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Programmieren und Forschen mit Astro Pi: Datenerfassung mithilfe von Sense-HAT-Sensoren

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zur Programmierung des Raspberry Pi lernen die Schülerinnen und Schüler, wie sie Daten mithilfe der Sense-HAT-Sensoren und einfacher Programmierbefehle erfassen, auswerten und anzeigen lassen. Sie programmieren den Astro Pi so, dass er die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung misst. Ein AstroPi ist ein Mini-Computer, der mit der Unterstützung der UK Space Agency und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Es gibt zwei ganz besondere AstroPi-Computer: Sie heißen Ed und Izzy und wurden extra für einen Flug ins Weltall gebaut. Beide befinden sich nun auf der Internationalen Raumstation ISS und stehen Schülerinnen und Schülern zur Verfügung. In der vorliegenden Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, den Astro Pi so zu programmieren, dass er mithilfe der Sense-HAT-Sensoren die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung erfasst, auswertet und anzeigt. Sie simulieren das Luftfeuchte-Regelungssystem auf der ISS und erfassen Daten aus ihrer eigenen Umgebung. Darüber hinaus messen sie Beschleunigungswerte, um sich anhand des Astro Pi räumlich zu orientieren und die Richtung der Gravitation zu erfassen. Die Unterrichtsmaterialien sind Teil der Astro Pi Challenge. Durch den Wettbewerb haben Schülerinnen und Schüler die einmalige Chance, wissenschaftliche Untersuchungen im All durchzuführen, indem ihre selbstgeschriebenen Computerprogramme auf Astro Pis speziellem Raspberry Pi Computer auf der Internationalen Raumstation (ISS) ausgeführt werden. Altersgruppe: 13 bis 16 Jahre Schwierigkeitsgrad: mittel Ort: drinnen (Klassenraum) Erforderliche Materialien: Astro-Pi-Bausatz; Monitor; USB-Tastatur und USB-Maus Der Lehrerleitfaden und die zugehörigen Aufgaben, bilden den dritten Teil einer Reihe von drei Lernhilfesets, die vom ESA Education Office, der Bildungsorganisation der ESA, für die erste "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden. Durch das Abarbeiten der Übungen dieser Lektion in der angegebenen Reihenfolge, erlernen die Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Programmierkenntnisse, die sie zur Datenerfassung mit den Sense-HAT-Sensoren benötigen. Es wird vorausgesetzt, dass die SuS die Grundlagen von Raspberry Pi und der Programmierung mit Python kennen. Weitere Materialien vom ESA Education Office für die European Astro Pi Challenge sind: Erste Schritte mit Astro Pi – Einrichtung von Raspberry Pi und Programmierung mithilfe von Python Der Sense Hat – Einrichtung des Sense HAT und visuelle Ausgabe über die Sense-HAT-LED-Matrix Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie sie die Sense-HAT-Sensoren über die Python-Programmiersprache steuern können. lernen, wie sie Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte mit den Sense-HAT-Sensoren erfassen können. lernen, wie man Daten darstellt und analysiert. lernen, wie man Daten auf der LED-Matrix anzeigen kann. lernen, wie sie sich mithilfe des Sense-HAT-Beschleunigungssensors räumlich orientieren können. lernen, wie sich mithilfe des Beschleunigungssensors die Richtung der Gravitation ermitteln lässt. lernen, wie man wissenschaftliche Forschung mit Computertools betreiben kann.

  • Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co. / Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Beobachtung der Internationalen Raumstation (ISS)

Fachartikel

Dieser Fachartikel gibt Tipps zur Beobachtung der Internationalen Raumstation (ISS) und stellt die Webseite "Heavens Above" als Online-Werkzeug vor. "Raumstation" hört sich sehr weit weg an, irgendwo da oben… Dabei zieht die ISS nur 330 bis 400 Kilometer über unseren Köpfen ihre Bahn. Sie bietet sich als Objekt für Himmelsbeobachtungen im astronomischen Sommerloch der kurzen Nächte an, da sie sich bereits in der Dämmerung zeigt. Ein ruhig strahlendes Objekt, das in etwa vier Minuten aus südöstlicher Richtung in nordwestlicher Richtung fliegt und im Gegensatz zu Flugzeugen nicht blinkt, ist ein guter Kandidat für die ISS. Etwa eineinhalb Stunden benötigt die ISS für eine Runde um unseren Planeten. Sie ist allerdings nur in der Abend- oder Morgendämmerung sichtbar, wenn sie von der Sonne angestrahlt wird. Als Beobachtungszeitfenster kommen nur etwa zwei Stunden vor Sonnenaufgang und zwei Stunden nach Sonnenuntergang infrage. Nicht immer kommt die ISS gerade zu diesen Stunden bei uns vorbei. Man muss aber nicht auf eine Zufallsbeobachtung warten: Auf der englischsprachigen Website "Heavens Above" können Sie herausfinden, wann genau die ISS am Himmel über Ihnen zu sehen ist.

  • Geographie / Jahreszeiten / Physik / Astronomie

Streuung und Farben in der Atmosphäre

Unterrichtseinheit

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

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe I

Der ISS-Aktionsordner für die Grundschule

Kopiervorlage

Der ISS-Aktionsordner für die Grundschule ist eine zeitlose Unterrichtsreihe, die die Internationale Raumstation als thematischen Rahmen nutzt, um Schülerinnen und Schüler durch Texte, Aufgabenreihen, Experimente, Basteln und Spiel Themen der Geografie, der Kunst, der Naturwissenschaften und der Mathematik auf spielerische Weise näher zu bringen und ihre Sprach- und Lesekompetenz zu verbessern. Der ISS-Aktionsordner ist in vier Kapitel aufgeteilt: Das Leben als Astronautin oder Astronaut Eine Weltraummission An Bord der Raumstation Das Leben im Weltraum Jedes dieser Kapitel enthält einen Abschnitt für Schülerinnen und Schüler mit Texten und Arbeitsblättern sowie einen Leitfaden für Lehrende. Zusätzlich gibt es ein Glossar, in dem Abkürzungen und Wörter, die für viele Lernende neu sein dürften, erklärt werden. Eine Einführung mit Hintergrundinformationen für Lehrkräfte enthält Anregungen für den Unterrichtseinsatz, ein Missionstagebuch , in dem die Lernenden ihren individuellen Lernfortschritt festhalten können, und ein Astronauten-Zeugnis , welches den Schülerinnen und Schülern nach Bearbeitung des Aktionsordners verliehen werden kann. Das Thema Weltraum wird als attraktiver Hintergrund genutzt, um das Interesse der Schülerinnen und Schüler an Wissenschaft und Technologie zu wecken. Das Ziel dabei ist, sie ein Bewusstsein für die Weltraumwissenschaft und Raumfahrttechnologie entwickeln zu lassen. Mittels interaktiver Unterrichtsgestaltung sollen Neugier und Kreativität zur Wissensbildung geweckt und gefördert werden. Darüber hinaus wird am Projekt der ISS die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit und Forschung zum Nutzen der Menschheit veranschaulicht. Der Aktionsordner kann als Ganzes oder nur in Einzelabschnitten genutzt werden und ist somit sowohl für einzelne Unterrichtsstunden als auch für (fächerübergreifende) Projekte einsetzbar. Eine Anknüpfung an andere Unterrichtseinheiten kann ebenfalls realisiert werden. Das Konzept des Aktionsordner ermöglicht es der Lehrkraft, die Inhalte an das bereits vorhandene Wissen der Lernenden, deren Interessengebiete sowie Altersgruppe anzupassen. Es gibt unterschiedliche Aufgabentypen und Schwierigkeitsgrade, sodass ein optimaler Zuschnitt auf die jeweilige Lerngruppe erfolgen kann. Altersgruppe: 8 bis 10 Jahre Fächer: Sachunterricht, Deutsch, Kunst, Mathematik Die Schülerinnen und Schüler lernen Europa besser kennen. lernen die ISS als Internationales Projekt kennen. beschäftigen sich auf verschiedene Weise mit Themen wie Schwerkraft und Schwerelosigkeit, Gewicht und Masse. vergleichen ihren eigenen Tagesablauf mit dem eines Astronauten auf der ISS. führen verschiedene Experimente durch und basteln, um komplizierte Inhalte greifbarer zu machen und sich diese so zu erschließen.

  • Technik / Sache & Technik / Fächerübergreifend / Deutsch / Kommunikation / Lesen & Schreiben / Kunst / Kultur / Mathematik / Rechnen & Logik
  • Primarstufe

Programmieren und Forschen mit Astro Pi: Anzeige von Text & Bild auf der LED-Matrix des Sense HAT

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit programmieren die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Raspberry Pi die Anzeige von Bild und Text. Anhand verschiedener Aufgaben lernen sie, die Anzeige über die Sense-HAT LED-Matrix in Python zu steuern. Dabei nutzen sie unterschiedliche Methoden aus der Sense-HAT-Bibliothek. Ein AstroPi ist ein Mini-Computer, der mit der Unterstützung der UK Space Agency und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Es gibt zwei ganz besondere AstroPi-Computer: Sie heißen Ed und Izzy und wurden extra für einen Flug ins Weltall gebaut. Beide befinden sich nun auf der Internationalen Raumstation ISS und stehen Schülerinnen und Schülern zur Verfügung. In der vorliegende Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, wie dreifarbige LEDs farbiges und weißes Licht von unterschiedlicher Stärke bilden. Sie werden die Farbe der einzelnen LEDs oder aller LEDs zusammen anhand von verschiedenen Datenstrukturen in Python steuern, darunter Listen und Integer-Variablen. Schließlich werden die Lernenden verschiedene Methoden aus der Sense-HAT-Bibliothek anwenden, um Text und Bilder auf dem LED-Display zu steuern. Die Unterrichtsmaterialien sind Teil der Astro Pi Challenge. Durch den Wettbewerb haben Schülerinnen und Schüler die einmalige Chance, wissenschaftliche Untersuchungen im All durchzuführen, indem ihre selbstgeschriebenen Computerprogramme auf Astro Pis speziellem Raspberry Pi Computer auf der Internationalen Raumstation (ISS) ausgeführt werden. Altersklasse: 12 bis 16 Jahre Fächer: Informatik, Technik, danach sind weitere Anwendungen in anderen MINT-Fächern möglich Schwierigkeitsgrad: leicht Ort: drinnen (Klassenraum) Erforderliche Materialien: AstroPi-Bausatz; Monitor, USB-Tastatur und USB-Maus Der Lehrerleitfaden und die zugehörigen Aufgaben sind der zweite Teil einer Reihe von drei Lernhilfesets, die für die erste "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden. Es wird vorausgesetzt, dass die Schülerinnen und Schüler die Grundlagen von Raspberry Pi und der Programmierung mit Python kennen. Durch das Abarbeiten der Übungen dieser Lektion in der angegebenen Reihenfolge, erlernen die Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Programmierkenntnisse, die sie benötigen, um visuelle Ausgaben auf der LED-Matrix des Sense HAT zu steuern. Weitere Materialien, die vom ESA Education Office für die "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden: Erste Schritte mit Astro Pi: Programmiersprache mithilfe von Raspberry Pi kennenlernen Datenerfassung mit dem Astro Pi: Erfassung von Daten aus der Umgebung mithilfe von Sense-HAT-Sensoren Die Schülerinnen und Schüler stellen die Farbe und Intensität von LEDs mit RGB-Werten ein und setzen Variablen ein, die verschiedene LED-Farben repräsentieren. lassen einen Text über die LED-Anzeige des Sense HAT laufen und steuern verschiedene Eigenschaften des angezeigten Texts, zum Beispiel Farbe und Laufgeschwindigkeit. stellen die Textfarbe und Hintergrundfarbe ein. lernen, wie sie mit "while true"-Schleifen den angezeigten Text endlos wiederholen können. steuern mithilfe von Koordinaten und anderen Befehlen einzelne Pixel an. drehen und spiegeln Text und Bilder auf der LED-Anzeige.

  • Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co.
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Vulkane auf Mars und Erde

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zu Vulkanen auf dem Mars und auf der Erde vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen über Maßstäbe und Verhältnisse, lernen Vulkanbauten kennen und tauschen sich über Forschungsmöglichkeiten und Forschungsfragen aus.Die Unterrichtseinheit "Berge auf Mond und Erde" wurde im Rahmen der Projekte ESERO Germany und "Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt. In der Übungsreihe "Vulkane auf Mars und Erde" lernen die Schülerinnen und Schüler in Einzel- und in Gruppenarbeit, Parallelen und Unterschiede zwischen Vulkanen auf der Erde und auf dem Mars zu erkennen und zu berechnen. Sie vertiefen dabei ihr Gefühl für Maßstäbe und Maßeinheiten. Sie lernen außerdem, wie sie unterschiedliche Objekte maßstabsgetreu und in korrektem Größenverhältnis zueinander zeichnen können. Die Unterrichtsmaterialien der Einheit sind optimal an die deutschen Geographie-Lehrpläne angepasst und fördern zusätzlich sowohl Rechen- als auch Lese-, Schreib und Kommunikationskompetenzen. Die Materialien können sowohl im Unterricht als auch als Hausaufgabe eingesetzt und anschließend im Plenum in einer Diskussionsrunde besprochen werden. Für die Bearbeitung des Arbeitsblattes sollten die Schülerinnen und Schüler das Rechnen mit Maßstäben aus der fünften und sechsten Klasse kennengelernt haben.Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihr Wissen über Maßstäbe und Verhältnisse. verstehen die Erde als Teil eines größeren Systems. lernen die unterschiedlichen Vulkanbauten und ihre Eigenschaften kennen. begreifen den Einfluss der Gravitation. identifizieren Georisiken auf der Erde und Forschungsmöglichkeiten auf dem Mars. tauschen sich über Forschungsmöglichkeiten und Forschungsfragen aus.

  • Geographie / Jahreszeiten
  • Sekundarstufe I

Weltall, Planeten und Raumfahrt – eine Reise zu den Sternen

Kopiervorlage

Dieses Materialpaket enthält ein Booklet mit Arbeitsblättern rund um das Thema "Weltall, Planeten und Raumfahrt", die mit Computer oder mobilen Endgeräten interaktiv bearbeitet werden können. Die Lernenden erkunden unser Sonnensystem, Sterne und Sternbilder sowie das Leben von Astronautinnen und Astronauten auf der ISS. Dabei eignet sich dieses Booklet ideal auch für die offene Stationen- oder Wochenplanarbeit sowie für Vertretungsstunden. Das Weltall , Sterne und Planeten faszinieren Menschen seit hunderten von Jahren. Heute steht uns die modernste Technik zur Verfügung, um unser Universum näher zu erforschen. Forscherinnen und Forscher auf der ganzen Welt versuchen, immer mehr über die Entstehung des Universums, entfernte Planeten und das Leben im Weltraum herauszufinden. Ein wichtiges Ziel: Herauszufinden, ob es uns Menschen auch möglich ist, jenseits unserer Erde zu leben. Mithilfe dieses Arbeitsmaterials, das sich ideal auch für Stationen- oder Wochenplan-Arbeiten sowie Vertretungsstunden eignet, gehen die Schülerinnen und Schüler selbst auf Entdeckungsreise. Das Booklet zum Thema "Weltall, Planeten und Raumfahrt" regt sie dazu an, zu den Planeten unseres Sonnensystems zu recherchieren, Sonne, Mond und Sterne zu erkunden sowie Leben und Arbeit von Astronautinnen und Astronauten näher kennenzulernen. Links und QR-Codes leiten die Lernenden bei der gezielten, altersangemessenen Internet-Recherche an. So wird nicht nur das Fachwissen, sondern auch die Medienkompetenz der Schülerinnen und Schüler geschult. Ein breites Angebot an Medien und Materialien sorgt dabei für Abwechslung. Ergänzend zum Arbeitsmaterial "Weltall und Raumfahrt" können die kindgerechten Erklär-Videos der ESA und auch das Lernspiel Multiverso , in dem Lernende unser Sonnensystem erforschen können, eingesetzt werden. Das Thema "Weltall, Planeten und Raumfahrt" im Unterricht Auch ohne technische Hilfsmittel lassen sich Sterne, Planeten und andere Himmelskörper beobachten. Da sie weit entfernt und nicht unmittelbar erfahrbar sind, üben sie eine besondere Faszination auf Kinder aus. Daher ist es besonders spannend, im Unterricht zu erforschen, wie unser Universum entstanden ist, wo wir Menschen darin leben und wie mit lebensweltlicher Forschung immer mehr Schritte in Bezug auf das Leben von Menschen außerhalb der Erde gemacht werden. Auch der Beruf Astronautin oder Astronaut begeistert viele Schülerinnen und Schüler. Besonders spannend ist es daher, von echten Astronauten mehr über das Berufsbild und den Alltag auf der Internationalen Raumstation (ISS) zu erfahren. Didaktisch-methodische Analyse Zum Einstieg in das Thema "Weltraum, Planeten und Raumfahrt" können Bilder, Videos oder Simulationen unseres Sonnensystems eingesetzt werden. So wird das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler angeregt und es können erste Informationen zum Thema gesammelt werden. Auch ein astronomisches Ereignis kann als Aufhänger für diese Unterrichtseinheit dienen. Im Internet finden Sie schnell Daten zu aktuellen astronomischen Höhepunkten. Die Schülerinnen und Schüler könnten sich also gezielt auf die nächste partielle Sonnenfinsternis oder Sternschnuppenschwärme vorbereiten. Die Arbeitsblätter des Booklets zur Unterrichtseinheit können von der Lehrkraft gezielt in den Unterricht eingebunden oder im offenen Unterricht als Stationenarbeit eingesetzt werden. Eine Checkliste hilft den Lernenden dabei, ihren Aufgabenfortschritt während der gesamten Arbeitsphase selbstständig zu kontrollieren. Des Weiteren können sie Tablets, Smartphones, Computer oder anderweitige mobile Endgeräte nutzen, um mithilfe der QR-Codes oder der angegebenen Links für ihre Booklet-Aufgaben zu recherchieren. Verschiedene Aufgabentypen und Medien machen das Booklet besonders abwechslungsreich. Quizzes regen zur Recherche an, Lückentexte bündeln Informationen, Rundfunkbeiträge zum Anhören und Ansehen informieren über die Arbeit echter Astronautinnen und Astronauten auf der ISS und kreative Schreibaufgaben beflügeln die Fantasie der Schülerinnen und Schüler. Zum Abschluss werden die Arbeitsergebnisse präsentiert und die Arbeit mit dem Booklet reflektiert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren, wie das Universum entstanden ist. lernen unser Sonnensystem kennen. sammeln Informationen zu Sonne, Erdenmond und Sternen. erfahren, wie eine Sonnenfinsternis entsteht. Lernen die Erde als Teil unseres Sonnensystems kennen. informieren sich über die Arbeit von Astronautinnen und Astronauten sowie deren Leben auf der ISS. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen gezielte Recherchen im Internet durch und nutzen das Internet als Informationsquelle. sehen verschiedene Videos an. hören ein Radio-Interview an. präsentieren Arbeitsergebnisse. Sozialkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler treffen Absprachen zur Benutzung der Computer-Arbeitsplätze oder anderweitiger mobiler Endgeräte. einigen sich über die Auswahl der Planeten. helfen sich gegenseitig.

  • Physik / Astronomie / Chemie / Natur & Umwelt
  • Primarstufe

Gravitation im Erde-Mond-System: von der Erde zum Mond und zurück

Unterrichtseinheit

Mithilfe dieser Unterrichtseinheit zur Erde-Mond-Gravitation erkennen die Schülerinnen und Schüler die Auswirkungen differentieller Gravitation und die Wechselwirkungen im Kräftesystem Erde-Mond. In dieser Unterrichtseinheit befassen sich die Schülerinnen und Schüler mit den folgenden Fragen: Wie beeinflusst der Mond die Erde – und wie die Erde den Mond? Was wäre, wenn sich der Mond viel näher um die Erde drehen würde – oder viel weiter weg? Und wieso trifft der Mondschatten die Erde so selten? Die Unterrichtsmaterialien sind im Rahmen des Projektes "Columbus Eye – Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" entstanden. Das übergeordnete Projektziel besteht in der Erarbeitung eines umfassenden Angebots an digitalen Lernmaterialien für den Einsatz im Schulunterricht. Dieses Angebot umfasst interaktive Lerntools und Arbeitsblätter, die über ein Lernportal zur Verfügung gestellt werden. Das Projekt Columbus Eye wird von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 50 JR 1703 gefördert. Anhand der Unterrichtsmaterialien "Gravitation im Erde-Mond-System" mit dazugehöriger App beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler experimentell mit der Veränderung des Erde-Mond-Abstandes. Mit dem Smartphone nehmen sie die Position des Mondes ein und können aus dem Weltraum heraus experimentieren. So finden sie heraus, was passiert, wenn sie der Erde immer näher kommen – sowohl auf der Erde, als auch auf dem Mond. Mit der Mondschatten-Simulation und dem Video einer Mondfinsternis aus dem All ermitteln sie nicht nur, warum Mond- und Sonnenfinsternisse so selten sind, sondern erhalten auch ein Verständnis für die Größenverhältnisse im Weltraum. Die Unterrichtsmaterialien eigenen sich für den Einsatz im Physik- und Astronomie-Unterricht der Sekundarstufe II. Ausführliche Informationen für Lehrkräfte, inklusive thematischer Hintergrund-Informationen, eines Stundenverlaufsplans und Musterlösungen zu den Arbeitsblättern finden sich bei den Downloads. Die Schüler und Schülerinnen erkennen die Auswirkungen differentieller Gravitation erkennen. erkennen Wechselwirkungen im Kräftesystem Erde-Mond. wählen physikalische Größen begründet aus und verarbeiten sie deduktiv in einer Hypothese führen ein Gedankenexperiment durch.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II, Berufliche Bildung

Wir "programmieren" Klassenkameraden für eine Mission auf dem Mond

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit planen, testen und führen die Schülerinnen und Schüler eine Mission zum Mond durch, indem sie einen imaginären Rover über den Mond navigieren. Sie verstehen die Bedeutung eindeutiger und präziser Kommunikation beim Schritt-für-Schritt-Programmieren und schulen so unter anderem ihr logisches Denken. Die Unterrichtseinheit "Mission auf dem Mond" führt die Schülerinnen und Schüler hin zu simplen Konzepten des logischen Denkens. Die Lernenden übernehmen in Partnerarbeit die Rolle des "Missionsleiters" und des "Rovers". Aufgabe der Missionsleitung ist es, den blinden Rover über die Mondoberfläche zu navigieren und dadurch seine eigene Kommunikationskompetenz zu schulen. Des Weiteren wird das vorausschauende Denken geübt und das Vertrauen zwischen den Partnerinnen und Partnern gestärkt. Die Lernenden müssen gut zusammenarbeiten und einer genauen Route folgen, um Hindernisse zu umgehen und Missionen auszuführen, um sicher bei ihrem Ziel anzukommen. Die Unterrichtseinheit wurde im Rahmen der Projekte ESERO Germany und "Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt.Die Unterrichtseinheit bietet einen Einsteig in das logische Denken hin zu einer präzisen und klaren Kommunikation. Vor dem Hintergrund einer Mondmissionen ist es die Aufgabe der Schülerinnen und Schüler mithilfe einer simplen Programmiersprache als Missionsleitung, ihren Partner oder Partnerin, den Rover, erfolgreich und vorausschauend über die Mondoberfläche zu navigieren. Dabei werden Aufgaben gelöst und Probleme bewältigt. Die Vorraussetzungen für die Durchführung der Unterrichtseinheit innerhalb des Klassenzimmers sind gering. Bei älteren Schülerinnen und Schülern kann auch gerne erst mit der zweiten Übung begonnen werden. Altersgruppe: 8 bis 12 Jahre Unterrichtsfach: Informatik, Mathe, Kunst Schwierigkeitsgrad: Einfach Benötigte Zeit: 45 Minuten Besondere Vorkenntnisse sind nicht notwendig. Die Schülerinnen und Schüler lernen einfache Konzepte des logischen Denkens kennen. planen und testen einfache Aufgaben. lernen die Funktion von einfachem, Schritt-für-Schritt Programmieren. verbessern ihre Kommunikation durch Rollenspiele. lesen Planquadratangaben und geben anschließend klare und bewusste Instruktionen für die Navigation im Referenzraum. lernen die Wichtigkeit eindeutiger Kommunikation. erleben wie wichtig gute Teamarbeit ist.

  • Technik / Sache & Technik / Elektrotechnik / Physik / Astronomie
  • Primarstufe, Sekundarstufe I

Wasser auf dem Mond: Mond-Eisbohrkerne filtern, um Wasser zu gewinnen

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zu Wasser auf dem Mond lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Eigenschaften des Mondes hinsichtlich seiner Beschaffenheit kennen, zum Beispiel durch abschätzen und berechnen. Außerdem wird wissenschaftliches Arbeiten angebahnt und anhand von Fallbeispielen nähergebracht. Die Unterrichtseinheit "Wasser auf dem Mond: Mond-Eisbohrkerne filtern, um Wasser zu gewinnen" soll eine Diskussion zum Wasser-Verbrauch und zur Aufbereitung von Wasser sowohl auf der Erde als auch im All anstoßen und die Lernenden zum Nachdenken anregen. Des Weiteren lernen die Schülerinnen und Schüler die Vorgehensweisen beim wissenschaftlichen Arbeiten und die jeweiligen Teilschritte kennen (Versuchsaufbau, systematisches Messen und Aufnahme von Daten sowie deren Auswertung). Probleme werden hierbei selbstständig durch die Anwendung der Mathematik, von Messungen und Maßeinheiten gelöst. Die Unterrichtseinheit wurde im Rahmen der Projekte ESERO Germany und "Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt. In dieser Unterrichtseinheit schreiben die Schülerinnen und Schüler einen Tag lang auf, wieviel Wasser sie ungefähr bei verschiedensten Aktivitäten in ihrem Alltag verbrauchen. Diese Aufzeichnungen werden dann für anschließende Berechnungen im Plenum weitergenutzt. Es wird die Beschaffenheit des Mondes erklärt und in welcher Form man auch auf dem Mond Wasser finden kann. Dem folgen experimentelle Aufgaben im Klassenzimmer, bei denen die Lernenden vorbereitete "Mond-Eisbohrkerne" benutzen und filtern, um Wasser zu erhalten. Die Wirkungsweise eines Filtersystems wird hierbei näher erläutert. Die Ergebnisse der ersten beiden Übungen werden dann benutzt, um zu berechnen, wieviel Mond-Eis die Schülerinnen und Schüler ausgraben müssten, um genug Wasser für einen kompletten Tag zu erhalten. Die Schülerinnen und Schüler berechnen den Wasserverbrauch einer Person an einem durchschnittlichen Tag. lernen, dass manche permanent im Schatten liegende Regionen des Mondes Wasser in Form von Eis enthalten. schätzen ab, wieviel Mondsand man benötigen würde, um genug Wasser für eine Person für einen durchschnittlichen Tag zu gewinnen. verstehen, dass ein Filtersystem genutzt werden kann, um Feststoffe und Flüssiges zu trennen. machen sich mit dem wissenschaftlichen Arbeiten, insbesondere dem Versuchsaufbau, systematischem Messen und der Aufnahme von Daten vertraut. lösen Problemstellungen mithilfe der Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division sowie durch Messungen und Maßeinheiten.

  • Mathematik / Rechnen & Logik / Physik / Astronomie
  • Primarstufe

Treibhauseffekt verstehen: die Erde unter dem Deckel

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Treibhauseffekt lernen die Schülerinnen und Schüler was Treibhausgase sind und welchen Effekt diese auf die Umwelt und damit auch auf uns Menschen haben. Im Rahmen der Unterrichtseinheit "Treibhauseffekt verstehen: die Erde unter dem Deckel" werden die Kenntnisse der Schülerinnen und Schüler zum Thema Treibhauseffekt gefördert und erweitert. Sie lernen den Begriff Atmosphäre und dessen Beschaffenheit kennen. Die Schülerinnen und Schüler bauen in dieser Aufgabenreihe ein Modell, um zu verstehen, was der Treibhauseffekt ist. Dabei wird anschaulich gemacht, wie sich der Treibhauseffekt auf die Atmosphäre der Erde auswirkt und in der Temperatur sichtbar niederschlägt. Anschließend analysieren die Lernenden ein Video, um die Folgen einer zunehmenden Menge an Treibhausgasen zu erörtern. Die Unterrichtseinheit wurde im Rahmen der Projekte ESERO Germany und "Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt. Durch unsere Atmosphäre und die in ihr enthaltenen Treibhausgase wird die Erde zu einem bewohnbaren Planeten. Ohne sie würde Leben in der Form, wie wir es kennen, nicht existieren. Leider verändert die Zunahme der vom Menschen erzeugter Treibhausgase die "normale" Menge dieser Gase in unserer Atmosphäre und verursacht dadurch die übermäßige Erderwärmung. Ohne den Treibhauseffet wäre kein Leben auf der Erdoberfläche möglich, jedoch bedingt die starke Erhöhung der Treibhausgase eine Zerstörung der Atmosphäre des Planeten. Die Folge davon ist eine sich immer weiter erhöhende und unnatürliche Erderwärmung. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zur Veranschaulichung der ablaufenden Prozesse des Treibhauseffektes in Gruppen ein Modell: Bei der Versuchsdurchführung werden mithilfe des Modells die Auswirkungen des Treibhauseffekts in Form von Temperaturmessungen veranschaulicht und durch die Schülerinnen und Schüler festgehalten. Zu beobachten ist dabei der wichtige Aspekt einer intakten Atmosphäre. Im Folgenden analysieren die Schülerinnen und Schüler ein Lehrvideo und stellen fest, dass die Zunahme der durch Menschen verursachten Treibhausgase die Menge dieser Gase in unserer Atmosphäre verändert und dadurch die Erderwärmung verursacht, beziehungsweise erhöht wird. Die Schülerinnen und Schüler lernen, was der Treibhauseffekt und Treibhausgase sind. erfahren, was die positiven und negativen Folgen des Treibhauseffekts sind. erkennen, dass es ohne den Treibhauseffekt auf der Erde kein Leben in der Form, wie wir es kennen, gäbe. führen Temperaturmessungen selbstständig und genau durch. erkennen, dass die durch den Menschen bedingte Steigerung des Treibhauseffekts die Erderwärmung verursacht wird.

  • Geographie / Jahreszeiten
  • Primarstufe
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