung (Schleife), die darauf folgende Ziffer (1-9) gibt die Anzahl der Wiederholungen an. Für die Bearbeitung der gestellten Aufgaben sind einstellige Zahlen ausreichend - mehrstellige Zahlen werden auf die letzte Stelle reduziert. Die Befehlssequenz in der Klammer stellt den zu wiederholenden Programmteil dar. Beim Programmablauf würde "W3(ZA)" dasselbe ergeben wie "ZAZAZA". Allerdings kann man bei vielen Wiederholungen oder größeren Schleifen Befehle sparen. Bei der Verwendung von Schleifen ist zu beachten, dass mehrere Schleifen nacheinander - aber nicht geschachtelt - eingegeben werden dürfen. Unterschiedliche Beantwortung einer Bedingung mit mehreren Alternativen Mit den "Wiederholungen" kennt man bereits eine Kontrollstruktur, die das Verzweigen eines Programms ermöglicht. Eine echte Verzweigung jedoch - die sich aus der unterschiedlichen Beantwortung einer Bedingung mit mehreren Alternativen ergibt - ist das noch nicht. In dem hier vorgestellten Programmteil werden dem Roboterarm Kugeln mit unterschiedlichen Lasten (null bis 500 Kilogramm) vorgelegt. Die Masse von 300 Kilogramm ist dabei die Obergrenze, die der Roboterarm heben kann, ohne Schaden zu nehmen. Sobald der Roboterarm eine Kugel im Greifer hat (Richtung: links , Arm: unten , Greifer: zu ) wechselt die Lastposition auf den Zustand im Greifer und nun muss der Test erfolgen, ob die Last vom Roboterarm bewegt werden kann oder nicht. Syntax der bedingten Verzweigung Der Roboterarm erkennt die Kontrollstruktur der Verzweigung an der Syntax "I". Der Großbuchstabe "I" steht für das englische "if ... then". Die erste Befehlsfolge wird ausgeführt, wenn die Kugel die erlaubte Masse von höchstens 300 Kilogramm hat. Bei der anderen Alternative (Masse > 300 Kilogramm) wird die zweite Befehlsfolge ausgeführt. Es ist darauf zu achten, dass der Roboterarm am Ende des Tests bei beiden Alternativen dieselben Sensoren-Zustände hat, damit das Programm anschließend fehlerfrei weiter ausgeführt werden kann. Beispiel "Bewege fünf Kugeln" Für die Bearbeitung der zweiten Aufgabe "Bewege fünf Kugeln" kann der Test problemlos in die Schleife eingebaut werden - es darf aber nur ein Test im Programm durchgeführt werden. Wenn die Kugel zu schwer ist, muss sie rechts liegen bleiben, bis der Roboterarm wieder nach oben geschwenkt ist. Nun kann die Kugel auch in der rechten Position getauscht werden und der Kugeltausch wird für die Erfüllung der Aufgabe mitgezählt. Abb. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Verzweigung für die Befehlsfolge "RTZI L". Sensoren-Zustände vor der Verzweigung Richtung: rechts , Arm: unten ; Greifer: zu Sensoren-Zustände nach der Verzweigung Richtung: rechts ; Arm: oben ; Greifer: zu Der Unterschied besteht darin, dass sich nach der Verzweigung für den Fall "Masse > 300 Kilogramm" keine Kugel im Greifer befindet, sondern auf dem rechten Podest. Anderenfalls befindet sich die Kugel im Greifer. Wenn alle Aufgaben erfolgreich gelöst worden sind, sollten die Schülerinnen und Schüler die Struktur von Programmen grundlegend beherrschen und für weiterführende Programmieraufgaben gut vorbereitet sein. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag: Bedienen technischer Geräte Lernbereich 2, Computer nutzen und anwenden: Objekte - Attribute - Methoden Zuordnung von konkreten Objekten zum Modell: Objekt - Attribut - Attributwert Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Lernbereich 2, Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung Begriff: Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit); Programmstrukturen, Folge, Wiederholung, Verzweigung: Kennen des Problemlöseprozesses (Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test, Dokumentation, Lösen eines einfachen Problems unter Nutzung der Programmstrukturen, selbstständiges Lösen einfacher Probleme, einfache Automaten), Aufgaben in einfachen grafischen Programmierumgebungen (kritische Bewertung der Resultate) Lernbereich 1, Komplexe Anwendungssysteme Anwenden der Kenntnisse zu Modellen auf ein neues Werkzeug (Erkennen von Objekten, selbstständiges Einarbeiten in die Bedienung), sich positionieren zu Möglichkeiten und Grenzen der gewählten Werkzeuge Lernbereich 2, Informatische Modelle Einblick gewinnen in die Systematik informatischer Modellierung, Klassifizierung von Modellen in der Informatik Lernbereich 2, Formeln und Gleichungen Schülerinnen und Schüler erfassen komplexere Aufgabentexte und übertragen den lösungsnotwendigen Inhalt in die mathematische Sprache und deren Symbolik. Sie erfassen Strukturen von Termen, Gleichungen und Formeln.

Beobachtungen unseres äußeren Nachbarplaneten lohnen sich nur während der Monate um die Oppositionen, die etwa alle zwei Jahre und zwei Monate eintreten. Die Dokumentation einer Marsschleife ist eine reizvolle Aufgabe für ein kleines Beobachtungsprojekt. Die rötliche Färbung des Planeten fällt auch ungeübten Beobachterinnen und Beobachtern sofort auf. Sie ist besonders beeindruckend, wenn Mars noch nicht allzu hoch über dem Horizont steht. Der Grund dafür ist derselbe, der auch die Sonne oder den Mond beim Auf- und Untergang rötlich erscheinen lässt - kurzwellige Lichtanteile werden durch die Atmosphäre stärker gestreut als die langwelligen. Die Marsfarbe wird durch diesen Effekt aber nur verstärkt. Der allgegenwärtige eisenoxidhaltige Staub hat dem Planeten zu Recht den Beinamen des "Roten" eingebracht - "rostiger" Planet wäre ebenso zutreffend. Die linke Abbildung zeigt eine Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops und ein Marsfoto, das mit einem kleinen Amateurteleskop aufgenommen wurde. Informationen zur Sichtbarkeit des Planeten am Abendhimmel finden Sie unter Links und Literatur zum Thema Mars . Zur Vorbereitung der Beobachtung können mithilfe kostenfreier Planetarium-Software (z.B. Stellarium ) Simulationen durchgeführt und Sternkarten ausgedruckt werden. Kaum ein Planet hat die Fantasie der Menschen so sehr in Gang gesetzt wie Mars: Die "Entdeckung" der Marskanäle ist ein schönes Beispiel aus der Wissenschaftsgeschichte dafür, dass auch die Objektivität von Naturwissenschaftlern optischen Täuschungen und einer guten Portion Autosuggestion unterliegen kann. Aber auch für eine Massenhysterie ist Mars gut: Die 1938 am Holloween-Abend über das Radio ausgestrahlte fiktive Schilderung eines Marsmenschen-Überfalls soll in den USA eine Panik ausgelöst haben. UFO-Fans und Esoteriker sahen in einer von der Raumsonde Viking I im Jahr 1976 aufgenommen Gebirgsformation, die als "Marsgesicht" Berühmtheit erlangte, einen extraterrestrischen Monumentalbau, der es bis in die Kultserien "Akte X" und "Futurama" schaffte. Mars bietet also reichlich Stoff, um das Interesse der Schülerinnen und Schüler für Astronomie und Naturwissenschaften zu wecken. Obwohl den meisten von ihnen der eine oder andere Science-Fiction-Film zum Thema Mars bekannt sein dürfte, haben nur die wenigsten den Planeten bewusst mit eigenen Augen gesehen. Nutzen Sie also die nächste Marsopposition, um zusammen mit Ihren Schülerinnen und Schülern den faszinierenden Planeten näher kennen zu lernen und zu beobachten. Historisches und Histörchen Ob Götter, Marsmenschen, Kanäle oder andere Monumentalbauten - die Raumfahrt hat Jahrtausende alte Vorstellungen sowie Fiktionen aus dem 19. und 20. Jahrhundert beendet. Erforschung des "Rostigen Planeten" Mars-Orbiter, Landegeräte und mobile Rover übermittelten nicht nur wissenschaftliche Daten, sondern auch Bilder mit faszinierenden Mars-Impressionen und Landschaften. Der Mars - Oppositionen des Exzentrikers Die Entstehung von rückläufiger Bewegungen und Schleifen der äußeren Planeten und die Besonderheiten der Marsoppositionen werden erläutert. Beobachtung des Planeten Lernende können mit einfachen Hilfsmitteln eine Marsschleife dokumentieren und versuchen, mit einem Teleskop Oberflächenstrukturen zu erkennen. Dokumentation einer Marsschleife Vorschläge für Arbeitsmaterialien und Hinweise zur Verfolgung der Bewegung des Planeten Mars in dem Zeitraum um seine Opposition Die Schülerinnen und Schüler sollen Mythologie und Science Fiction zum Thema Mars kennen lernen. die Geschichte der Erforschung des Planeten überblicken - von der "Entdeckung" der Marskanäle bis hin zur Erforschung der Oberfläche durch NASA-Rover. Mars mit eigenen Augen sehen und in dem Lichtpunkt mithilfe der NASA- und ESA-Fotos eine fremde Welt erkennen. den Planeten durch ein Teleskop beobachten (Schul- oder Volkssternwarte) und versuchen, Oberflächendetails mithilfe eines "Onlinerechners" der Webseite CalSky zu benennen. verstehen, wie eine Marsschleife entsteht. die Bahn des Planeten über einige Monate verfolgen und mit einfachen Mitteln eine "Marsschleife" aufzeichnen. Thema Marsbeobachtung Autoren Dr. André Diesel, Peter Stinner Fächer Naturwissenschaften ("Nawi"), Astronomie, Astronomie AG Zielgruppe Klasse 5 bis Jahrgangsstufe 13 (je nach Thema und Vertiefung) Zeitraum variabel, vom einmaligen Beobachtungsabend bis hin zur Dokumentation einer Marsschleife über mehrere Monate Technische Voraussetzungen Beobachtung mit bloßem Auge oder dem Amateurteleskop; für die fotografische Dokumentation der Planetenbewegung Bildbearbeitungssoftware, zum Beispiel Fitswork (kostenloser Download); Planetarium-Software zur Vorbereitung der Beobachtung, zum Beispiel Stellarium (kostenfrei) Traditionelle Rolle als Kriegsgott Mars fasziniert die Menschen schon seit Jahrtausenden. Im Altertum war der Planet bei vielen Völkern mit dem jeweiligen Kriegsgott verknüpft - Nergal im Zweistromland, Ares bei den Griechen und eben Mars bei den Römern. Ursache dafür dürfte seine auffällig orange-rote Färbung sein - verursacht durch den auf der Marsoberfläche allgegenwärtigen Eisenoxidstaub -, die schon dem bloßen Auge nicht entgeht. Die rote Farbe ist übrigens umso kräftiger, je tiefer der Planet am Himmel steht. Hoch über dem Horizont erscheint Mars eher orange bis gelblich. Ein weiteres Charakteristikum des Planeten sind die großen Helligkeitsunterschiede während seiner Oppositionen. In einigen Jahren kann er über mehrere Wochen sehr hell werden und sogar mit der Leuchtkraft von Jupiter konkurrieren, in anderen Jahren bleibt er relativ unscheinbar und in seiner Helligkeit etwa dem Polarstern vergleichbar. Sein Aufleuchten haben unsere Vorfahren möglicherweise als Symbol für entfesselte Feuersbrünste oder das Vergießen von Blut gedeutet. Wikipedia: Nergal Gottheit der sumerisch-akkadischen und der babylonischen und assyrischen Religion Wikipedia: Ares Griechischer Gott des Krieges, des Blutbades und Massakers Wikipedia: Mars Der Kriegsgott war neben Jupiter der wichtigste Gott der Römer. Schiaparellis "Canali" Aber auch in modernen Zeiten fasziniert Mars und entfesselte Fantasien. 1877 glaubte der Leiter der Mailänder Sternwarte, Giovanni Schiaparelli (1835-1910), mit dem Teleskop Marskanäle entdeckt zu haben - ein Effekt, der einer optischen Täuschung zuzuschreiben ist. Schiaparelli hielt die "Canali" für natürliche geradlinige Senken, durch die Wasser auf der Marsoberfläche fließen könnte. Eine ungenaue Übersetzung ins Englische ("canals" statt "channels") suggerierte jedoch die Entdeckung von Artefakten auf dem Mars. Schnell verbreitete sich so der Glaube an eine hochtechnisierte Marszivilisation, die in den hundert Kilometer breiten Kanälen das Schmelzwasser der Marspole in die gemäßigten Breiten leiten sollte, um die Anbaugebiete der Marsianer im Vegetationsgürtel des Planeten zu bewässern. Wikipedia: Marskanäle Die Kanäle wurden erstmals im Jahr 1877 beschrieben. Science Fiction Der Glaube an eine Marszivilisation war auch die Grundlage zahlreicher Werke des Science-Fiction-Genres. Spektakulär soll der Effekt eines Hörspiels von Orson Wells (1915-1985) gewesen sein, das auf dem Roman "War of the Worlds" von Herbert George Wells (1866-1946) basiert. Orson Wells' fiktive Radio-Reportage über eine Invasion bösartiger Marsianer wurde im Jahr 1938 am Halloween-Abend ausgestrahlt und soll an der Ostküste der USA eine Massenpanik ausgelöst haben (ob dies tatsächlich so war, ist heute allerdings umstritten). Vielen älteren Schülerinnen und Schülern dürfte die beklemmende Verfilmung des Stoffs von Steven Spielberg aus dem Jahr 2005 bekannt sein, ebenso die skurrile filmische Aufarbeitung von Tim Burton aus dem Jahr 1996, "Mars Attacks". Keine Kanäle, weder Zivilisation noch Vegetation Auch wenn man bereits in den dreißiger Jahren begann, die "Marskanäle" für das Ergebnis optischer Täuschungen zu halten - Gewissheit bekam man erst durch die Bilder der Raumsonde Mariner 4, die im Jahr 1965 an dem Planeten vorbei flog und deren Kameras den Mars erstmals aus der Nähe betrachteten. Zwar könnte die Wahrnehmung einiger "Canali" durch geomorphologische Großstrukturen erklärt werden, von dem ausgeklügelten Bewässerungssystem der Marsmenschen fand man jedoch keine Spur. Für die bis dahin mit Besuchern vom Mars in Verbindung gebrachten "Fliegenden Untertassen" mussten UFOlogen fortan andere Erklärungen finden. Aber auch von der bis dahin teilweise noch gehegten Vorstellung, der Planet könne von Moosen und Flechten bewachsen sein (dessen Vegetationsperioden die beobachteten Veränderungen auf der Oberfläche hätten erklären können), musste man sich endgültig verabschieden - Mars scheint ein toter Planet zu sein. Das Marsgesicht Auch wenn die Raumfahrt die menschliche Fantasie weitgehend auf den Boden der Tatsachen zurückholte, bot ein Foto der Raumsonde Viking I aus dem Jahr 1976 Anlass für ganz neue Spekulationen. Aus knapp 2.000 Kilometern Höhe nahm die Sonde beim Landeanflug eine Gebirgsformation auf, die als "Marsgesicht" berühmt wurde (Abb. 1). UFO-Fans erkannten darin das monumentale Artefakt einer außerirdischen Spezies. Das Marsgesicht wurde von diversen TV- und Kinoproduktionen aufgegriffen. In der Trickfilmserie "Futurama" bildet es zum Beispiel den Eingang zur marsianischen Unterwelt, in der Aliens hausen. Aufnahmen des NASA-Orbiters Mars Global Surveyor aus dem Jahre 2001 zeigen jedoch nichts anderes als eine verwitterte Felsformation und beendeten so auch diese Illusion. Durchmesser, Tageslänge, Neigung der Rotationsachse Der Durchmesser des Planeten ist mit etwa 6.800 Kilometern doppelt so groß wie der des Mondes, aber nur halb so groß wie der unserer Erde. Ein Marstag dauert nur 40 Minuten länger als ein irdischer Tag. Dies fanden schon Christian Huygens (1629-1695) und Giovanni Domenico Cassini (1625-1712) heraus, die die Rotationsdauer durch die Beobachtung von Oberflächendetails bestimmen konnten. Die Neigung der Rotationsachse (etwa 25 Grad) entspricht ungefähr derjenigen der Erdachse (23 Grad) und beschert dem Mars Sommer und Winter. Die marsianischen Jahreszeiten dauern allerdings doppelt so lange wie die unsrigen, da Mars für eine Runde um die Sonne etwa zwei Erdenjahre benötigt. Entfernung und Jahreslänge Mars ist im Schnitt 1,5 astronomische Einheiten, also 1,5 Mal soweit von der Sonne entfernt wie die Erde. Aufgrund seiner stark exzentrischen Bahn schwankt sein Abstand zur Sonne zwischen 207 und 250 Millionen Kilometern. Ein Marsjahr dauert etwa 687 Tage (siderische Umlaufzeit). Alle 780 Tage wird er von der Erde überrundet (synodische Umlaufzeit). Zwischen den Marsoppositionen liegen also zwei Jahre, ein Monat und drei Wochen. "Furcht" und "Schrecken" begleiten den Kriegsgott Bei den beiden kleinen, etwas kartoffelförmigen Marsmonden handelt es sich möglicherweise um eingefangene Asteroiden. Standesgemäß wurden die Trabanten des Kriegsgotts auf die Namen Phobos und Deimos, Furcht und Schrecken, getauft. Während unser Mond groß genug ist, um die Rotationsachse der Erde zu stabilisieren (was ihrer Bewohnbarkeit sehr entgegen kommt), sind Phobos und Deimos dafür viel zu klein. Deshalb vollführt die Mars-Rotationsachse eine viel deutlichere Taumelbewegung als die der Erde. Die Marsatmosphäre besteht zu 95 Prozent aus Kohlenstoffdioxid. Der Atmosphärendruck beträgt am Boden weniger als ein Prozent des Luftdrucks der Erde. Flüssiges Wasser kann an der Oberfläche unter diesen Bedingungen - selbst oberhalb des Gefrierpunkts - nicht existieren. Die dünne Atmosphäre speichert kaum Wärme, sodass die Temperaturunterschiede zwischen Tag (bis zu 20 Grad Celsius in Äquatornähe) und Nacht (bis zu -85 Grad Celsius) beträchtlich sind. Die mittlere Temperatur liegt bei -55 Grad Celsius. Neben der gemäßigten Neigung der Rotationsachse trägt die Exzentrizität der Umlaufbahn zu einer deutlichen Ausprägung der Jahreszeiten mit dynamischen Vorgängen in der dünnen Atmosphäre bei. Im Marsfrühjahr können heftige Staubstürme große Teile des Planeten verhüllen. Durch die Verwehungen hellen Staubs in dunklere Gebiete kommt es zu jahreszeitlichen Veränderungen der Marsoberfläche, die im Teleskop beobachtet werden können. Die Veränderung der dunklen Schattierungen hielt man früher für eine mögliche Folge marsianischer Vegetationszyklen. Die Polkappen bestehen zum größten Teil aus gefrorenem Kohlenstoffdioxid, enthalten aber auch Wassereis. Sie "pulsieren" mit dem Wechsel der Jahreszeiten. Die Dicke der nördlichen Polkappe (1.000 Kilometer im Durchmesser) wird auf immerhin fünf Kilometer geschätzt. Abb. 2 zeigt eine Aufnahme des NASA-Orbiters Mars Global Surveyor. Die Suche nach Wasser Eine Hauptaufgabe der im Jahr 2008 etwas nördlich des Polarkreises gelandeten NASA-Sonde Phoenix war die Suche nach Spuren von Wasser. Fließspuren an der Oberfläche (trockene Flusstäler und Überschwemmungsgebiete) waren bereits vorher bekannt. Durch Gesteinsanalysen konnte bestätigt werden, dass der Mars einst wärmer und feuchter und somit seine Atmosphäre dichter gewesen sein muss. Abseits der Polkappen versteckt sich das Wassereis heute im Permafrostboden einige Meter unter der Marsoberfläche. In seiner nördlichen Position konnte Phoenix Wassereis jedoch schon wenige Zentimeter unter der Oberfläche nachweisen. Spuren von Leben hat man bisher nicht gefunden. Konjunktion und Opposition Mars ist im Schnitt 1,5 astronomische Einheiten, also 1,5 Mal soweit von der Sonne entfernt wie die Erde. Aufgrund seiner stark exzentrischen Bahn schwankt sein Abstand zur Sonne zwischen 207 und 250 Millionen Kilometern. Dies ist auch die Ursache für die unterschiedliche Leuchtkraft des Planeten am Himmel während seiner Oppositionsstellung (Abb. 6). Etwa alle 15 Jahre kommt uns der Rote Planet besonders nah. Zuletzt war dies im Jahr 2003 der Fall - auf die nächste spektakuläre Marsopposition müssen wir also bis zum Jahr 2018 warten. Überholen wir Mars auf unserer Innenbahn, während er sich in seiner sonnenfernsten Position befindet (Aphel), dann bleibt er an unserem Himmel relativ unauffällig. Die maximale Oppositionsentfernung zur Erde liegt bei mehr als 100 Millionen Kilometern. Überholen wir Mars dagegen, wenn er sich in seiner sonnennächsten Position befindet (Perihel), kann sich ihm die Erde bis auf 56 Millionen Kilometer nähern. Abb. 7 (zur Vergrößerung bitte anklicken) gibt einen Überblick über die geometrischen Situationen der Marsoppositionen in den Jahren von 1999 bis 2022 sowie die jeweiligen scheinbaren Durchmesser des Marsscheibchens. Die Entfernungen Erde - Mars sind in Millionen Kilometern angegeben. Rückläufigkeit und Schleifen Um die Zeit der Opposition überholt die Erde einen äußeren Planeten "auf der Innenbahn". Beobachterinnen und Beobachter auf der Erde sehen den gleichen Effekt wie ein Läufer, der in der Stadionkurve auf der Innenbahn an einem Läufer auf der Außenbahn vorbeizieht. Während dieses Überholvorgangs bewegt sich der überholte Läufer auf der Außenbahn vom Läufer auf der Innenbahn aus gesehen vor dem Publikum auf der Kurventribüne kurzzeitig rückwärts. Übertragen auf die Bewegungen im Sonnensystem heißt dies, dass der äußere Planet sich während der Opposition von der Erde aus gesehen vor dem Fixsternhimmel rückwärts, das heißt von Ost nach West bewegt. Der Fixsternhimmel hat jetzt die Rolle des Publikums auf der Kurventribüne übernommen. Weil die Bahnebenen der Planeten geringfügig gegen die Erdbahn geneigt sind, erscheinen die Bahnen von Mars und den übrigen äußeren Planeten um die Zeit der Opposition herum als "Schleifen" an der Himmelskugel. Dies wird durch Abb. 8 und die folgenden Java-Applets veranschaulicht: Auffällige Oppositionsschleifen Weil Mars von allen äußeren Planeten der Erde am nächsten ist, fällt seine Oppositionsschleife am Sternhimmel deutlich größer aus als die von Jupiter und Saturn. Die Ausdehnung der Oppositionsschleife von Saturn erreichte zum Beispiel im Jahr 2010 nur etwa 30 Prozent derjenigen von Mars. Somit gilt als Fazit: Mars ist das ideale Objekt für die Beobachtung der Oppositionsschleife eines Planeten im Rahmen eines schulischen Projekts! Im Bereich Fachmedien finden Sie eine kurze Einführung in das einfach zu bedienende virtuelle Planetarium Stellarium . (Als ebenso hilfreich, aber etwas komplexer, erweist sich das Programm Cartes du Ciel ) Führen Sie nach dem Start von Stellarium den Mauszeiger in die linke untere Bildschirmecke. Danach öffnen sich die beiden Menüleisten links und unten (Abb. 9, zur Vergrößerung des Ausschnitts bitte anklicken). Per Mausklick auf das Uhrensymbol in der linken Leiste öffnet sich ein Dialogfenster, in das man Datum und Uhrzeit eingibt. Nach Klick auf das Lupensymbol in der linken Menüleiste gibt man den Namen "Mars" ein. Stellarium wählt jetzt den Himmelsausschnitt so, dass sich Mars genau im Zentrum befindet. Drehen am Scrollrad der Maus vergrößert oder verkleinert den dargestellten Himmelsauschnitt. So kann man leicht die Lage vom Mars relativ zum Horizont oder relativ zu markanten Sternbildern einschätzen. Was ist zu sehen? In einem 60 Millimeter Teleskop erscheint Mars lediglich als kleines, oranges Scheibchen. Ab etwa zehn Zentimetern Öffnung können unter günstigen Umständen helle und dunkle Bereiche der Oberfläche schemenhaft wahrgenommen werden. Auch Polkappen sind - je nach marsianischer Jahreszeit - zu sehen. Teleskope mit 15 bis 20 Zentimetern Öffnung lassen weitere Details erkennen. Christian Huygens beschrieb bereits im Jahr 1659 die "Große Syrte", ein dunkles, auffällig dreieckiges Wüstengebiet. Die Suche nach Oberflächendetails lohnt sich jedoch nur während weniger Monate um den Oppositionstermin herum. Abb. 10 zeigt eine Aufnahme des Planeten von Heinrich Kuypers, die im Rahmen einer Astronomie-AG mithilfe eines kleinen Amateurteleskops entstand. Dabei wurden viele Einzelbilder mit der kostenfreien Software RegiStax addiert. Das Foto zeigt Oberflächendetails somit deutlicher als der Blick durch das Okular des Teleskops. Übersichtskarte Die im Folgenden vorgestellten Arbeitsmaterialien wurden für die Dokumentation der Marsschleife im Jahr 2010 erstellt. Sie können bei künftigen Oppositionen als Anregung für die Zusammenstellung entsprechender Schülermaterialien dienen. Passende Sternkarten müssen dann für den jeweiligen Beobachtungszeitraum mit geeigneter Astronomie-Software, etwa GUIDE oder den kostenfreien Progeammen Cartes du Ciel und Stellarium , erstellt werden. Die mit der Software GUIDE 8.0 erzeugte Übersichtskarte (uebersichtskarte.jpg) zeigt den Ost- und Südhimmel mitsamt Horizont, wie er sich Beobachterinnen und Beobachtern in Deutschland am 15. Februar 2010 um 21:00 Uhr darstellte. Der aufgehellte Bereich in der rechten Bildhälfte entspricht der Milchstraße. Den Himmelsanblick einer solchen Karte findet man - bei gleicher Horizontlage - 15 Tage später schon eine Stunde früher oder 15 Tage früher erst eine Stunde später vor. Anhand des Ausdrucks einer solchen Karte können sich die Schülerinnen und Schüler grob am Sternhimmel orientieren. Wichtig ist, dass sie die Sternbilder, durch die sich Mars während des gewählten Beobachtungszeitraums bewegen wird, eindeutig identifizieren können. Negativ-Übersichtskarte Die Grafik der Datei "uebersichtskarte_negativ.jpg" ist die Negativ-Darstellung der Karte "uebersichtskarte.jpg". Der Himmelshintergrund ist weiß gehalten, die Sterne sind als schwarze Kreise dargestellt. Ihre Helligkeit wird durch die verschieden großen Kreisdurchmesser veranschaulicht. Solche Negativ-Sternkarten eignen sich gut für handschriftliche Einträge und Ergänzungen. Detailkarten Nach etwas Übung in der Orientierung am Himmel genügen den Schülerinnen und Schülern für weitere Beobachtungen dann die vergrößerten Ausschnittkarten, zum Beispiel "detailkarte.jpg" oder "detailkarte_negativ.jpg" (Abb. 12; zur Vergrößerung des Ausschnitts bitte anklicken). Letztere Karte liegt auch mit dem Gradnetz des äquatorialen Himmelskoordinatensystems vor ("detailkarte_negativ_gradnetz.jpg"). Händische Einträge in die Himmelskarten In allen Karten fehlt der am Sternhimmel nicht ortsfeste Mars. Er ist jedoch in der betrachteten Himmelsgegend bei einer "durchschnittlichen" Opposition ein auffälliges Objekt und deshalb leicht aufzufinden. Aufgabe der Schülerinnen und Schüler ist es nun, an möglichst vielen klaren Abenden während der Beobachtungsmonate (in dem hier vorgestellten Beispiel Januar bis April 2010) nach dem Planeten Mars Ausschau zu halten, ihn am Himmel aufzufinden, seine Position relativ zu den umgebenden Sternen nach Augenmaß zu ermitteln, um diese Marspositionen dann nebst Datum in der Detailkarte (Negativdarstellung) festzuhalten. Durch Einbeziehen des Koordinatenrasters in der Detailkarte kann eine ordentliche Genauigkeit bei der Bestimmung der Positionen erzielt werden. Brauchbares Wetter vorausgesetzt, sollte man im Laufe einiger Wochen viele unterschiedliche Marspositionen beobachten und dokumentieren können. Man wird zuerst die retrograde (rückläufige) Bewegung erkennen, dann den scheinbaren Stillstand, dem danach die normale prograde Bewegung von Westen nach Osten folgt. Abb. 13 (Grafik zur Vergrößerung des Ausschnitts bitte anklicken) zeigt den mit der Software GUIDE 8.0 erzeugten Verlauf der Marsbewegung um dessen Opposition (Beobachtungsbeispiel Oktober 2009 bis Mai 2010). Technikbegeisterte Schülerinnen und Schüler werden eher an der fotografischen Dokumentation der Marsbewegung interessiert sein. Unter Verwendung der kostenlosen Software Fitswork kann man aus Fotografien einfacher Digitalkameras Planetenbahnen am Sternhimmel rekonstruieren und nebenbei Grundlagen der digitalen Bildbearbeitung erlernen. Das dieser Technik zugrunde liegende Vorgehen wird ausführlich beschrieben in dem Beitrag zur Allgemeine Hinweise zur Planetenbeobachtung . Literatur Die astronomischen Jahrbücher informieren über die wesentlichen Ereignisse, deren Begleitumstände sowie über die Sichtbarkeiten der Planeten: Ahnert Astronomisches Jahrbuch, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft (Heidelberg) Keller Kosmos Himmelsjahr, Kosmos Verlag (Stuttgart)

Auf dieser Seite haben wir Informationen und Anregungen für Ihren Physik-Unterricht zum Thema Atomphysik zusammengestellt. Ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Dieser Artikel ist die Basis aller Lehrer Online-Unterrichtseinheiten zum Einsatz von RCLs. Hier finden Sie grundlegende Informationen zu folgenden Themen: Prinzip von RCLs, allgemeiner und spezifischer Mehrwert von RCLs, Konzeption des RCL-Portals, Überblick zu RCLs auf dem RCL-Portal und Einordnung von RCLs unter den Physikmedien. Wie macht man aus einem MCL ein RCL? Um aus einem von Hand durchgeführten Experiment - einem Manually Controlled Laboratory (MCL) - ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) zu machen, müssen Experiment und Experimentator über Schnittstellen zum Internet miteinander verbunden werden (Abb. 1). Experimentseitig wird das MCL mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Aktoren sind meist Schrittmotoren, die das zu bewegende Element - wie beim RCL zum Fotoeffekt die Räder mit Grau- und Farbfiltern (Abb. 1) - sehr genau positionieren. Sensoren sind je nach RCL zum Beispiel Lichtsensoren, Geiger-Müller-Zählrohre, Schalter oder - wie beim Fotoeffekt - eine Fotozelle. Interface Das an einen Computer angeschlossene Interface mit Microcontroller und anpassbarer Sensor/Aktor-Elektronik übernimmt die Steuerung der Datenströme von und zu den Sensoren/Aktoren. Bereits jetzt kann ein Experimentator das RCL lokal vor Ort über ein Terminal-Programm mit dem programmierten Befehlssatz des Microcontrollers bedienen (Nahsteuerung). Ein auf dem Computer installierter Webserver mit Informationen zum RCL auf statischen Webseiten und mit der Bedienung des RCLs auf dynamischen Webseiten ermöglicht den Zugriff auf das RCL über das Internet (Fernsteuerung). Bildübertragung per Webcam Die Interaktivität zwischen dem RCL und dem Experimentator wird durch Videobilder von einer oder zwei Webcams (Beobachtung von Versuchseinstellungen und Versuchsergebnissen) und den dynamischen Webseiten (Auswahlfelder für Versuchseinstellungen, Ein- und Ausgabe von Versuchsdaten) hergestellt. Experimentatorseitig werden lediglich ein Internetzugang und ein Computer mit javafähigem Browser benötigt. Gestaltung von RCLs Die Entwicklung von RCLs ist zeitaufwändig und kostenintensiv. Die Investitionen müssen sich bei einer entsprechenden Gestaltung des RCLs und dem Einsatz der Internettechnologie in einem allgemeinen Mehrwert gegenüber MCLs auszahlen. Dazu werden folgende Aspekte beachtet: Authentizität zum MCL RCLs in der Raumfahrt müssen teilweise vollautomatisiert ablaufen. RCls zum Lernen von Physik müssen dagegen möglichst authentisch in der Durchführung zu einem MCL sein, um den Schülerinnen und Schülern Möglichkeiten und Anknüpfungspunkte für ihr eigenes Lernen zu geben. Dazu gehört, dass das RCL in ähnlicher Weise wie das MCL bedient (zum Beispiel Einschalten von Versuchsgeräten) und auf eine automatisierte Auswertung der Versuchsdaten verzichtet wird. Außer der schriftlichen Versuchsauswertung mit einem Taschenrechner können hierbei Tabellenkalkulationsprogramme und Computeralgebrasysteme genutzt werden (siehe Einordnung von RCLs unter den Physikmedien ). Barrierefreie Zugriffsmöglichkeit Der Zugriff auf die RCLs des RCL-Portals ist jederzeit, weltweit, kostenlos, ohne zusätzliche Software und ohne Anmeldung möglich. Ein Buchungssystem wird zukünftig auch die Reservierung von RCLs bieten (siehe Das RCL-Portal ). Intuitive Bedienbarkeit Die Bedienung der meisten RCLs erfolgt mit wenigen Bedienelementen bei maximaler Interaktivität des Nutzers mit dem RCL (siehe Das RCL-Portal ). Vollständigkeit Mit der Lernumgebung zum RCL kann der Nutzer ohne zeitaufwändige Suche von Informationen das RCL durchführen (siehe Das RCL-Portal ). Nachbaubarkeit Durch Dokumentation und durchgehenden Aufbau des RCLs mit Open-Source-Software ist ein Nachbau durch Schülerinnen und Schüler mit möglichst geringen Kosten möglich (siehe Zusatzinformationen ). Gestaltungsfreiheit Der Aufbau von RCLs bietet große Freiheiten in der Gestaltung der Experimentiermöglichkeiten mit dem RCL (siehe Spezifischer Mehrwert von RCLs ). Vorteile gegenüber MCLs und Kompensation von Nachteilen Ein zu flüchtiger Blick auf RCLs verleitet leicht zu der Aussage, dass eine Zwischenschaltung des Internets zwischen Experimentator und Experiment aufgrund der Distanz zu einem Verlust an Qualität gegenüber dem MCL führt. Das Dokument "vorteile_nachteile_RCL.pdf" informiert in Tabellenform über die Vorteile von RCLs gegenüber MCLs und zeigt, wie Nachteile von RCLs kompensiert beziehungsweise vorteilhaft genutzt werden können. Die Realisation eines RCLs nach dem mechanistischen Schema, die Versuchsdurchführung "irgendeines" Experiments fernbedienbar zu machen, ist wenig Erfolg versprechend, weil die Anforderungen an ein qualitativ hochwertiges RCL sehr komplex sind. Die nachfolgenden Leitfragen stellen die Entscheidung für oder gegen die Umsetzung eines in Planung befindlichen RCLs auf eine rationale Basis. Nur so lässt sich ein Mehrwert des realisierten RCLs gegenüber anderen Medien gewährleisten. Leitfragen zum Lehr-Lern-Kontext Ist das Thema des Experiments in der Physik, im Alltag und als Anwendung physikalischer Gesetze bedeutsam? Ist das Thema des Experiments auch Lehrplanthema? Ist das Experiment nicht an Schulen verfügbar (zu teuer)? Wird das Experiment im Unterricht nicht oder nur selten eingesetzt (zu zeitaufwändig, zu kompliziert, zu anspruchsvoll)? Haben Schülerinnen und Schüler Lern- oder Verständnisschwierigkeiten mit dem Thema des Experiments? Ist das Experiment nicht als Schülerversuch durchführbar (zu gefährlich: hohe Spannungen, gefährliche Strahlungen, giftige Substanzen)? Leitfragen zum Experiment Gibt es ausreichende und vielfältige Experimentiermöglichkeiten? Kann eine ausreichende Anzahl quantitativer Messungen durchgeführt werden? Sind über den Standardversuch hinausgehende Messungen möglich? Handelt es sich um ein völlig neues oder von Lehrgeräte-Herstellern nicht lieferbares Experiment? Kann das Experiment als Multi-Use-RCL mit vielen Experimentiermöglichkeiten im Rahmen eines Themengebiets realisiert werden? Leitfragen zur RCL-Realisation Ist der finanzielle und zeitliche Aufwand bei der Realisation durch den Mehrwert des RCLs gerechtfertigt? Ist die Verwendung von Standardkomponenten möglich? Sind alle Versuchsmaterialien beschaffbar oder herstellbar? Ist ein RCL wirklich das geeignete Medium (Simulationen und Messvideos als Alternativen)? Ist das Experiment bis jetzt noch nicht als RCL verfügbar? Können zeitabhängige Versuchsabläufe im Webcam-Bild dargestellt werden (Problem Datenübertragungsrate)? Folgende Punkte sind im Hinblick auf den Erwerb experimenteller Fertigkeiten und Fähigkeiten mit RCLs relevant: Die Anzahl der Experimente, die Schülerinnen und Schüler in Schulen selbst durchführen können, sind durch fehlendes Experimentiermaterial, zu große Klassen, zu hohen zeitlichen Aufwand oder dadurch, dass fast alle Oberstufenexperimente Lehrerdemonstrationsexperimente mit geringen Beteiligungsmöglichkeiten für die Lernende sind, stark begrenzt. Bei RCLs entfällt zwar der Aufbau und die haptische Durchführung des Experiments, was jedoch schneller höhere experimentelle Fähigkeiten in den Fokus rücken lässt. Bei der Nutzung von RCLs als Hausexperimente haben die Schülerinnen und Schüler genügend Zeit, um unbeeinflusst von anderen Lernenden und der Lehrkraft im eigenen Lerntempo experimentelle Fertigkeiten und Fähigkeiten zu üben. Das RCL-Portal zeichnet sich durch die folgenden Eigenschaften aus: Da auf RCLs im Internet weltweit zugegriffen werden kann, sind alle RCLs in englischer und deutscher Sprache, zwei zusätzlich in italienischer und französischer Sprache, verfügbar. Nutzer, die RCLs in ihre Landessprache übersetzen möchten, werden von der AG Didaktik der Physik an der TU Kaiserslautern unterstützt. Der Zugang zum RCL-Portal ist kostenlos und anmeldungsfrei (auch unter einem zukünftigen Buchungsystem). Die technischen Voraussetzungen sind: Ports 8080, 8081 (Windkanal), 8082 (Radioaktivität) und 8083 (Weltpendel Kaisersesch) müssen freigeschaltet sein. Zur Darstellung der Videobilder ist ein Browser mit installierter JRE (kostenloser Download) und mindestens DSL 1000 erforderlich. Zielgruppen des RCL-Portals sind technisch oder naturwissenschaftlich interessierte Laien, Schülerinnen und Schüler sowie Präsenz- oder Fernstudierende. Struktur der RCL-Webseiten Unter dem Hauptmenüpunkt "Labs" findet man die einzelnen RCLs. Nach der Auswahl eines RCLs gelangt man zu dem für alle Experimente einheitlich gestalteten Versuchs-Menü aus Einstieg (Einführung und Zielsetzung), Aufbau (Beschreibung und Daten), Theorie (theoretische Grundlagen und Hinweise zur Versuchsdurchführung), Aufgaben (experimentelle Fragestellungen), Labor (Versuchsdurchführung mit dem RCL), Diskussion (weiterführende Fragestellungen), Material (Versuchsmaterial, didaktisches Material und Literaturhinweise) und Betreuung (Inhaltliche Verantwortung und Versuchsentwickler). Abb. 2 (zum Vergrößern anklicken) zeigt einen Screenshot des RCLs "Windkanal". Struktur der Laborseiten Neben der linken Menüleiste (Abb. 2) werden die Videobilder (maximal zwei) der Webcams sowie die zur Durchführung und Auswertung des Versuchs unmittelbar benötigten Hinweise und Daten angezeigt. Im Bedienfeld rechts daneben kann der Experimentator über Buttons, Auswahllisten, Ein- und Ausgabefelder das RCL steuern. Mit dem Button "RCL RESET" lässt sich bei einer auftretenden Fehlfunktion der Webserver ferngesteuert neu starten. Verfügbarkeit der RCLs Da RCLs Liveexperimente sind, kann immer nur ein Experimentator die Kontrolle über das RCL haben. Ihm steht eine vom RCL abhängige, heruntergezählte Experimentierzeit zwischen zwei und fünf Minuten zur Verfügung (siehe Abb. 2, Bedienfeld oben). Innerhalb dieser Zeit setzt jede Aktion im Bedienfeld die noch verfügbare Experimentierzeit auf den Anfangswert zurück. Damit bleibt das Experiment auch für andere Nutzerinnen und Nutzer verfügbar, die die verbleibende Experimentierzeit angezeigt bekommen und die Aktionen des Experimentators im Videobild der Webcam(s) mitverfolgen können. Um in der Lehre das RCL mit Sicherheit verfügbar zu haben, wird zurzeit ein Buchungssystem entwickelt. Auf dem RCL-Portal sind derzeit die RCLs Elektronenbeugung, Lichtgeschwindigkeit, Fotoeffekt, Beugung und Interferenz, U-I-Kennlinen (zwei Varianten), Roboter im Labyrinth, Windkanal, Maut, Heißer Draht, Optische Pinzette, Optische Computertomographie, Radioaktivität, Rutherfordscher Streuversuch und Oszilloskop verfügbar. Eine verbesserte Variante von Beugung und Interferenz, Weltpendel, Optische Fouriertransformation/Ordnung und Unordnung werden bis Ende 2008 verfügbar sein. Der Datei "ueberblick_RCL_portal.pdf" können zu diesen fast 20 RCLs folgende Angaben entnommen werden: Fachgebiet, Zielgruppe und Lehrplanbezug Das RCL ist einem oder mehreren Fachgebieten zugeordnet. Es ist angegeben, ob das RCL in Sekundarstufe I, Sekundarstufe II oder der Universität und ob es im Rahmen der exemplarisch ausgewählten Lehrpläne von Rheinland-Pfalz eingesetzt werden kann. Single- oder Multi-Use-RCL Single-Use-RCLs sind solche, die in einem Themen- oder Fachgebiet der Physik nur einmalig eingesetzt werden. Häufig sind das Experimente zur Bestimmung von Konstanten. Dagegen decken Multi-Use-RCLs inhaltlich mit ihrer Vielfalt an Experimentiermöglichkeiten fast ganze Themengebiete der Physik ab. Motivation/Lernkontext Es ist angegeben, ob das RCL eher in einem anwendungsorientierten, einem alltagsorientierten oder einem innerphysikalisch Kontext eingesetzt werden kann. In den letzten zwei Jahrzehnten sind im Zuge der Entwicklung von Multimedia und Internet zahlreiche "Species" digitaler Medien entwickelt worden (Abb. 3, zum Vergrößern anklicken). Speziell der Vermittlung physikalischer Inhalte dienen Physikmedien wie Simulationen, Realexperimente sowie Informations- und Lehr-/Lernsysteme. Kognitive Werkzeuge entlasten die Lernenden von Routinearbeiten und regen sie gleichzeitig zu einer vertiefenden Informationsverarbeitung an. Unter den Realexperimenten sind RCLs und die digitale Messwerterfassung Live-Experimente, während bei der Videoanalyse, den interaktiven Bildschirmexperimenten (IBEs) und den Messvideos zunächst ein Video des Experiments aufgenommen und dann zeitversetzt das Experiment wiederholt und ausgewertet wird. Mit Live-Experimenten kann der gleiche Versuch beliebig oft wiederholt werden, was insbesondere bei der Gewinnung größerer Datenmengen und von statistischen Aussagen notwendig ist. Während Realexperimente und speziell RCLs der Untersuchung ausgewählter Realitätsbereiche dienen, werden diese mit Simulationen anhand bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten vom Programmierer (Applets, Physlets und Simulationsprogramme) oder von den Lernenden selbst (Modellbildung) nachgebildet und untersucht. Die Ergänzung von RCLs durch Simulationen ermöglicht die physiktypische Wechselwirkung von Experiment und Theorie. Innerhalb des RCL-Konzepts, das Experiment durch den Verzicht auf eine automatisierte Auswertung möglichst authentisch zum MCL zu gestalten, spielen die kognitiven Werkzeuge Tabellenkalkulation und Computeralgebrasysteme zur Auswertung und Weiterverarbeitung von Versuchsdaten sowie zum Vergleich von experimentellen und theoretischen Daten eine große Rolle. Die Schülerinnen und Schüler sollen Atommodelle kennen. die alpha-, beta und gamma-Strahlung kennen. künstliche Kernumwandlungen kennen. das Aufstellen von Zerfallsgleichungen beherrschen. erkennen, dass der Unterschied zwischen gesteuerter und ungesteuerter Kettenreaktion für die Nutzung der Kernenergie immens wichtig ist. Thema Atomphysik - vom Atommodell zur Kernenergienutzung Autor Jens Tiburski Fach Physik Zielgruppe Klasse 9, Klasse 10 zur Prüfungsvorbereitung Zeitraum 1-3 Stunden, je nach didaktischem Ort Technische Voraussetzungen Computerarbeitsplätze in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit); VRML-Plugin (zum Beispiel BlaxxunContact ), Java , Video-Player (zum Beispiel DivX oder RealOne Player ) Einsatz im Unterricht Der Einsatz der Sammlung von interaktiven Übungen und 3D-Animationen zur Atomphysik sollte unterrichtsbegleitend erfolgen. Nach der Behandlung des jeweiligen Themas im Unterricht (Arbeitsblätter als Word-Dokumente im Download-Paket "atomphysik_materialien.zip") können Übungsphasen im Computerkabinett den Unterricht lebendiger gestalten und zur Binnendifferenzierung genutzt werden. Die Verwendung der 3D-Animationen soll dabei die Anschaulichkeit erhöhen und die Visualisierung der Aufgabenstellung gerade bei den "unsichtbaren" Sachverhalten im submikroskopischen Bereich vereinfachen. Hinweise zur Nutzung der interaktiven Arbeitsblätter In der Klassenstufe 9 hat sich der Einsatz des Beamers bewährt, wenn die Schülerinnen und Schüler die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt waren. Für die Eingaben in die Formularfelder der interaktiven Übungen sollte ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise erfolgen. Dies führt zu erhöhter Konzentration und weniger Frusterlebnissen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber infolge falscher Rechtschreibung als falsch beantwortet wurden. Auch Partnerarbeit von Lernenden mit guten Deutschkenntnissen zusammen mit Schülerinnen und Schülern, welchen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), ist hier gut möglich. Technische Hinweise Um die 3D-Modelle öffnen zu können, ist ein VRML-Plugin nötig. Alle animierten GIFs und interaktiven 3D-Animationen der verwendeten Übungen wurden vom Autor der Unterrichtseinheit mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio erzeugt. Dieses Programm ist für die pädagogische Arbeit als Freeware verfügbar (~ ~http://www.sn.schule.de/~ms16l/virtuelle_schule/Projektwoche_2008/index_projekt.htm~~). Die Schülerinnen und Schüler sollen eine zeitgemäße Atomvorstellung kennen. die Entstehung von Licht beschreiben können. Kenntnisse über die geschichtliche Entwicklung von Modellen haben. physikalische Größen darstellen und interpretieren können. den Zusammenhang zwischen Linienspektren und atomaren Übergängen kennen. die Spektralanalyse anwenden und physikalisch erklären können. Thema der Unterrichtseinheit Das Elektronium-Modell Autor Patrick Bronner Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Klasse 10 (Fortsetzung in Sek II möglich) Zeitraum 9 Stunden (mit Lernzirkel zum Thema "Analogie Licht-Schall": 14 Stunden) Technische Voraussetzungen Demonstrationsrechner mit Beamer, kostenlose Plugins Quicktime-Player und Java3D Methoden Lernzirkel, Gruppenarbeit, Kugellager, Gruppenpuzzle, Theaterspiel, Schülerreferat, Lehrervortrag Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgänge bei der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium sowie das Ergebnis beschreiben können. das Funktionsprinzip des Magnetfeldkäfigs zum Einschließen des heißen Plasmas am Beispiel der beiden grundlegenden Reaktortypen Stellarator und Tokamak kennenlernen und erklären können. die Gefahren bei der Nutzung der Kernfusion erarbeiten und im Vergleich mit anderen Formen der Energieerzeugung bewerten. die Kernfusion als potenzielle, nahezu unerschöpfliche Energiequelle der Zukunft erkennen. Thema Wann "zündet" die Idee der Kernfusionstechnologie? Autorinnen und Autor Roland Wengenmayr, Dieter Lohmann, Sabina Griffith Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II, nach didaktischer Reduktion auch Klasse 9 und 10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (Arbeit in Kleingruppen), Flash-Player (kostenfreier Download) Planung Tabellarischer Verlaufsplan Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Ein weiteres Angebot der Gesellschaft ist das Fragen-Portal : Lernende und Lehrpersonen können hier Fragen an Forscherinnen und Forscher stellen. Unterrichtsverlauf und Materialien Fachliche Voraussetzungen, Einbettung des Themas in den Unterricht und der Verlauf der Doppelstunde werden hier skizziert. ITER ? der Weg zu neuer, sauberer Energie Für die Fortführung des Themas im Unterricht finden Sie hier weitere Informationen, Grafiken und Links zur internationalen Fusionsforschungsanlage. Ein Remotely Controlled Laboratoy (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Die hier vorgestellte Unterrichtsreihe in der Atomphysik nutzt die mediendidaktischen Eigenschaften des RCLs "Rutherfordscher Streuversuch". Lernende können das an Schulen nur selten vorhandene Demonstrationsexperiment als Hausexperiment durchführen, Messdaten in Gruppen zusammentragen und auswerten. Diese werden mit den Vorhersagen der Atommodelle von Dalton, Thomson und Rutherford verglichen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse aus der Mechanik, Elektrostatik und Radioaktivität zur Erklärung der Streuung von Alpha-Teilchen anwenden. mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" die Streuung von Alpha-Teilchen experimentell untersuchen. die Vorhersagen zur Streuung der Alpha-Teilchen nach dem Daltonschen, Thomsonschen und Rutherfordschen Atommodell mit den Messergebnissen vergleichen. Arbeitsergebnisse sachgerecht präsentieren. Thema Entdeckung des Rutherfordschen Atommodells mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" Autor Sebastian Gröber Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Sekundarstufe II, Grundstudium Physik und Chemie Zeitraum 10-15 Unterrichtsstunden, je nach Lerngruppe und Unterrichtszielen Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Zur Auswertung der Messergebnisse: Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) oder Computeralgebrasystem (zum Beispiel (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:646351) als kostenfreie 30-Tage-Testlizenz) Zur Simulation der Ablenkung von Alpha-Teilchen: Modellbildungsprogramm (zum Beispiel kostenlose Version von Powersim oder Coach 6 Studio MV. Der Rutherfordsche Streuversuch gehört zu den zentralen Versuchen der Physik. Historisch bildet das mit ihm abgeleitete Rutherfordsche Atommodell den Übergang von früheren Atomvorstellungen (antike Atommodelle und Thomsonsches Atommodell) zu unserer heutigen Atomvorstellung, nach der ein Atom aus einem positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Atomhülle besteht. Der Rutherfordsche Streuversuch liefert ebenso die physikalischen Grundlagen für die heutige Standardmethode der elementspezifischen Analyse von Festkörperproben mittels Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Damit ist dieser Versuch sowohl allgemeinbildend für Lernende in Schule und Hochschule als auch fachbildend für Studierende der Physik und Chemie. Vorteile und Lernpotentiale des RCL Welche Vorteile hat das RCL gegenüber dem traditionellen Experiment? Welches Lernpotenzial hat der Rutherfordsche Streuversuch? Steckbrief und Materialien zum RCL ?Rutherfordscher Streuversuch? Informationen zum Versuchsaufbau, zu den Experimentiermöglichkeiten und Link zum RCL; kommentierte Materialien der Unterrichtseinheit zum Herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die reibungsbehaftete Bewegung der Öltröpfchen in Luft qualitativ erklären können. das Ziel "Ladungsbestimmung" des Millikan-Versuchs erkennen. möglichst eigenständig die Formel einer Messmethode zur Bestimmung der Öltröpfchenladung herleiten. einzeln oder in Gruppen mit dem RCL "Millikan-Versuch" Messdaten erheben, zusammentragen und in Diagrammen darstellen. die Ladungsquantelung als Hypothese formulieren und bestätigen sowie die Elementarladung bestimmen. Beschießt man ein Plättchen aus Graphit mit beschleunigten Elektronen, dann beobachtet man auf einem Fluoreszenzschirm ein Muster aus konzentrischen Ringen. Das Erstaunliche dabei ist, dass mit dem "Materieteilchen" Elektron von der Struktur her die gleichen Beugungsmuster erzeugt werden wie mit elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlung). Mit dem RCL "Elektronenbeugung" können Schülerinnen und Schüler dieses Phänomen im Vergleich zum traditionellen Unterricht in einem ersten Schritt eigenständiger und ohne den lenkenden Einfluss der Lehrkraft entdecken und beginnen, es zu verstehen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse zur Röntgenbeugung an polykristallinen Kristallen im Versuch zur Elektronenbeugung anwenden. erkennen, dass Elektronen Welleneigenschaften zugeordnet werden können. ihre Arbeitsergebnisse an der Tafel oder mit einer PowerPoint-Präsentation vorstellen. Thema Elektronenbeugung - das Elektron als Welle Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Bei der Messung der Ringradien kommen ein Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) und ein Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zum Einsatz. Die Schülerinnen und Schüler sollen qualitative Experimente zum Fotoeffekt deuten können. Hypothesen zum Zusammenhang zwischen Größen des eingestrahlten Lichts und Größen der ausgelösten Elektronen formulieren. den Zusammenhang zwischen der Energie der Elektronen und der Frequenz beziehungsweise der Intensität des Lichts mit dem RCL "Fotoeffekt" untersuchen. begründet angeben können, welche Versuchsergebnisse zum Fotoeffekt sich im Wellenmodell nicht erklären lassen und wie diese im Fotonenmodell erklärt werden. technisch-physikalische Anwendungen des äußeren und inneren Fotoeffekts kennen lernen. Thema Fotoeffekt und Fotonenmodell des Lichts Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum etwa 4 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder zuhause, javafähiger Browser Software Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel), Computeralgebrasystem ( Maple ) oder spezielles Datenanalyseprogramm (zum Beispiel Origin ) für die Hochschule Wellen- und Fotonenmodell des Lichts sind in ihrer Struktur sehr unterschiedlich: Ist beim Wellenmodell die Lichtenergie über den Raum verteilt, abhängig von der Amplitude und unabhängig von der Frequenz der elektromagnetischen Welle, so ist beim Fotonenmodell die Lichtenergie in einzelnen Fotonen konzentriert und frequenzabhängig. Schülerinnen und Schüler mit dem Fotoeffekt vom Wellen- zum Fotonenmodell zu führen, ist nicht einfach: Anhand eines Versuchs sollen relevante experimentelle Ergebnisse gewonnen und als im Wellenmodell nicht erklärbar erkannt werden. Das Fotonenmodell wird eingeführt und der Fotoeffekt damit erklärt. Die Unterrichtseinheit folgt diesem Weg und versucht die genannten Schritte zum besseren Verständnis für die Lernenden möglichst klar gegeneinander abzugrenzen. Das RCL "Fotoeffekt", eine Tabelle und Aufgaben sind dazu die wichtigsten Medien und Materialien dieser Unterrichtseinheit. Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien Lernvoraussetzungen, Unterrichtsverlauf, Steckbrief des RCLs "Fotoeffekt" und Arbeitsmaterialien zur Unterrichtseinheit