Die Erde ist ein "heißes Ding", unter der Erdkruste herrschen sehr hohe Temperaturen. Diese geothermische Energie lässt sich auch zu Heizungszwecken nutzen. Wie das funktioniert und was es kostet, lernen Grundschulkinder in dieser fächerübergreifenden Projektarbeit. Für viele Kinder sind spektakuläre Vulkanausbrüche und ihre Ursache kein Geheimnis mehr. Sie wissen, dass der Erdkern aus glühendem, flüssigem Gestein besteht, das sich an manchen Stellen seinen Weg durch die Erdkruste bricht. Dass aber die Erde ganz unspektakulär auch zur Beheizung von Häusern genutzt werden kann, ist weniger bekannt. Ausgehend von der ZDF-Sendung "Erdwärme? Heißes Pflaster in Bärstadt" aus der Reihe Löwenzahn erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie eine solche Erdwärmeheizung funktioniert und warum sie trotz höherer Anschaffungskosten sinnvoll ist. Die Kinder arbeiten mit einer Internetplattform, die sie durch die Recherche auf kindgemäßen Webseiten und zur Lösung der Arbeitsaufträge führt. Verschiedene interaktive Übungen und herkömmliche Arbeitsblätter runden die interaktive Lerneinheit ab. In Zeiten des Klimawandels und immer weiter schwindender Ressourcen fossiler Energie ist es dringend nötig, unseren Kindern Alternativen aufzuzeigen und mit ihnen deren Vor- und Nachteile zu besprechen. Eine der Alternativen ist die Erdwärme. Die vorliegende Unterrichtseinheit will in einem multimedialen Ansatz den Blick auf diese alternative Energie richten, auf die wir über kurz oder lang sehr dankbar zurückgreifen werden. Neben der Recherche im Internet, herkömmlichen Medien wie Arbeitsblättern, Wörterbuch und Lexikon, bietet die professionelle und kindgemäße Bearbeitung des Themas in der "Löwenzahn"-Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" bei ZDF tivi einen idealen Einstieg. Hintergrund Erdwärme Hier finden Sie eine kurze Einführung in die Funktionsweise von Erdwärme-Heizungen und die Kosten-Nutzen-Rechnung. Die Lernumgebung und der Ablauf des Projekts Hier erfahren Sie mehr über den Aufbau der interaktiven Lernumgebung und erhalten Hinweise zur Planung der Projektarbeit. Arbeitsmaterial zur interaktiven Lernumgebung Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu den einzelnen Arbeitsblättern und Hinweise, wie Sie mit der interaktiven Lernumgebung verzahnt sind. Fachkompetenz die Schülerinnen und Schüler sollen in den Fächern Sachkunde, Deutsch, Mathematik und Kunst Differenzierte Lernziele erreichen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Video im Internet anschauen und Informationen daraus entnehmen. gezielte Recherchen im Internet durchführen und das World Wide Web als Informationsquelle nutzen. eine interaktive Lerneinheit am Computer bearbeiten und dabei Erfahrungen mit dem Prinzip der Verlinkung machen. interaktive Übungen durchführen (HotPotatoes: Kreuzworträtsel, Lückentext). ein interaktives Memo-Spiel durchführen. ein interaktives Quiz durchführen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Absprachen zur Benutzung der Computer-Arbeitsplätze treffen. sich als Partnerinnen und Partner über die Reihenfolge der Aufgaben einigen. sich gegenseitig helfen. Nie wieder Kohle! "Ich heize meinen Bauwagen jetzt mit dem glühenden Inneren der Erde!", begeistert sich Fritz und gibt dem Kohlenhändler eine Abfuhr. Dann macht er sich an die Bohrarbeiten. Heiße Quellen in Bärstadt? Er hofft auf eine heiße Quelle zu stoßen, schließlich nutzt man auch in anderen Ländern brodelnde Geysire und dampfende Quellen zum Heizen. Und tatsächlich, schon nach wenigen Minuten sprudelt Fritz warmes Wasser entgegen. Doch die Quelle ist eine angebohrte Wasserleitung. Fritz ist also noch lange nicht am Ziel! Sendung online Die Sendung kann jederzeit auch als Video auf der Internetseite von ZDF tivi abgerufen werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen das Innere der Erde und die Entstehung von Vulkanen kennen lernen oder Kenntnisse darüber wiederholen. ein Experiment zum Vulkan durchführen. Thermalquellen und ihre Nutzung kennen lernen. erfahren, dass Wärme aus der Erde zum Heizen genutzt werden kann. erfahren, welche Teile zu einer Erdwärmeheizung gehören und wie eine Wärmepumpe funktioniert. ein Beispiel für die Verwendung von Erdwärme kennen lernen. Vor- und Nachteile der Erdwärmeheizung benennen. Abbildungen den richtigen Texten zuordnen und beschriften. mit dem Multiple-Choice-Verfahren arbeiten (richtige und falsche Aussagen unterscheiden). Die Schülerinnen und Schüler sollen Anschaffungskosten für Erdwärmeheizungen berechnen und laufende Kosten verschiedener Heizarten vergleichen. die nötigen Angaben dazu einer Internetseite entnehmen. erfahren, dass die höheren Anschaffungskosten der Erdwärmeheizung sich im Laufe der Jahre rentieren. Zahlen im Tausender- und Zehntausenderraum ergänzen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Rätselschriften entziffern. Lernwörter für ein Diktat üben. Wörter mit z oder tz üben. zusammengesetzte Nomen bilden. Lückentexte ergänzen. einen Buchtipp zum Thema aufschreiben und ein passendes Coverbild zum Buch malen. Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Vulkan darstellen (Collage aus gerissenem und teilweise selbst gefärbten Papier). 1000 Grad im Erdmantel Der Energievorrat der Erdwärme lagert in heißem Wasser oder Gestein und ist nahezu unerschöpflich, so dass es eigentlich keine Energieprobleme geben dürfte, wenn sie richtig genutzt würde. Im Erdinneren herrschen vermutlich Temperaturen von über 5000 Grad und im oberen Erdmantel sind immerhin noch über 1000 Grad vorhanden. Nur 0,1 Prozent der Erde sind kühler als 100 Grad. Diese umweltfreundlichen Energiequellen können praktisch überall genutzt werden. Island regt zur Nachahmung an Am deutlichsten zeigen sich diese "Segnungen" der Erde in Island, wo es viele aktive Vulkane und zahlreiche schon von weitem sichtbare Geysiren gibt, aus denen heißes Wasser in die Luft schießt. Schon seit Jahrzehnten werden diese heißen Quellen angezapft und liefern fast vollständig den Energiebedarf des Landes. Aber auch an weniger gesegneten Stellen der Erde ist durch den heutigen Stand der Technik der Einsatz der Geothermie möglich. Denn schon in 40 bis 60 Metern Tiefe können die Temperaturen unabhängig von der Jahreszeit zehn bis 15 Grad Celsius erreichen. Hohe Investition zahlt sich aus Obwohl die Anschaffungskosten beim Einsatz der Geothermie höher liegen als bei herkömmlichen Heizarten, hat sie entscheidende Vorteile: Sie steht zu jeder Tages- und Nachtzeit und unabhängig von der Jahreszeit zur Verfügung. Sie ist umweltschonend, da keine Verbrennung erfolgt und muss nicht transportiert werden, da der Anschluss an Ort und Stelle erfolgt. Der Betrieb der Anlage verursacht nur geringe Kosten, so dass sich die Anschaffung im Laufe der Jahre amortisiert. Die Heizkosten bei einer Erdwärmeheizung liegen 50 bis 70 Prozent niedriger als im Vergleich mit einer herkömmlichen Heizung. Salzwasser bringt die Energie an die Oberfläche Beim Hausbau werden bis zu 100 Meter tiefe Löcher in die Erde gebohrt und darin Erdwärmesonden versenkt. Diese unten geschlossene Sonde besteht aus zwei Schläuchen. In einem dieser Schläuche wird kaltes Salzwasser ins Erdreich gepumpt und erwärmt sich dort. Das erwärmte Wasser kommt über den zweiten Schlauch zurück an einen Wärmetauscher und heizt darin ein Kühlmittel auf. Erdwärme deckt Großteil der Heizkosten ab Durch Kompression des Kühlmittels kann die Temperatur auf 55 bis 80 Grad Celsius steigen. Diese Wärme wird über einen zweiten Wärmetauscher an die Heizanlage und das Brauchwassersystem abgegeben. Das abgekühlte Salzwasser fließt zurück in die Erdsonde und wird dort erneut erwärmt So es entsteht ein komplett geschlossener Kreislauf. Das Erdwärmesonden-System kann für 75 bis 80 Prozent der notwendigen Heizenergie sorgen, die restlichen 20 Prozent kommen über das Stromnetz. Zur theoretischen Aufarbeitung des Themas Erdwärme ist das Internet ein ideales Medium. Es gibt eine Reihe kindgemäßer Seiten, die den Schülerinnen und Schülern Gelegenheit zum selbstständigen Erforschen geben. Hier wird aber insbesondere auf die ZDF-Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" aus der Reihe "Löwenzahn" zurückgegriffen, die als idealer Einstieg in das Thema dient. Für Kinder verständlich vermittelt sie wissenschaftliche und technische Fakten und hat außerdem hohen Unterhaltungswert, so dass mit Spaß gelernt werden kann. Aufbau der Lernumgebung Das Material zur Sendung und weitere Informationen erarbeiten sich die Kinder mithilfe einer interaktiven Lernumgebung . Sie leitet die Schülerinnen und Schüler von einer Aufgabe zur nächsten und verweist dabei auf die zugehörigen Arbeitsmaterial . Neben der Eingangsseite besteht die Lerneinheit aus drei weiteren Hauptseiten (Ein heißes Ding/ Sprache/ Dies und das), fünf intern verlinkten interaktiven Übungen (Hot Potatoes-Übungen/Memo-Spiel) und 14 externen Links. Die internen Links können offline bearbeitet werden. Ein heißes Ding Diese Rubrik mit ihren Unterseiten behandelt die sachkundlichen Aspekte. Die Kinder lernen durch Kurzvideos und Internet-Recherche Funktionsweise, Vor- und Nachteile der Erdwärmeheizung kennen und berechnen das Kosten-Nutzen-Verhältnis. Sprache Aufgehängt am Thema Erdwärme trainieren die Kinder Lernwörter mit verschiedenen Methoden (zum Beispiel Lückentext, Diktat oder Kreuzworträtsel) und verfassen eine Buchvorstellung. Dies und das Diese Rubrik leitet die Kinder dazu an, einen Vulkanausbruch zu simulieren. Es ist ratsam, dieses Experiment gemeinsam durchzuführen, da eine ganze Reihe von Utensilien gebraucht werden. Eine Alternative wäre, diese Aufgabe als Hausaufgabe aufzugeben und anschließend in der Klasse darüber berichten zu lassen. Die Quizfragen beziehen sich auf die Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" und dienen der Ergebnissicherung, das Memo-Spiel der Entspannung. Zeitlicher Ablauf Partnerarbeit halbiert die Wartezeit Organisation des Unterrichts und Zeitraum der Arbeit hängen von der Anzahl der jeweils vorhandenen Computerarbeitsplätze ab und davon, ob sie in einem Netzwerk gemeinsamen Zugang zum Internet haben. Als sinnvoll hat sich auf jeden Fall Partnerarbeit erwiesen. Auf diesem Weg lässt sich die Zahl der auf einen Computer wartenden Kinder halbieren und die Paare können sich untereinander unterstützen. Weitere Arbeitsblätter als Ergänzung Als zusätzliches Angebot kann die Lehrkraft weitere Arbeitsblätter zur Verfügung stellen, die die in der Lerneinheit angesprochenen Themen vertiefen. Die Schülerinnen und Schüler können zum Beispiel Sachbücher zum Thema anschauen, weitere Aufgaben zu den Lernwörtern lösen, weitere Wörter mit z oder tz und zusammengesetzte Nomen suchen. Fachunterricht oder übergreifender Ansatz Die Unterrichtseinheit ist fächerübergreifend angelegt. Als Fachlehrerin oder Fachlehrer haben Sie aber auch die Möglichkeit, nur die Sachthemen zu behandeln und das Fach Deutsch auszuklammern, wenn der fächerübergreifende Ansatz aus stundenplantechnischen Gründen nicht oder nur sehr schwer durchführbar ist. Organisation des Ablaufs Vorschläge der Kinder aufgreifen Wichtig ist außerdem die Organisation des Unterrichtsablaufs. Absprachen bezüglich der Computer-Nutzung müssen getroffen werden, da nicht alle Schülerinnen und Schüler gleichzeitig am Rechner sitzen können. Dabei sollten Vorschläge der Kinder aufgegriffen werden, weil sie erfahrungsgemäß die Einhaltung eigener Vorschläge auch selbst überprüfen. Außerdem ist festzulegen, ob die Arbeit als Partner- oder Gruppenarbeit erfolgen soll und eine entsprechende Einteilung vorzunehmen (freie Wahl, Zufallsprinzip durch Ziehen von Kärtchen oder von der Lehrkraft bestimmt). Computer-Experten lösen Probleme Es hat sich zudem bewährt, "Computer-Experten" zu wählen, die bei Schwierigkeiten mit dem Medium als erste Ansprechpartner fungieren sollen. So können die Kinder viele Fragen unter sich klären und selbstständig arbeiten. Voraussetzungen Die Kinder sollten an offene Unterrichtsformen gewöhnt sein. Kenntnisse im Umgang mit dem Internet sind nicht unbedingt nötig, da die Links direkt über die Lerneinheit angesteuert werden und keine Internetadressen eingegeben werden müssen. Erfolgskontrolle Jedes Kind heftet seine fertigen Arbeitsblätter und gelösten Aufgaben in einem Hefter ab, der nach Abschluss des Projekts eingesammelt und von der Lehrkraft überprüft werden kann. Die Projektarbeit umfasst insgesamt 14 Arbeitsblätter. Sie sind den Rubriken der interaktiven Lernumgebung "Ein heißes Ding", "Sprache" und "Dies und das" zugeordnet. ZDF tivi - Löwenzahn Zu viel Kohle für die Kohle! Jahr für Jahr schießt der Preis für die Heizkohle aufs Neue in die Höhe. Wen das nicht zum "Kochen" bringt...? Schluss damit. Fritz hat eine Idee: die Warmwasser-Speicher der Erde anzapfen. Im Innern unseres Planeten ist es schließlich glühend heiß. Die Hitze bringt teilweise auch das Grundwasser zum Kochen. Dampfende Quellen und aufbrodelnde Geysire sind eindrucksvolle Beispiele dafür. Erdwärme müsste man doch auch in Bärstadt zum Heizen nutzen können. Der erste Bohrversuch holt Fritz allerdings schnell auf den harten Boden der Tatsachen zurück: Ein Flop! Irgendwie muss man doch rankommen an die Wärme tief unter uns. Fritz sprudelt schon wieder vor Ideen...

Vor 100 Jahren – am 22. Juni 1910 – wurde Konrad Zuse geboren. Das Zuse-Jahr 2010 soll dieses Jubiläum gebührend ehren. In dieser Unterrichtseinheit erhalten Schülerinnen und Schüler Einblicke in die Erfindung des Computers durch Konrad Zuse und in die Funktionsweise seines ersten Rechners - den Z3.Was sind Dualzahlen und warum rechnen Computer mit ihnen? Wie funktioniert binäre Logik und was sind logische Gatter? Wie arbeitete Konrad Zuses Z3? Die Antworten auf diese Fragen können Schülerinnen und Schüler mit einer zum Zuse-Jahr 2010 entwickelten Lernumgebung finden. Die dynamischen Arbeitsblätter enthalten interaktive Übungen und Veranschaulichungen, die mit LogiFlash erstellt wurden. Dieser Logiksimulator für die Darstellung von digitalen Schaltungen wurde am Lehrstuhl für Technische Informatik der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main entwickelt und steht kostenfrei zur Verfügung. Würdigung der Leistung Konrad Zuses Die hier vorgestellte Lernumgebung kann im Rahmen des Lehrplans genutzt werden. Konzipiert wurde sie vom Autor aber insbesondere zur Würdigung von Konrad Zuse (1910-1995) im Zuse-Jahr 2010. Hier bietet sich ihr Einsatz im Rahmen eingeschobener Unterrichtsstunden an (eine Doppelstunde sollte reichen). Im Verlauf des Unterrichtsgesprächs kann ferner auf die Begriffe Verarbeitungsbreite (Bit) und Speichergröße (Bit und Byte) eingegangen werden. Einführung der Lernumgebung per Beamer Schülerinnen und Schüler der Klasse 7 sind den Einsatz interaktiver Arbeitsblätter oft noch nicht gewohnt. Daher sollte der Umgang damit zunächst von der Lehrperson per Beamer gezeigt werden. Insbesondere der Umgang mit den interaktiven LogiFlash-Simulationen kann so demonstriert werden. Hinweise zu den Übungen Ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Zahleneingabe bei den Übungen führt zu erhöhter Konzentration und damit zu weniger Frusterlebnissen. Diese entstehen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber formal fehlerhaft (zum Beispiel durch Leerstellen) in die Arbeitsblätter eingegeben werden. Die Angaben werden dann als falsch bewertet. Auch Partnerarbeiten zwischen Schülerinnen und Schülern mit guten Deutschkenntnissen und Lernenden, denen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), kann zur Vermeidung von Frusterlebnissen beitragen. Aufbau und Inhalte der Lernumgebung Die Themen der Lernumgebung werden kurz vorgestellt. Screenshots zeigen Ausschnitte aus den interaktiven Übungen. Green IT Von der Erfindung des Computers kann ein Bogen geschlagen werden zum heutigen rasanten Wachstum der Datenströme im Internet, die einen signifikanten Beitrag zum Kohlenstoffdioxidausstoß leisten werden, wenn die Energieeffizienz der heutigen Technologie nicht stark verbessert wird. "Green IT" ist das Schlagwort. Computer Gestern - Heute - Morgen: "Green IT" In Zeiten drastisch wachsender Datenströme muss die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologie umwelt- und ressourcenschonend gestaltet werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen im Lernbereich "Computer verstehen: Daten und Strukturen" den grundlegenden Aufbau eines Computers kennen (Hardware, Prozessor, Bus, Speicher). das Blockschaltbild eines Computers verstehen. das Prinzip "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" verstehen. die Auswirkungen der Rechentechnik aus historischer Sicht bewerten. ein Modell für Informatiksysteme kennenlernen. im Wahlpflichtbereich "Computer Gestern - Heute - Morgen" die Leistung eines Rechners anhand verschiedener Kriterien beurteilen können. die Lernumgebung für das Fach Mathematik zur Prüfungsvorbereitung zum Thema Stellenwertsysteme (Klasse 10) nutzen. Thema Die Erfindung des Computers - Zuses Z3 Autor Jens Tiburski Fächer Informatik, Mathematik (Stellenwertsysteme) Zielgruppe ab Klasse 7 (Informatik), Klasse 10 (Mathematik) Zeitraum 1-2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer in ausreichender Zahl (Einzel- oder Partnerarbeit); aktiviertes Java-Script, Flash Player Zuerst werden die Schülerinnen und Schüler darauf aufmerksam gemacht, dass die Rechenmaschinen vor der Erfindung des Computers noch mechanisch funktionierten. Doch selbst herausragende Konstruktionen demonstrierten lediglich die Unmöglichkeit, analytische Maschinen von hoher Komplexität technisch zu verwirklichen. Das macht die Genialität Zuses deutlich, der mit zwei revolutionären Ideen die Entwicklung des modernen Computers ermöglichte: Durch den Vergleich mit Anlagen aus der Nachrichtentechnik kam er zu dem Schluss, dass Rechenmaschinen ebenfalls elektronisch funktionieren müssten - durch den Einsatz von Relais als Schalter. Da Relais nur zwei Schaltzustände kennen - High und Low - erkannte Zuse, dass Rechenmaschinen auf dem Dualsystem basieren müssten. Boolesche Logik Also stellte er seine Experimente mit mechanischen Rechenmaschinen ein (der Zuse Z1 war noch ein mechanischer Rechner) und arbeitete an der Umsetzung der Rechenregeln für Dualzahlen mittels logischer Operatoren. Dass es die Boolesche Logik schon gab, wusste Konrad Zuse nicht. Er entwickelte jedoch unabhängig dieselben Schlussfolgerungen. Die interaktiven Arbeitsmaterialien der Unterrichtseinheit beginnen mit der Erforschung der Rechenregeln für das Dualsystem (also das Zahlensystem auf der Basis 2). Nach grundsätzlichen Erläuterungen haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, ihr erworbenes Wissen in interaktiven Aufgabenstellungen zu testen. Nach der Konvertierung von Dezimalzahlen in Dualzahlen (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken) und umgekehrt sind Additions- sowie eine Multiplikationsaufgabe zu lösen. Die Lernumgebung gibt den Schülerinnen und Schülern Rückmeldungen zum Erfolg ihrer Bemühungen. Den nächsten inhaltlichen Schwerpunkt bildet das Verständnis sogenannter logischer Gatter. Es wird gezeigt, wie solche Gatter aufgebaut sind und welche Funktion sie erfüllen. Dabei beschränkt sich die Lernumgebung auf die wesentlichen Gatter: And-Gatter Or-Gatter Xor-Gatter Nand-Gatter Nor-Gatter Xnor-Gatter Interaktive Übungen Mithilfe von Flash-Simulationen logischer Schaltungen (erstellt mit LogiFlash ) können die Schülerinnen und Schüler die Erklärungen nachvollziehen und eigene Überlegungen visualisieren. Das Kapitel enthält interaktive Übungen zu Wahrheitstabellen logischer Gatter. In verschiedenen Aufgaben können die Schülerinnen und Schüler Wahrheitstabellen vorgegebener Gatter erkunden sowie Gatter anhand ihres Verhaltens zuordnen. Abb. 2 zeigt ein Beispiel: In der Übung muss die Wahrheitstabelle ermittelt und dem entsprechenden Gatter zugeordnet werden. Danach werden - mithilfe der Gatter - die Rechenregeln für Dualzahlen digital umgesetzt. Der 1-Bit-Addierer bildet die Grundlage für das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Rechenregeln und logischen Gattern. Wenn dieses Funktionsprinzip verstanden wurde, geht es mit dem 8-Bit-Addierer weiter. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Weitergabe des Übertrags. Es kann zwar nur der Übertrag 1 entstehen, aber dieser muss gegebenenfalls über mehrere Stellen weitergegeben werden. Die sich daraus ergebenden Überlegungen zum Einsatz verschiedener Gatter führen auf eine schon recht komplexe Schaltung mit einer Vielzahl von Gattern, die - zur optischen Abgrenzung - in verschiedenen Reihen angeordnet sind (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). Dieser 8-Bit-Addierer ist nun das eigentliche Rechenwerk des Z3. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich um ein stark vereinfachtes Modell des Rechenwerks von Konrad Zuse handelt. Im Gegensatz zu Konrad Zuses Rechner wird unser Rechenwerk nun aber noch mit Wandlern zur Ein- und Ausgabe von Dezimalziffern ausgestattet: Dezimal-Dual-Wandler Dieser Wandler basiert komplett auf Or-Gattern, die dafür sorgen, dass eingegebene Dezimalziffern über die Lampen am Ausgang als Dualzahlen weitergegeben werden. Dual-Dezimal-Wandler Dieser Wandler verwendet zwei Gattertypen, das And-Gatter und das Nor-Gatter. Das jeweilige And-Gatter testet die gesetzten richtigen Bits, während das Nor-Gatter falsch gesetzte Bits "herausfiltert". So wird zum Beispiel die Lampe mit der Nummer 7 nur dann auf High-Level gesetzt, wenn die Bits 1, 2 und 3 aktiviert sind und gleichzeitig die Bits 4 und 5 deaktiviert sind (Abb. 4). Wenn man nun den 8-Bit-Addierer mit zwei Dezimal-Dual-Wandlern zur Eingabe von Dezimalziffern und einem Dual-Dezimal-Wandler zur Anzeige der Ergebnisse in Dezimalform ausstattet, erhält man einen einfachen Rechner, der zwei Dezimalziffern addiert und das Ergebnis anzeigt. Der Informationsfluss kann dabei anhand der türkis eingefärbten Hervorhebungen von den Schülerinnen und Schüler nachvollzogen werden, sodass das Funktionsprinzip deutlich wird (Abb. 5) Die Schaltung in Abb. 5 wirkt auf den ersten Blick sicher verwirrend. Deshalb wird dieser Rechner nun modular umgestaltet. Die Hauptbaugruppen werden in Module zusammengefasst. Dann erfolgt die Verdrahtung und man erhält ein Funktionsschema, das wesentlich übersichtlicher wirkt als das vollständige Modell. Dass es sich jedoch um dieselben Schaltungen handelt, kann man durch das Anklicken des Lupen-Symbols sehen. Das Lupensymbol erscheint, wenn Sie den Cursor über die linke oder rechte untere Ecke (4-Bit-Addierer) der Module führen (siehe roter Kreis in Abb. 6). Aufgaben Im letzten Übungsteil sollen die Schülerinnen und Schüler ihr erworbenes Wissen über die logischen Schaltungen testen. Drei vorgegebene Schaltungen sind zu komplettieren: 1-Bit-Addierer Die beiden passenden Logik-Gatter sollen an die richtigen Stellen gezogen und die Schaltungen korrekt verdrahten werden. Per Klick auf das Fragezeichen-Symbol lassen sich Tipps aufrufen. Der Test-Button prüft die Schaltung - das kann bei umfangreichen Schaltungen einige Sekunden dauern - und gibt dann das Ergebnis in Form einer Messagebox aus. 4-Bit-Addierer Neben den vier 1-Bit-Addierern muss die Weiterleitung des Übertrags fehlerfrei funktionieren. Die Aufgabe besteht in der korrekten Verdrahtung der logischen Gatter der Übertragsweiterleitung. Modul-Rechner Der letzte Schaltplan beinhaltet zwei Dezimal-Dualwandler, einen 4-Bit-Addierer sowie einen Dual-Dezimal-Wandler. Die Aufgabe ist es nun, die fertigen Module richtig zu verdrahten, sodass der Modul-Rechner fehlerfrei funktioniert. Im Themenbereich "Computer Gestern - Heute - Morgen" bietet sich ein Ausblick auf die Bestrebungen an, die Nutzung von Informationstechnik (IT) beziehungsweise aller Informations- und Kommunikationstechnologie umwelt- und ressourcenschonend zu gestalten. Dies betrifft die Produktion der Komponenten (Energieeinsatz, Materialien, Produktionsmittel). das Design der Systeme (Energieverbrauch im Betrieb). die Entsorgung oder das Recycling der Geräte. Der letztgenannte Aspekt schließt insbesondere die Schadstoffthematik mit ein, also ob schädliche Stoffe in der Produktion anfallen oder ob Gifte wie Blei oder Brom im Endprodukt enthalten sind und bei dessen Betrieb oder Entsorgung freigesetzt werden. Der Begriff Green IT umfasst auch die Energieeinsparung durch die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologie. So kann zum Beispiel der Ersatz von Dienstreisen durch Videokonferenzen zur Energie- und Emissionsreduzierung beitragen. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) hat im Jahr 2009 eine Green-IT-Studie veröffentlicht, die "Aspekte der Reduzierung des Energieverbrauchs und der Verbesserung der Energieeffizienz in Kommunikationsnetzwerken" darstellt. Angesichts des dramatisch ansteigenden Datenverkehrs muss, so die Studie, dem damit zusammenhängenden Energieverbrauch aus Umweltgesichtspunkten (Kohlenstoffdioxidausstoß) - aber auch im Hinblick auf die Betriebskosten für Netzbetreiber und private Kunden - entschieden gegengesteuert werden. Nur wenn Forschung und Entwicklung einen essenziellen Beitrag zur Verbesserung der Energieeffizienz der Informations- und Kommunikationstechnologie leiste, sei das Wachstum des Internets ohne einen signifikanten Beitrag zum Kohlenstoffdioxidausstoß möglich. Auch dies gehört zum Erbe Konrad Zuses … Interessierte Lehrkräfte können die nicht ganz günstige Studie (250 Euro) direkt beim VDE bestellen: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Stresemannallee 15 60596 Frankfurt am Main Kontakt: itg@vde.com

Jubelnde Menschenmassen schwenken blau-weiß-rote Fähnchen und Luftballons, Politiker baden in der Menge: In den Vereinigten Staaten geht der Wahlkampf in den Endspurt. Am 2. November entscheidet sich, wer der nächste Präsident der USA wird.Schon Monate vor dem eigentlichen Wahltermin begann in den USA das riesige Medienspektakel um den Präsidentschaftswahlkampf. In einem komplizierten Verfahren musste sich John Kerry zunächst gegen alle Konkurrenten aus der Demokratischen Partei durchsetzen. Die bestimmenden Themen des Wahlkampfs sind die innere Sicherheit und der Kampf gegen den internationalen Terrorismus. Nach dem dritten und letzten TV-Duell von Bush und Kerry bleiben die Prognosen zum Wahlausgang spannend. Meinungsumfragen zeigen ein Kopf-an-Kopf-Rennen der Kandidaten. Viele Europäer hoffen auf einen Sieg von John Kerry. Allgemeine Anregungen für den Einsatz der Basisartikel zu aktuellen politischen Themen von Lehrer-Online und europa-digital liefert der Politik-Fachberater Ulrich Bauer. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich über die Präsidentschaftswahlen und das Parteiensystem in den USA informieren. die allgemeinen Unterschiede zwischen dem amerikanischen und dem deutschen Wahlsystem erkennen. sich über die politischen Ziele von George W. Bush und John F. Kerry informieren. das Internet als Informations- und Recherchemedium nutzen. die Vor- und Nachteile bei der Wahl der Spitzenkandidaten in den USA erkennen und diskutieren. Thema Die Wahl des US-Präsidenten 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 Parteimitglieder in allen Bundesstaaten stimmen ab Während bei uns in Deutschland in der Regel ein Parteitag den Spitzenkandidaten einer Partei bestimmt, organisieren die Parteien in den USA eine Reihe von Vorwahlen (Primaries), um ihre Spitzenkräfte festzulegen. Diese Vorwahlen beginnen bereits ein knappes Jahr vor dem eigentlichen Wahltag. Die Parteimitglieder in jedem einzelnen Bundesstaat entscheiden so über ihren Favoriten. Das Ziel der Vorwahlen ist, die Kandidaten in einem möglichst demokratischen Verfahren zu wählen. Favorit fordert Präsidenten heraus Dabei stehen immer mehrere Personen einer Partei zur Wahl. Nur der Sieger einer solchen Vorwahl hat Chancen, zum Kandidaten der Partei für das Amt des Präsidenten gekürt zu werden. In der Regel wird derjenige Politiker Spitzenkandidat, der in der Mehrzahl der Bundesstaaten bei den Vorwahlen siegt. Damit ist er aber noch lange nicht Präsident - er muss sich bei der abschließenden Präsidentschaftswahl gegen den Kandidaten der Konkurrenzpartei durchsetzen, der in der Regel der amtierende US-Präsident ist. Urwahlen als Alternativmodell In einigen Staaten veranstalten die Parteien statt der Vorwahlen so genannte "Urwahlen" (Caucus). Dabei stimmen Parteimitglieder in drei Stufen über ihren Kandidaten ab: erst auf lokaler Ebene (also in einer Gemeinde), dann auf regionaler Ebene, dann für den Bundesstaat. Sie wählen allerdings nicht direkt einen Spitzenkandidaten, sondern Wahlmänner, die für einen bestimmten Spitzenkandidaten abstimmen sollen. Die Urwahlen erregen weniger Aufsehen als die Vorwahlen: Sie liefern meist keine spektakulären Ergebnisse, gelten allerdings als besonders demokratisches Verfahren. Super Tuesday bringt Entscheidung Der Höhepunkt der Vorwahlen war der so genannte "Super Tuesday" am 2. März. An diesem Termin fanden Vorwahlen in zehn Bundesstaaten gleichzeitig statt. John Kerry ging an diesem Tag als Sieger hervor. Offiziell wurde der Herausforderer aber erst im Sommer auf einem Parteitag der Demokraten zum Präsidentschaftskandidaten gekürt. Spiegel Online: Wie man einen Präsidenten wählt Informationen zu Vorwahlen, Parteitagen, Wahlkampf und Wahltag. Wofür die Parteien stehen Die Republikaner gelten allgemein als konservative, die Demokraten als liberale Partei. Sozialen Fragen kommt im Programm der Demokraten eine größere Bedeutung zu als bei den Republikanern. Insgesamt gibt es jedoch auch inhaltliche Überschneidungen. Nicht in allen Punkten lassen sich klare Grenzen zwischen den politischen Zielen der zwei Parteien ziehen. Zwar gibt es wie bei allen Wahlen noch mehr Bewerber um das Amt des Präsidenten, doch die Kandidaten der großen Parteien sind die einzigen, die überhaupt eine Chance haben. Noch nie ist es einem parteilosen Kandidaten gelungen, Präsident zu werden. Die Republikanische Partei Die Republikanische Partei stellt den aktuellen Präsidenten der Vereinigten Staaten, George W. Bush. Da feststeht, dass Bush auch für eine zweite Amtszeit kandidiert, konnten die Republikaner auf Vorwahlen verzichten. Spiegel Online: Die Republikanische Partei Kurze Geschichte der Republikanischen Partei und ihrer Präsidenten. Die Demokratische Partei Die zweite große Partei in den USA sind die Demokraten. Sie mussten während der Vorwahlen herausfinden, welcher ihrer Kandidaten die größten Chancen hat, den Amtsinhaber Bush zu besiegen. Bald zeigte sich, dass die demokratischen Wähler John Kerry favorisieren. Er gewann am 2. März, dem "Super Tuesday", zum Abschluss neun der letzten zehn Vorwahlen. Spiegel Online: Die Demokratische Partei Kurze Geschichte der Demokratischen Partei und ihrer Präsidenten. Senator John Kerry wird Präsidentschaftskandidat John Kerry vertritt den Staat Massachusetts im Senat der Vereinigten Staaten. In der Öffentlichkeit wurde er schon in den siebziger Jahren bekannt - nach seinem Einsatz im Vietnam-Krieg organisierte er Protestkundgebungen gegen den Krieg. Später arbeitete der Jurist als Staatsanwalt und schlug eine politische Karriere ein. Zu seinen Themen gehören die Außenpolitik und der Umweltschutz. Mit seinen Positionen grenzt sich Kerry auf diesen Gebieten klar vom Amtsinhaber George W. Bush ab. Offizieller Wahlkampfbeginn Ende Juli Offiziell kürte die demokratische Partei ihren Kandidaten im Sommer. Vertreter aus allen Bundesstaaten trafen sich auf einem großen Parteitag (convention) Ende Juli in Boston und bestimmten dort den Präsidentschaftskandidaten. John Kerry stand zu diesem Zeitpunkt eigentlich schon fest, aber beim Parteitag verkündeten dann auch seine unterlegenen Mitbewerber ihre Unterstützung. Damit begann offiziell der Wahlkampf. In den verbleibenden Monaten bis zum November - die Wahl findet traditionell am Tag nach dem ersten Montag im November statt - muss sich der Herausforderer John Kerry mit dem amtierenden Präsidenten messen. The White House: President George W. Bush Die offizielle Seite des amtierenden Präsidenten George W. Bush. John Kerry for President Die Homepage des demokratischen Herausforderers. Sicherheit über alles Die großen Themen des Wahlkampfes sind die Sicherheit und der Kampf gegen den internationalen Terrorismus. Bei den ersten Präsidentschaftswahlen nach den Anschlägen vom 11. September 2001 spielen andere Themen im Wahlkampf kaum eine Rolle. Das scheint aber durchaus die Stimmung der Wähler zu treffen, die sich in Kriegs- und Krisensituationen als einige Nation präsentieren und traditionell eher zu ihrem Präsidenten halten. Die flaue Wirtschaftslage, hohe Arbeitslosigkeit und soziale Probleme treten hinter dem großen Terrorismus-Thema in den Hintergrund. Sowohl George W. Bush als auch John Kerry werden daran gemessen, wie erfolgversprechend ihre Konzepte für die Sicherheit des Landes sind. Mit Verbündeten gegen den Terrorismus John Kerry sieht ebenfalls im Kampf gegen den Terrorismus eine wichtige Herausforderung. Er betont aber in allen außenpolitischen Aspekten, dass er auf die traditionellen Verbündeten der USA setze. Alleingänge der USA, wie sie die Bush-Regierung beim Irakkrieg gezeigt hat, lehnt er ab. Er erwartet von den Verbündeten aber auch militärische Unterstützung: Kerry hat deutlich gemacht, dass er den Terrorismus mit der gleichen Entschlossenheit bekämpfen will, wie sein Konkurrent. Der Kandidat, der als Soldat am Vietnam-Krieg teilgenommen hat, dürfte nicht zimperlich sein, wenn es um US-amerikanische Militäreinsätze in aller Welt geht - als Senator hat er allen Einsätzen der letzten Jahre zugestimmt. Um gegen Bush zu punkten, haben sich er und seine Parteifreunde auf dem Parteitag in Boston als besonders patriotisch und militär-freundlich präsentiert. Soziale Probleme angehen Innenpolitisch will Kerry das hohe Haushaltsdefizit der USA senken. Dafür will er auch unpopuläre Maßnahmen wie Steuererhöhungen ergreifen. Auf dem Parteitag sprach er soziale Probleme deutlich an. Er verspricht einen höheren Mindestlohn, Hilfen bei der Gesundheitsfürsorge, und er will sich auch umweltpolitisch engagieren. DW-World: Viel Rhetorik, wenig Ideen Lange wurde im US-Wahlkampf nur beiläufig über den Irak geredet. Nach zunehmendem Angriffen auf US-Soldaten müssen Kerry und Bush Stellung nehmen. Den Terror weiter bekämpfen Die größten Ziele von George Bush bleiben die innere Sicherheit und der weltweite Kampf gegen den Terrorismus. Auch wenn die Bilanz des Irakkriegs fatal für seine Regierung ist - über 1.000 US-amerikanische Soldaten sind bislang im Irak getötet worden, und die Amerikaner haben die blutigen Aufstände bis heute nicht in den Griff bekommen - will er an seiner Politik festhalten. Die USA sollen unter George W. Bush den Terrorismus weltweit verfolgen und so eine sicherere Welt schaffen. Weniger Steuern, mehr Selbstverantwortung In der Innen- und Sozialpolitik will Bush so weitermachen wie bisher: Er will Bürger und Industrie mit Steuersenkungen entlasten, und er setzt auf die Selbstverantwortung der Bürger: Künftig müssen sie sich noch mehr selbst um ihre Gesundheitsfürsorge sowie die Altersvorsorge kümmern. Die ZEIT: Orange macht blind Mit den jüngsten Terrorwarnungen steht die Regierung Bush im Verdacht, auch unter wahltaktischen Aspekten gehandelt zu haben. Wahlkampf in Zeitung, Fernsehen und Internet Wie bei uns findet der Wahlkampf in den USA vor allem in den Medien statt: Die Kandidaten versuchen, in der Presse die Aufmerksamkeit der Wählerschaft zu wecken und treffen in Fernseh-Duellen aufeinander. In den USA spielt darüber hinaus das Internet eine besondere Rolle im Wahlkampf. Die Kandidaten und ihre Unterstützungsteams werben mit aufwändigen Homepages für sich - und gegen den Kontrahenten. Viele Personen, die einen Kandidaten unterstützen, nutzen die Meinungsfreiheit im Internet (zum Beispiel in Weblogs), um ihre Meinung über die Gegenkandidaten zu verkünden. Auf den Parteitagen der Republikaner und Demokraten wurden zum ersten Mal in großer Zahl auch Weblogger als Berichterstatter zugelassen. Und auch Computerspiele haben ihre Wirkung: Auf der Seite des Kandidaten John Kerry gibt es beispielsweise ein Spiel, in dem man George W. Bush aus dem Weißen Haus vertreiben kann. Sogar Stars aus der Musik- oder Filmszene engagieren sich, um Stimmen für die Kandidaten zu sammeln. DW-World: Mit Konzerten auf Stimmenfang Musik für die so genannten Swing-States: Damit wollen US-Pop- und Rockgrößen wie Bruce Springsteen, R.E.M. und Jackson Browne Stimmung machen. Kein Schritt ohne Medienberater Schon lange bevor sie im deutschen Bundestagswahlkampf eine Rolle spielten, waren und sind Medienberater (sogenannte Spin Doctors) in den USA Bestandteil eines jeden Wahlkampfteams. Sie beraten die Kandidaten und versuchen Themen zu setzen, die bei den Wählern der eigenen Partei ankommen. Ihr Ziel ist es, dem Kandidaten möglichst viel Medienpräsenz zu verschaffen und ihn in den Medien in ein gutes Licht zu rücken. Kaum eine Geste im Wahlkampf ist daher unbedacht, immer geht es um die Inszenierung der Kandidaten und um Werbung für ihre politischen Ziele. Auch Prominente aus Film und Sport werden in den USA bewusst in den Wahlkampf einbezogen, indem sie um eine Stellungnahme für beziehungsweise gegen einen Kandidaten gebeten werden. Kampf um Stimmen und Spenden Für den Wahlkampf brauchen beide Parteien viel Geld. Fernseh-Werbespots werden erst für teures Geld produziert, anschließend muss die Werbezeit bei den unzähligen Fernsehsendern gekauft werden. Die Wahlkampf-Finanzierung ist immer wieder ein Streitpunkt in den USA. Eigentlich darf ein Kandidat Einzelspenden nur bis zur Höhe von 1.000 Dollar annehmen; alle Spender werden auf öffentlichen Listen vermerkt. Fundraising-Dinners: Willkommen ist, wer zahlt Doch haben die Kandidaten wirkungsvollere, indirekte Wege gefunden, um Millionensummen für ihre Kampagnen zu sammeln. Als so genannte Fundraising-Dinners veranstalten die Kandidaten Abendessen, bei denen die Sitzplätze je nach Nähe zum Kandidaten für riesige Summen verkauft werden. Bei einem Abendessen, das schon mal in einer Sporthalle mit über 10.000 Plätzen stattfinden kann, kommen so mehrere Millionen Dollar in die Kasse des Kandidaten. Natürlich ist es ein offenes Geheimnis, dass sich Industrielle und andere Lobbyisten durch die Teilnahme an den Abendessen vom späteren Präsidenten Gefälligkeiten erhoffen, weshalb die Fundraising-Dinners eine durchaus umstrittene Form der Finanzierung sind. Zu den ersten Plänen von John Kerry nach dem "Super Tuesday" gehörte eine Abendessen-Tour durch 20 Städte - 105 Millionen Dollar will Kerry damit einnehmen, während sein Kontrahent Bush schon etwa 150 Millionen Dollar gesammelt haben soll. Kampagnen beeinflussen Umfragen Im Frühjahr 2004 sah es für Präsident Bush nicht gut aus. Kerry lag damals bei Umfragen vor dem Amtsinhaber. Geschickt setzte Kerry beispielsweise seine Zeit als Soldat in Vietnam als Wahlkampfmittel ein. Während er im Krieg gekämpft habe, hätte sich George W. Bush mit Hilfe einflussreicher Freunde der Familie eine ruhige Stelle im Militärdienst in der Heimat besorgt. Das kam bei Amerikas Wählern nicht gut an. Die Helfer von George W. Bush versuchten sogleich, dem aussichtsreichen Kandidaten eine Affäre mit einer Praktikantin anzuhängen - zwar erfolglos, doch diese Beispiele lassen schon erahnen, mit welchen Mitteln im Wahlkampf gekämpft wird. Kopf-an-Kopf-Rennen der Kandidaten Im Sommer wendete sich das Blatt. Offensichtlich traf Präsident Bush bei seinem Auftritt auf dem Parteitag der Republikaner die Stimmung seiner Landsleute gut. Nach dieser mehrtägigen "Convention" in New York, die mit einer Rede des Präsidenten und seiner Nominierung endete, stiegen Bushs Umfragewerte deutlich und lagen lange vor John Kerry. Noch Anfang September bezeichneten es die meisten Umfragen als sehr schwierig, dass Kerry in den verbleibenden zwei Monaten den Vorsprung des Präsidenten einholen könnte. Bei den drei Fernsehduellen im Oktober zeigte sich John Kerry jedoch als ebenbürtiger Gegner mit Sachwissen und klaren Positionen. Er wurde in Meinungsumfragen bei zwei Fernsehauftritten zum deutlichen Sieger erklärt. Aktuelle Wahlprognosen sagen ein Kopf-an-Kopf-Rennen der Kandidaten voraus. Beide Parteien versuchen in den letzten Tagen vor der Wahl, so viele unentschlossene Wähler wie möglich für sich zu gewinnen. Der Wahltag am 2. November scheint spannend zu werden. Spiegel Online: Wahlkampfspots - Jetzt schlägt Bush zurück Informationen zu den Merkmalen von Wahl-Werbespots des Präsidenten Bush. Spiegel Online: Wahlkampfspot - 30 Sekunden für Bush Den 30 Sekunden-Spot "Safer, stronger" kann man hier online anschauen. DW-World: Verschärfte Töne und ein Punktsieger Bei der Debatte ím letzten von drei TV-Duellen ging es vorwiegend um Innenpolitik - mit leichten Vorteilen für Kerry. DW-World: Wenn die Demokraten dreimal klingeln Wahlentscheidende Wortgefechte gibt es nicht mehr. Was jetzt zählt, ist Organisation. Die Parteien spannen Gott und die Welt für sich ein. Bürger stimmen am 2. November 2004 ab Wenn die US-Bürger am 2. November 2004 ihre Stimme abgeben, wählen sie ihren Präsidenten nicht direkt. Das ist in den Vereinigten Staaten die Aufgabe eines "Wahlmännerkollegiums" (electoral college). Die Bürgerinnen und Bürger geben ihre Stimme für so genannte Wahlmänner ab, die einen Präsidentschaftskandidaten unterstützen werden. Die Wahlmänner sind Abgeordnete der Parteien in den einzelnen Bundesstaaten. Auf jeden Bundesstaat entfällt eine unterschiedliche Anzahl von Wahlmännern, abhängig von der Bevölkerungszahl. Der Kandidat, der in einem Bundesstaat die meisten Stimmen gewinnt, erhält dann sämtliche Wahlmännerstimmen des Bundesstaates. Der Gegner verliert in diesem Bundesstaat alle Wahlmännerstimmen - ganz gleich, wie knapp der Stimmenvorsprung des Gegners war. Wahlmännerkollegium tritt im Dezember zusammen Im Dezember nach der Wahl treten alle Wahlmänner schließlich zusammen und geben ihre Stimme für den Präsidenten und den Vizepräsidenten ab. Jeder Wahlmann hat sich vor seiner Partei verpflichtet, den eigenen Kandidaten zu wählen. Insgesamt braucht der US-Präsident mindestens 270 Wahlmännerstimmen, um gewählt zu werden. Am 20. Januar 2005, mehr als ein Jahr nach den ersten Vorwahlen, werden dann der 44. Präsident der Vereinigten Staaten von Amerika und sein Stellvertreter ihren Amtseid schwören. Tücken des Systems Dieses System ist zwar etwas umständlich, funktioniert aber zuverlässig. Allerdings hat es gewisse Tücken, wenn Wahlen sehr knapp ausgehen: Bei den letzten Wahlen konnte der demokratische Kandidat Al Gore in den Bundesstaaten prozentual insgesamt mehr Stimmen sammeln als der Republikaner George W. Bush. Bush aber gewann in mehreren Bundesstaaten alle Wahlmänner und dadurch insgesamt mehr Wahlmänner für sich - und wurde schließlich Präsident der USA.

Im Rahmen dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Möglichkeiten kennen, sich am nächtlichen Sternhimmel zu orientieren. Mithilfe einer interaktiven Sternenbrille werden diese Aspekte bei späteren Beobachtungen am realen Nachthimmel praktisch erprobt und vertieft. Der Anblick des nächtlichen Sternhimmels hat die Menschheit seit Anbeginn der Zeit fasziniert. Die ersten Hochkulturen, zum Beispiel die Maya, beschäftigten eine eigene Kaste von Gelehrten, die sich ausschließlich mit dem Sternhimmel befassten. Die Astronomie gilt deshalb als eine der ältesten Wissenschaften. Für die Kulturen Mesopotamiens und Griechenlands waren die Sterne der Sitz der Götter und die Sternbilder sind eng mit der griechischen Mythologie verknüpft. Heute kennen nur noch wenige die Sternbilder und die Möglichkeiten, den nächtlichen Himmel zur räumlichen Orientierung zu nutzen. Orientierungshilfen entdecken und nutzen Der Himmel bietet viele Orientierungshilfen. Anhand der Mondbahn, der Planeten und der Sternbilder lässt sich, eine klare Nacht vorausgesetzt, die eigene Position bestimmen. Mithilfe der interaktiven Sternenbrille "Universe2go" werden Sternbilder, Planeten oder Deep-Sky-Objekte direkt in das Blickfeld der Schülerinnen und Schüler eingeblendet. Bei der spielerischen Arbeit mit der Sternenbrille und der dazugehörigen Smartphone-App entdecken sie unterschiedliche Sternbilder und lernen, sich daran zu orientieren. Ein Quizmodus kann zur individuellen Lernkontrolle genutzt werden. Ablauf Ablauf der Unterrichtseinheit "Orientierung am Nachthimmel" Im Rahmen einer nächtlichen Exkursion erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Gruppen Aufgaben rund um den Themenkomplex räumliche Orientierung. Hintergrundinformationen Hintergrundinformationen und Vorbereitung Bevor Sternenbrille und App am nächtlichen Sternhimmel eingesetzt werden, sollten eine paar Vorbereitungen getroffen werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können sich mithilfe verschiedener Sternbilder am nächtlichen Himmel orientieren. können den zeitlichen Verlauf des Mondes am Nachthimmel analysieren und dabei ihre eigene Position bestimmen. sind in der Lage, die wichtigsten Sternbilder mit der interaktiven Brille "Universe2go" am Nachthimmel wiederzufinden. können sich den tages- und jahreszeitlichen Wechsel des Sternhimmels mithilfe von Universe2go erschließen. sind in der Lage, den Himmels mithilfe eines äquatorialen Koordinatensystems sinnvoll einzuteilen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können digitale Medien zur Orientierung am Nachthimmel nutzen. sind in der Lage, eine Smartphone-App für Augmented Reality anzuwenden. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten und recherchieren in Partner- beziehungsweise Gruppenarbeit. Motivierendes Bildmaterial Als Einstieg in die Unterrichtseinheit bietet es sich an, den Schülerinnen und Schülern zunächst mittels Beamer einige besonders schöne oder beeindruckende Sternbilder zu präsentieren. Passende Public-Domain-Bilder finden Sie zum Beispiel bei der Foto-Community Pixabay . Stummer Impuls Eine weitere motivierende Einstiegsmöglichkeit besteht in einem ersten Kennenlernen des Universe2go bei Tage. Phantasiereise oder Abenteuergeschichte Für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I eignen sich auch eine Phantasiereise durchs Weltall oder eine Abenteuergeschichte als motivierender Einstieg ins Thema. Götter- und Heldensagen Auch die griechischen Götter- und Heldensagen - von denen die Namensgebung der Sternbilder stammt - können insbesondere jüngere Schülerinnen und Schüler motivieren, sich mit Sternbildern zu befassen. Einführung in den Themenkomplex "Räumliche Orientierung bei Nacht" Der Nachthimmel bietet viele Orientierungshilfen. Mithilfe der Mondbahn, der Planeten und der Sternbilder lässt sich, eine klare Nacht vorausgesetzt, die eigene Position bestimmen: Mond und Mondphasen Relativ einfach lässt sich die Himmelsrichtung bei Vollmond bestimmen. Der Vollmond steht nämlich der Sonne genau gegenüber. Der Mond befindet sich um 18 Uhr im Osten, um 24 Uhr im Süden und um 6 Uhr im Westen (Winterzeit). Bei Sommerzeit muss man eine Stunde abziehen. Sternbilder Anhand von Sternbildern kann man Himmelsrichtungen gut bestimmen. Ein wichtiges Sternbild des Nordhimmels ist der große Bär. Sieben sehr helle Sterne im großen Bären bilden den großen Wagen, er sieht aus wie ein viereckiger Kasten mit Griff. Wenn man die beiden Sterne, die die Rückseite des Kastens bilden, durch eine gedachte Linie verbindet und diese Linie fünf Mal in die gleiche Richtung nach oben verlängert, gelangt man zu an einem leuchtenden Stern. Das ist der Polarstern. Er zeigt ziemlich genau an, wo Norden ist. Planeten Nach dem Mond ist die Venus das hellste Objekt am nächtlichen Himmel. Die Venus ist nur am Morgen- oder Abendhimmel sichtbar und nie gegen Mitternacht. Die Venus befindet sich abends in west-nordwestlicher Richtung und morgens in nordost-östlicher Richtung. Der Planet Jupiter ist nachts ebenfalls mit bloßem Auge zu erkennen. Die sichtbaren Planeten wandern im Laufe von 24 Stunden auf einem Bogen von Osten über Süden nach Westen am Himmel. Universe2go: Auch bei Tageslicht einsetzbar Lehrkräfte können Universe2go im Klassensatz kostenfrei ausleihen . Die Universe2go-Leihgeräte sind mit frontseitigen, abnehmbaren Blenden ausgestattet, sodass die App auch problemlos bei Tageslicht verwendet werden kann - in diesem Fall natürlich ohne echte Sterne im Bild. Dies erleichtert die Einarbeitung im Klassenzimmer vor der Exkursion bei Dunkelheit. Die Unterrichtseinheit ist somit auch ohne nächtliche Exkursion durchführbar. Die App installieren und ausprobieren Als Vorbereitung auf die nächtliche Exkursion setzen sich die Schülerinnen und Schüler in Partnerarbeit mit der Universe2go-App auseinander und installieren diese auf ihren eigenen Smartphones (" BYOD - Bring Your Own Device"). Die App ist ein einfach zu bedienendes Hilfsmittel für erste Schritte zur Orientierung am Sternhimmel. Nach der Hintergrundinformationen und Vorbereitung steht dem Einsatz nichts mehr im Wege. Die Lernenden testen die App und machen sich mit der interaktiven Brille vertraut. Die Lehrkraft gibt Hilfestellungen, falls erforderlich. Universe2go als mobiles Planetarium Bei einer nächtlichen Exkursion kommt Universe2Go als mobiles Planetarium zum Einsatz. Universe2go führt die Nutzerinnen und Nutzer anhand zahlreicher Audiosequenzen durch den Sternhimmel. Je nach Zielgruppe können unterschiedliche Modi gewählt werden. Für den ersten Einsatz mit einer Schulklasse empfiehlt sich der "Starter-Modus". Wird dabei ein Objekt am Himmel länger als zwei Sekunden angepeilt, startet automatisch ein erklärender Audiotext. Gruppenarbeit mit Universe2Go Mithilfe von Universe2Go bearbeiten die Schülerinnen und Schüler in arbeitsgleicher Gruppenarbeit acht Übungsaufgaben rund um den Themenkomplex "Räumliche Orientierung bei Nacht". Bei der Einteilung der Gruppen sollte darauf geachtet werden, dass in jeder Gruppe mindestens ein besonders interessierter beziehungsweise schneller Lernender dabei ist. Die Ergebnisse werden in der Nachbereitung im Plenum vorgestellt, verglichen und gesichert. Es bietet sich an, die Klasse in vier Gruppen aufzuteilen, sodass in der Nachbereitung jeweils zwei Aufgaben pro Gruppe vorgestellt werden können. Zusatzaufgabe für Flitzer Auch die Position des Mondes kann zur Orientierung hilfreich sein. Die Zusatzaufgabe für besonders schnelle Gruppen auf dem Arbeitsblatt thematisiert die Orientierung mit dem Mond und dient zur inneren Differenzierung. Da die Berechnungen etwas aufwendiger sind, eignet es sich für die interessierten Schülerinnen und Schüler. Individuelle Lernkontrolle mittels Quiz Am Ende der Exkursion kann der Quizmodus von Universe2go zur individuellen Lernkontrolle genutzt werden. Der Sternhimmel bietet sich geradezu an, um an einem Sternenquiz teilzunehmen. Wo ist das Sternbild "Schwan"? Wo die "nördliche Krone"? Man hat jeweils drei Versuche, um das gesuchte Sternbild am Nachthimmel zu finden. Präsentation der Ergebnisse Die in der Erarbeitungsphase individuell von den Gruppen erarbeiteten Ergebnisse werden auf Gruppenplakaten festgehalten und nun im Plenum präsentiert. Um Wiederholungen zu vermeiden, stellt jede Gruppe ihre Ergebnisse zu jeweils zwei der Aufgaben vor. Sicherung im Plenum Zur Vertiefung und Sicherung des Gelernten werden die Gruppenergebnisse noch einmal gemeinsam im Plenum besprochen und verglichen. Die Ergebnisse werden gesammelt, generalisiert und auf einem neuen Plakat als Gesamtergebnis der Klasse festgehalten. Reflexion: Abschlussdiskussion (optional) Univers2go ist ein gutes Beispiel für Augmented Reality . Weitere Anwendungen von Augmented Reality sind zum Beispiel "Google Glass" oder "Head-up-Displays" in Kraftfahrzeugen und Flugzeugen. Abschließend kann - wenn noch Zeit bleibt - über diese moderne Technologie diskutiert werden: Welche sozialen Auswirkungen wird der Einsatz dieser Technik haben? Ihr eigenes Universe2go können Sie im Klassensatz kostenfrei ausleihen . Mit dem Ausleihen von Universe2go erhalten Sie auch die Lizenz zur Nutzung der dazugehörigen App. Den Freischaltcode finden Sie in der Verpackung. Technische Voraussetzungen Die App Universe2go wird von folgenden Betriebssystemen unterstützt: Android Version 10.0 oder höher Apple iOS Betriebsystem 12.0 oder höher Die Größe des Smartphones darf die Maße von 147 mal 74 mal 11 mm nicht überschreiten. Die exakten Maße finden Sie auch in der Betriebsanleitung Ihres Smartphones. Eine Liste getesteter Smartphones steht auf der Internet-Seite des Herstellers zur Verfügung. Installation und erste Schritte Es ist empfehlenswert, die App vor dem Einsatz im Freien auf den Smartphones zu installieren. Die Software ist in den App Stores von Google Play und iTunes zu finden. Die deutsche Version hat 322 MB (vor der Installation Speicherplatz prüfen!). Positionieren Sie das Smartphone möglichst in der Mitte der Brille und passen Sie das Passepartout dementsprechend an. Eine ausführliche Beschreibung finden Sie in der mitgelieferten Anleitung des Herstellers. Danach muss das Smartphone nicht mehr aus der Brille entnommen werden. Die Steuerung über Kopfbewegung sollte vor dem ersten Einsatz geübt werden. Die Auswahl erfolgt über "Kopf zur Seite neigen". Die Lautstärke der Smartphones der Schülerinnen und Schüler sollte bei Partner- oder Gruppenarbeit reduziert werden. Kalibrierung Die Bildschirm-Kalibrierung justiert das Smartphone an der Brille und muss nur einmal ausgeführt werden. Soll sie ein weiteres Mal ausgeführt werden, muss dazu in der App die Menü-Option "Einstellungen" und dann unter "Allgemein" das Häkchen "Kalibrierung zurücksetzen" gewählt werden. Anschließend kann das Planetarium gestartet werden. Der Audiotext "Hilfe-Audio zurücksetzen" sollte ebenfalls aktiviert werden. Vor jedem Wechsel muss die Brille unbedingt individuell für jede Nutzerin und jeden Nutzer angepasst werden. Dazu muss eine Sternenkalibrierung durchgeführt werden. Das Smartphone muss hierfür nicht entnommen werden: Richten Sie die Brille nach unten zum Boden und starten Sie so den Menü-Modus. Wählen Sie hier "Sternenkalibrierung" aus und folgen Sie den Anweisungen. Im Display erscheint nun der Zielkreis, der auf einen hellen Stern ausgerichtet werden muss. Halten Sie das Objekt dann für etwa zwei Sekunden im Zielkreis.

In dieser Unterrichteinheit sammeln die Schülerinnen und Schüler in einem Facebook-Projekt Homestorys von Menschen aus anderen Ländern und ziehen daraus Schlüsse über die Auswirkungen der Globalisierung auf die Wohnkultur und den Lebensstil.Marokkanische Sitzkissen in Stuttgart, Esstisch mit Stuhlgruppe in Yokohama: Ein Blick in fremde Wohnzimmer aus aller Welt verrät uns viel über Menschen und Märkte. Man kann die Vielfalt unterschiedlicher Kulturen entdecken, aber auch die Einheitlichkeit eines neuen, "global lifestyle". Manchmal ist dieser global lifestyle individueller, bunter und urbaner als die traditionelle Wohnkultur. Doch mit dem Bruch der Traditionen wird auch vieles vereinheitlicht: Nach dem Motto "design goes global" entwickeln weltweit agierende Unternehmen "global brands", Produkte, die sich weltweit vermarkten lassen und daher in hohem Maße standardisiert sind. Chinesen oder Peruaner, Südafrikaner oder Norweger können dementsprechend aus nahezu identischen (Online-)Katalogen bestellen. Kritiker sehen darin die Verdrängung kultureller Identitäten und die Dominanz einer meist westlich geprägten Lebensführung. Befürworter dieser Entwicklung begrüßen die Zusammenführung verschiedener Kulturkreise durch internationalen Austausch als Bereicherung. Einordnung des Themas An der internationalen Wohnkultur lassen sich viele Globalisierungstendenzen ablesen. Viele Menschen kombinieren moderne, globale Trends mit lokalen Besonderheiten als bewusste "Glokalisierung". Kulturübergreifende Stile finden sich häufig in Immigranten-Haushalten. Solche Gestaltungsphänomene sind oft ein Kennzeichen der neuen rasant wachsenden globalen Mittelschicht. Diese Mittelschicht etabliert sich insbesondere in den bevölkerungsreichen asiatischen Ländern China und Indien, aber auch in Russland, Brasilien, der Türkei, Marokko oder Südafrika. Wer ihr angehört, ist meist jung und gebildet und lebt in urbanen Zentren. Als "digital natives" beherrscht die neue globale Mittelschicht die Klaviatur der digitalen Kommunikationsinstrumente und ist auch über internationale Trends, Wertesysteme und Lebensstile informiert. Bezug zur Lebenswelt Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich zunächst selbstreflexiv anhand eines Fragebogens mit ihrem eigenen Wohnstil und ihren Wohnansprüchen. Sie bereiten sich auf ein international ausgerichtetes Projekt vor, indem sie vergleichbare Fragen an Menschen aus anderen Ländern und Kulturen stellen und diese mit den eigenen kulturellen Besonderheiten vergleichen. Hierbei nutzen sie ihre privaten internationalen Kontakte, um einen möglichst großen Personenkreis in das Projekt "Wie wohnst du?" einzubeziehen. Die Schülerinnen und Schüler und ihre internationalen Mitstreiter dokumentieren in Text und Bildern ihre privaten Wohnwelten in einer Facebook-Gruppe, kommentieren sich gegenseitig und tauschen sich über ihre unterschiedlichen Lebensstile aus. Hierbei sollen auch weitergehende gesellschaftspolitische Fragen aufgeworfen werden, wie beispielsweise der Verlust von Traditionen oder eine bewusste Abkehr von alten Werten. Ablauf Ablauf der Unterrichtseinheit "Wie wohnst du?" Der Ablauf der Unterrichtseinheit "Wie wohnst du? 'Global Lifestyle' im digitalen Zeitalter" wird hier Schritt für Schritt erläutert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler untersuchen an authentischen Beispielen die Entwicklung der Wohnkultur im Zeitalter der Globalisierung und der international vernetzten digitalen Kommunikation. gewinnen einen Überblick über die Folgen der kulturellen Globalisierung und sind in der Lage, Kernbegriffe oder Problemfelder zu erläutern, wie beispielsweise "Glokalisierung", "global branding", Urbanisierung/Megacities, "globale Mittelschicht", Verlust der nationalen/kulturellen Identität. gewinnen einen Einblick in die soziokulturellen Lebensumstände anderer Länder und Kulturen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen Facebook und weitere Soziale Netzwerke oder Media-Sharing-Plattformen und Apps, um mit Menschen aus anderen Kulturen zu kommunizieren und sie zur Mitarbeit an der Facebook-Gruppe zu motivieren. wenden ein breites Instrumentarium digitaler Kommunikationsmöglichkeiten an, um Informationen zu recherchieren und Material einzuholen: Soziale Netzwerke, Livestreaming (zum Beispiel YouNow), Mediasharing (zum Beispiel YouTube, Instagram), weitere Online-Communitys). legen eine Facebook-Gruppe an und pflegen diese. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler gewinnen interkulturelle Kompetenz durch die Auseinandersetzung mit Wohnstilen aus verschiedenen Kulturkreisen. entwickeln Strategien, die Kommunikation in einer Facebook-Gruppe zu steuern und lebendig zu halten. arbeiten in Gruppen und organisieren ihre einzelnen Arbeitsschritte für ein international ausgerichtetes Projekt eigenständig im Team. beziehen die Eindrücke von den internationalen Wohnstilen auf ihren eigenen Wohn- und Lebensstil. Fragebogen zum eigenen Wohnstil Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mittels eines Fragebogens mit ihrem eigenen Wohnstil und dem Stellenwert, den Wohnen für sie einnimmt. Hierbei geht es um das eigene Lebensgefühl, das durch das private Umfeld deutlich gemacht wird, um Wohnansprüche und Identitätsfindung, aber auch um Zukunftsträume. Diskussion: Unterschiedliche Wohntypen In der anschließenden Diskussion können sich erste unterschiedliche Wohntypen und Wohnphilosophien herausbilden: Manche wollen einen gemütlichen Rückzugsort durch die eigenen vier Wänden schaffen, andere signalisieren mit ihrem Wohnstil Fernweh, einige möchten durch teure Multimedia-Anlagen oder Designmöbel repräsentieren oder ihre Zugehörigkeit zu einer bestimmten Weltanschauung oder Subkultur zum Ausdruck bringen. Wohnzimmer weltweit Im Projekt " Global 3000 - Wohnzimmer weltweit " der Deutschen Welle geben Menschen aus aller Welt einen Einblick in ihr Zuhause. Die circa zwei- bis dreiminütigen Videos mit den Wohnzimmerpräsentationen spiegeln unterschiedliche Kulturen und soziale Verhältnisse, aber auch private Schätze, Andenken oder Sehnsüchte ihrer Bewohnerinnen und Bewohner wieder. Inspiration für Homestorys Solches Material ist authentischer als die Design-Einrichtungsblogs im Internet und soll als Inspiration für die Lernenden dienen, ähnliche "Homestorys" aus dem eigenen internationalen Bekanntenkreis zusammenzustellen. Folgen der kulturellen Globalisierung Anhand mehrerer Textauszüge (Arbeitsblatt 3) erörtern die Schülerinnen und Schüler unterschiedliche Tendenzen und gesellschaftspolitische Folgen der kulturellen Globalisierung. Die Texte beleuchten die international vernetzte Kommunikation und Urbanisierung als Voraussetzungen für die Bildung eines "Globalstils", der unmittelbar mit der Vermarktungsstrategie des "global branding" korrespondiert. Diskussion: Vergleich der Infos und Eindrücke In der anschließenden Diskussion vergleichen die Lernenden diese Informationen mit den Eindrücken der Wohnzimmervideos und der eigenen Wohnwelt aus den Erarbeitungsphasen. Facebook-Gruppe "Wie wohnst du?" Die Schülerinnen und Schüler einigen sich gemeinsam im Plenum auf ein Konzept für eine Facebook-Gruppe "Wie wohnst du?". Ziel dieses Projektes ist es, die eigenen Ressourcen an internationalen Kontakten zu nutzen, um das Wohnumfeld aus aller Welt zu dokumentieren und ihr Zuhause in der Facebook-Gruppe zu präsentieren. Dies können beispielsweise Verwandte aus dem Ausland sein, Menschen, die die Jugendlichen im Urlaub oder durch einen Schüleraustausch kennengelernt haben, virtuelle Bekanntschaften aus sozialen Netzwerken oder anderen Communitys (Blogs, Diskussionsforen, Mediasharing), aber auch Zufallsbekanntschaften aus dem Netz (YouNow, Chatroulette). Text- und Bildmaterial zum internationalen Wohnumfeld Anhand eines selbst entwickelten Fragebogens sammeln die Schülerinnen und Schüler Text- und Bildmaterial zum internationalen Wohnumfeld oder bitten die Kontaktpersonen, selbst Bilder oder Kommentare zu posten. Im Vorfeld sollte eine Liste erstellt werden, aus welchen Regionen Antworten erwartet werden können, um Gruppen bilden zu können. Diese fallen dann, je nach den Kontakten und Auslandserfahrungen der Schülerinnen und Schüler, unterschiedlich aus. Denkbar wären zum Beispiel eine Südamerika-Gruppe, eine Europa-Gruppe, eine Amerika-Gruppe et cetera. Wachsen der Facebook-Gruppe Diese Unterrichtsphase sollte im Plenum begonnen werden, damit die Lernenden erste Absprachen treffen können, und wird anschließend entweder in Einzel- oder in Gruppenarbeit weitergeführt. Es können einige Wochen vergehen, bis die Materialsammlung abgeschlossen ist oder die angeschriebenen Personen aktiviert sind, eigene Beiträge zum Projekt zuzusteuern. Da die Schülerinnen und Schüler gleichzeitig über einen längeren Zeitraum in der Facebook-Gruppe aktiv sind, Beiträge beisteuern und kommentieren, können sie zwischenzeitliche Feedbackrunden nutzen, um ihre Ergebnisse zu optimieren und die Gruppenaktivitäten zu steuern. Je nachdem, wie lange die Facebook-Gruppe gepflegt wird, sollten hierbei mehrere Feedbackrunden abgehalten werden.

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

Diese Unterrichtseinheit zum Thema "Montagsdemonstrationen 1989" bringt Schülerinnen und Schülern die Ereignisse in der DDR näher und thematisiert die Hintergründe der Revolution.Dass Bürger ohne Gewalt das Ende eines Regimes herbeiführen, ist weltweit auf Aufmerksamkeit gestoßen und hat Hoffnungen bei unterdrückten und verfolgten Menschen geweckt. So wird die Revolution, die das Ende der DDR 1989 bedeutete, als Beispiel für einen gelungenen Umbruch betrachtet. Wesentlicher Bestandteil dieser Revolution waren die Montagsdemonstrationen in vielen Städten der DDR. Diese Unterrichtssequenz will Schülerinnen und Schüler auf diesen Umbruch aufmerksam machen und rückt die "Montagsdemonstrationen" in den Mittelpunkt des Interesses. Lernende sollen befähigt werden, in den vielen (nicht nur im Internet) zugänglichen Quellen und Materialien zu recherchieren und so fundiertes Bild von den Ereignissen und Hintergründen der näheren Vergangenheit zu entwickeln. Ein besonderer Schwerpunkt der Sequenz liegt auf der Arbeit mit dem interaktiven Whiteboard. Hinweise zur Konzeption Diese Unterrichtsseinheit will Schülerinnen und Schüler auf das "Ereignis Montagsdemonstrationen" aufmerksam machen und es ihnen ermöglichen, selbst in den vielen zugänglichen Quellen und Materialien zu recherchieren. So sollen sie ein fundiertes Bild der "Montagsdemonstrationen" und ihrer Hintergründe entwickeln. Das in der Arbeit in Kleingruppen erworbene Wissen sollen sie dann in Präsentationen am interaktiven Whiteboard mit der Klasse teilen. Vorbemerkungen und Praxistipps zur Unterrichtseinheit "Montagsdemonstrationen 1989" Hier finden Sie Hinweise zur Materialwahl und zur Methode, zum Einsatz des Whiteboards sowie zu den im Rahmen dieser Sequenz verwendeten Materialien. Ablauf der Unterrichtseinheit Einstieg und Problemformulierung Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich anhand ausgewählter Materialien und Quellen in Gruppenarbeit mit den Montagsdemonstrationen. Erarbeitung Die Klasse wird in Kleingruppen aufgeteilt. Alle Gruppen arbeiten mit Computern und dem Präsentationsprogramm und recherchieren im Internet. Abschluss und Hausaufgabe Die Ergebnisse der Arbeit in Kleingruppen werden über die Präsentation am Board allen Lernenden zugänglich gemacht. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler werden auf die Montagsdemonstrationen und ihre Bedeutung für das Ende der DDR aufmerksam. Sie lernen die wichtigen Fakten und Hintergründe dieses Ereignisses kennen und analysieren diese. ordnen die Montagsdemonstrationen in die Geschichte Europas und in globale Zusammenhänge sachgerecht ein. beziehen ausgehend von den Berichten von Betroffenen, die in den Materialien präsentiert werden, die Bedeutung des Engagements und das Schicksal einzelner Bürgerinnen und Bürger in ihre Überlegungen und Argumentationen sachgerecht ein. nehmen ausgehend von der Beschäftigung mit den Montagsdemonstrationen schlaglichtartig die Historie der DDR bis 1989 und nachfolgend die Geschichte der östlichen Bundesländer bis heute in den Blick und ordnen diese sachgerecht ein. verstehen und beurteilen die Montagsdemonstrationen im Kontext der Entwicklungen des "Ost-West-Konflikts" und des Endes der DDR und gehen so davon aus, dass die heutige Situation mit ihren gesellschaftlichen Wertmaßstäben "historisch" bedingt ist, und beziehen dies in ihre eigene Urteilsfindung ein. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen das Internet - vor allem Datenbanken und in medienpädagogischer Absicht erstellte Dossiers - als Medium zur aktuellen und authentischen Recherche und reflektieren diese Nutzung kritisch. setzen sich mit einzelnen Online-Angeboten intensiv auseinander und versuchen diese zu bewerten. realisieren die Präsentation von Arbeiten mithilfe multimedialer Elemente - auch im Blick auf die Nutzung des interaktiven Whiteboards. Materialfülle im Netz Selbstverständlich stehen im Unterricht Lehrbücher und Quellensammlungen zur Verfügung, die die letzten Monate der DDR und die Entwicklung zu deren Ende didaktisch und methodisch aufbereiten. Das Netz bietet inzwischen ähnlich viel Material. Auch zu den "Montagsdemonstrationen" gibt es im Internet ein für alle leicht verfügbares Materialangebot. Aufbereitete Materialien Die Bundeszentrale für politische Bildung/bpb hat mit verschiedenen Partnern Materialien zum Thema (nicht nur) für die Bildungsarbeit aufbereitet. So sind Portalseiten und Materialsammlungen entstanden, die einerseits die Materialfülle nutzen, andererseits aber auch einen "roten Faden" durch die Materialflut anbieten. Vorwiegend auf diese Materialien greift diese Unterrichtssequenz zurück. Problemstellung entwickeln In der Erarbeitungsphase sollen die Schülerinnen und Schüler in Arbeitsgruppen selbstständig anhand der Materialien der Bundeszentrale für politische Bildung auf ausgewählten Seiten recherchieren. Die Problemstellung für diese Phase sollte im Plenum vorher gemeinsam entwickelt und dann in den Gruppen vertieft werden. Dies soll sicherstellen, dass die Arbeit möglichst eng an die Voreinstellungen und das in der Klasse vorhandene Problembewusstsein anknüpft. Die Arbeitsaufträge sind daher offen formuliert. Sie können natürlich (auch von der Lehrkraft) vor der Unterrichtsarbeit stärker konkretisiert werden. Vertiefende Beschäftigung Die Planungsidee, die hinter dieser Unterrichtseinheit steckt, basiert auf der Annahme, dass Schülerinnen und Schüler bei intensiver Beschäftigung mit den motivierenden Materialien selbst vertiefend tätig werden. Hier wird aufbauend auf die in der Klasse vorhandenen methodischen Fertigkeiten gearbeitet. Je weniger die Klasse in einem solchen selbstständigen Arbeiten in der Gruppe geübt ist, desto stärker sollten die Hilfestellungen durch die Lehrkraft sein. Es wäre denkbar, die Arbeitsaufgaben dann stark auf die einzelnen ausgewählten Quellen zu beziehen. Ähnliches gilt für die Präsentation der Gruppenarbeitsergebnisse. Auch hier kann auf die in der Lerngruppe erprobten Möglichkeiten zurückgegriffen werden. Anmerkung zur Methode Zweifellos stellt die Arbeit mit dem interaktiven Whiteboard, bei der Ergebnisse präsentiert und festgehalten werden, "frontale Methoden" in den Mittelpunkt - daran wird in der Literatur auch die meiste Kritik formuliert. Diese Unterrichtssequenz arbeitet einerseits mit den Präsentationsmöglichkeiten des Whiteboards, bezieht aber andererseits mit der Kleingruppenarbeit in der Erarbeitungsphase und den Diskussionsphasen zum Abschluss bewusst solche Methoden ein, die Schülerinnen und Schüler miteinander - und mit der Lehrkraft - ins Gespräch bringen. Die eigenständige Erstellung eigener Inhaltesseiten regt die Lernenden zum Handeln und Produzieren an. "Zutaten" für den Whiteboardeinsatz In den Schulen stehen viele unterschiedliche Whiteboardtypen zur Verfügung. Jeder Whiteboardtyp wird nur mit der für ihn geschriebenen Software tatsächlich zum interaktiven Medium. Aufgrund des Typenreichtums kann Ihnen diese Unterrichtseinheit keine fertigen Whiteboardmaterialien für genau das Whiteboard in Ihrem Klassenzimmer liefern. Es werden aber alle "Zutaten", die Sie für den Whiteboardeinsatz bei dieser Unterrichtssequenz benötigen, in nutzbaren Formaten angeboten. Vor allem vertreten ist dabei das Format der PowerPoint-Präsentation. Diese ist kompatibel mit anderen Präsentationssoftware-Versionen und kann so in den allermeisten Klassen eingesetzt werden. Im Zweifelsfall kann aus den Folien ein anderer Dokumenttyp für die Arbeit der Lernenden am Rechner erstellt werden. Darüber hinaus kommen Websites zum Einsatz, die über den Browser an jedem Board nutzbar sind. Die Leitpräsentation begleitet die Lehrkraft durch die Unterrichtssequenz. Die Folien strukturieren die Inhalte, schaffen Raum für Ergebnissammlungen und bergen Links zu Quellen und Dateien. Brainstorming Über ein Brainstorming wird das Vorwissen der Lernenden zu den Montagsdemonstrationen 1989 in zahlreichen Städten in der DDR aktiviert. Die Ergebnisse des Brainstormings können am Whiteboard als MindMap oder Cluster gesammelt werden. Alternative/Ergänzung: Fotos als stummer Impuls Die Lehrkraft wählt ein oder mehrere Fotos von Montagsdemonstrationen aus; ein exemplarisches Foto finden Sie bereits in der Leitpräsentation. Die Fotos werden den Schülerinnen und Schülern als stummer Impuls am Whiteboard präsentiert. Passendes Bildmaterial findet sich beispielsweise auf der folgenden Website. Vorwissen visualisieren Die Lernenden bringen ausgehend von den Ergebnissen des Brainstormings und/oder den Fotos ihr weiteres Vorwissen ein und entwickeln im Unterrichtsgespräch Bildunterschriften und Kurzkommentare zu ausgewählten Bildern, die auf dem Whiteboard gezeigt und in der Leitpräsentation in der vorbereiteten Tabelle auf Folie 2 gebündelt und gespeichert werden können. Wissen teilen Diese Bildersammlung inklusive der Bildunterschriften wird in der Präsentation abgespeichert und den Schülerinnen und Schülern auf der schulischen Lernumgebung zur Verfügung gestellt oder per E-Mail zugesandt. Hinweis: Am besten speichert man diese Folie als eigene Seite als PDF-Dokument. Wissen erweitern Das gesammelte Vorwissen wird um einige Fakten der Folie 3 in der Leitpräsentation ergänzt. Hier wird die Geschichte der Montagsdemonstrationen in Leipzig etwas näher beleuchtet und die Entwicklung der Teilnehmerzahlen deutlich. Hinweis: Diese Folie besteht aus zwei übereinander liegenden Inhalten, die nacheinander eingeblendet werden. Anschließend zeigt die Lehrkraft den Schülerinnen und Schülern das Kurzvideo von der Leipziger Montagsdemo am 4. September 1989. Dorthin kann über Folie 4 (Link im Pfeil rechts unten) gelangt werden. Dann werden in einem kurzen Unterrichtsgespräch aufgekommene Fragen geklärt und erste Eindrücke gesammelt. Eventuell werden Ergebnisse auf einer neuen Folie als Whiteboard-Eintrag festgehalten; neue Folien werden automatisch im Layout der Gesamtpräsentation eingefügt. Auf der letzten Folie der Leitpräsentation werden die Ergebnisse der Einstiegsphase noch einmal gebündelt. Die Städte, in denen Montagsdemonstrationen stattfanden, werden im PLenumsgespräch nun aufgelistet, und diese Namen dienen so als Informationen zum Start der Recherchen in Kleingruppen. Im Unterrichtsgespräch werden (gegebenenfalls auch ausgehend von den auf dem Whiteboard festgehaltenen Ergebnissen der gesamten Lerngruppe) konkrete Fragen und übergeordnete Problemstellungen entwickelt. Diese können in Folie 6 der Leitpräsentation am Whiteboard festgehalten und von Lehrkraft und Lerngruppe gemeinsam strukturiert werden. Alternativ kann dieser Schritt auch in Kleingruppenarbeit geleistet werden. Gegebenenfalls wird dieses Whiteboard-Bild abgespeichert und der Lerngruppe für die sich nun anschließende Arbeit in Kleingruppen an Einzelrechnern als Projektion zugänglich gemacht. Diese Präsentation erhalten die Lernenden für die Phase der Arbeit in Kleingruppen. Sie begleitet die Lernenden bei der Recherche-, der Dokumentations- und Präsentationsarbeit. Arbeit in Kleingruppen an Einzelrechnern Die im vorhergehenden Schritt erarbeiteten Problemstellungen werden nun in Kleingruppen weitergehend bearbeitet. Arbeitsgrundlagen sind die von der gesamten Lerngruppe zuvor selbst formulierten und nun in Kleingruppen weiter zu entwickelnden Frage- und Aufgabenstellungen. Fragestellungen zur Orientierung Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich in Gruppenarbeit mit den Montagsdemonstrationen. Dazu nutzen sie den im Unterricht entwickelten Problemhorizont mit den Fragestellungen und den aufgeworfenen Problemfeldern. Falls dort die folgenden Aspekte der Fragensammlung nicht enthalten sind, sollten sie ergänzt werden. Alternativ können die folgenden Leitfragen auch in den Gruppen verteilt werden. Fragensammlung Leitfrage: Was sagen uns die zur Verfügung stehenden Quellen? Wer handelte? Gibt es Zeitzeugen? Was waren die Ziele der Montagsdemonstrationen (Tipp: "Transparente" beachten)? Welche konkreten "Auslöser" für die Demonstrationen werden benannt? Hintergründe: Welche "Entwicklungen" gingen voraus? Ein Blick auf die Verfassung der DDR: Auf welche Rechte konnten sich die Demonstranten berufen? Menschenrechte? Welche Rolle spielten die Kirchen ("Friedensgebete")? Folgen: Welche "Konsequenzen" gab es? Welche Bedeutung hatten die Montagsdemonstrationen für die Menschen in Berlin und in den beiden Teilen Deutschlands? Welche Folgen hatten sie für die Politik in Europa? Was bedeuten die Montagsdemonstrationen für euch heute? Quellen Der Arbeitsauftrag und die Materialliste können für die Frontalpräsentation am Whiteboard bearbeitet oder den Schülerinnen und Schülern mit den Folien 3 bis 5 der Datei für die Gruppenarbeit übergeben werden. Es bietet sich an, die vorgestellten Internetquellen am Whiteboard kurz zu zeigen und dann den Gruppen zu überlassen. Präsentation als Vorlage Über die zum Download angebotene Präsentation für die Gruppenarbeit erhalten die Schülerinnen und Schüler Informationen zur Erstellung einer eigenen Präsentation und die entsprechende Vorlage für einen Kernbeitrag zum von ihnen gewählten Schwerpunktthema. Arbeitsauftrag 1: Präsentationen erstellen Die Schülerinnen und Schüler sollen in den Arbeitsgruppen eine Präsentation erstellen, die später am Whiteboard gezeigt werden soll. Die Form ist frei wählbar, möglich sind beispielsweise eine PowerPoint-Präsentation, eine kommentierte Linkseite, eine Bildergalerie mit weiteren Elementen oder ein Zeitstrahl. Die Präsentation soll: den Namen der Stadt nennen, zu der recherchiert wurde. ein Bild zeigen. Antworten auf die Leitfrage finden: Worum ging es? mehr zu den Hintergründen sagen. Infos zu den Folgen der Montagsdemonstrationen liefern: Reaktionen von Behörden und Polizei auf die Montagsdemonstrationen nennen. Materialien und Quellen Für die Erstellung der Präsentation sollen die in der zur Verfügung gestellten Linkliste vorgegebenen Materialien und Quellen genutzt werden. Erst danach sollten andere selbst recherchierte Quellen herangezogen werden. Arbeitsauftrag 2: Kernbeitrag zu einem Schwerpunktthema Abschließend soll zusätzlich ein kurzer Beitrag entwickelt werden, der einen von der Gruppe ausgewählten Aspekt der Präsentation besonders hervorhebt und erklärt. Vorlage dafür ist Folie 6 der Präsentationsvorlage für die Gruppenarbeit. Dieser Beitrag, der später am Whiteboard allen Schülerinnen und Schülern gezeigt wird, sollte enthalten: ein ausgewähltes Bild eine erklärende Bildunterschrift ein zusammenfassendes Statement zur Frage: Was bedeutet der Begriff "Montagsdemonstrationen" für uns heute? Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihr Arbeitsergebnis mithilfe des interaktiven Whiteboards. Im Unterrichtsgespräch werden die einzelnen Präsentationen in den Blick genommen, verglichen und kommentiert. Für die gemeinsame Auswertung der Präsentationsergebnisse wird eine Übersicht der Ergebnisse erstellt. Diese Liste oder MindMap kann am Board oder daneben an Tafel oder Flipchart aufgebaut werden. Gemeinsamer Abschluss Abschließend wird nochmals das Ergebnis der ersten Phase - gesammelt in der Leitpräsentation der Lehrkraft - präsentiert. Im Unterrichtsgespräch überlegen die Schülerinnen und Schüler, was sich seit ihrer ersten (in der Datei festgehaltenen) Einschätzung aus der Einstiegsphase verändert hat. Die Lernenden bringen ihr erweiteres Wissen ein und optimieren im Unterrichtsgespräch die Untertitel und Kurzkommentare zu den Bildern, die auf dem Whiteboard festgehalten werden. Alternative/Ergänzung Zum Abschluss der Arbeit mit der PowerPoint-Präsentation wird die letzte Folie der Leitpräsentation gezeigt. Hier wird der Begriff "Montagsdemonstrationen" als Phänomen vorgestellt: Der Begriff "Montagsdemonstrationen" ist inzwischen als Volksaufstand mit dem Ziel nachhaltiger (politischer oder gesellschaftlicher) Veränderungen in den allgemeinen Sprachgebrauch übergegangen. Hausaufgabe: "Was habe ich über Montagsdemonstrationen erfahren?" Die Schülerinnen und Schüler sollen zum Abschluss der Einheit ein mediales Werk erstellen. In Form einer Bildergalerie oder eines Videos (gern mit dem Handy aufgenommen), in Texten oder als Wandzeitung sollen sie zusammenfassen, was sie im Verlauf der Unterrichtseinheit gelernt haben. Diese Hausaufgabe kann auch als Gemeinschaftsaufgabe in einer folgenden Freistunde oder als Teamarbeit im Nachmittagsbereich umgesetzt werden.