In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Nutzpflanzen lernen die Schülerinnen und Schüler die verschiedenen Bestandteile von Pflanzen kennen und erfahren, welche davon essbar sind. Außerdem werden die verschiedenen Wachstumsbedingungen einzelner Pflanzen vorgestellt. Die Unterrichtseinheit ist dabei sowohl handlungsorientiert als auch problemorientiert angelegt: Am Ende der Einheit können die Lernenden entschieden, welche der Pflanzen sich als gute Nahrungsquellen für Astronautinnen und Astronauten auf Weltraum-Missionen eignen würden.Die Unterrichtseinheit "AstroFood: Nutzpflanzen für zukünftige Weltall-Missionen auswählen" 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 Übungsreihe zu Nutzpflanzen lernen die Schülerinnen und Schüler die verschiedenen Komponenten von Pflanzen kennen. Sie erfahren, welche Teile bekannter Pflanzen essbar sind und lernen den Unterschied zwischen einem Gemüse, einer Frucht (Obst) und einem Samen kennen. Dabei fertigen sie auch Zeichnungen der einzelnen Teile von den Pflanzen an. Außerdem werden die verschiedenen Wachstumsbedingungen und die unterschiedlichen Erträge einzelner Pflanzen vorgestellt. Schließlich wird entschieden, welche der Pflanzen sich aufgrund ihrer Eigenschaften hinsichtlich des Ertrags und der Wachstumsbedingungen als gute Nahrungsquellen für Astronautinnen und Astronauten eignen. Die Schülerinnen und Schüler lernen, dass Zeichnungen das Verständnis sowie das Entwickeln und Teilen von Ideen unterstützen können. Außerdem wird die Fähigkeit der Diskussion gefördert und die Erkenntnis, dass verschiedene Antworten auf eine Frage richtig sein können. Durch die Frage, welche der Pflanzen für einen Einsatz im Weltraum infrage kommen, werden die Schülerinnen und Schüler vor eine Entscheidung gestellt und dazu angeregt, ihre Meinung mit Pro- und Contra-Argumenten zu begründen. Dies wird sich positiv in ihrer Kommunikationskompetenz niederschlagen und sorgt für einen angeregten und interessanten Unterrichtsverlauf.Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundstrukturen von typischen Pflanzen kennen. identifizieren und benennen verschieden Pflanzenarten. verstehen, dass Lebewesen auf viele verschiedene Weisen kategorisiert werden können. verstehen, dass Menschen die richtige Art und Menge an Nährstoffen benötigen und diese durch ihre Nahrung aufnehmen. verstehen, dass Lebewesen voneinander abhängig sind und Pflanzen als Nahrungsquelle dienen. erkennen, dass Fragen auf unterschiedliche Weise beantwortet werden können. verstehen, dass Zeichnen beim Entwickeln und Teilen von Ideen hilfreich sein kann.

In dieser Unterrichtseinheit erforschen die Schülerinnen und Schüler, wie die Luft, das Wasser, die Erde, die Temperatur und der Zugang zu Nährstoffen das Wachstum von Pflanzen beeinflussen. Die verschiedenen Faktoren werden anschließend auf das Wachstumsverhalten von Pflanzen im Weltall übertragen. In den sechs Übungen dieser Lerneinheit erforschen die Lernenden, welche verschiedenen Faktoren das Wachstum von Pflanzen beeinflussen. Die Schülerinnen und Schüler entdecken, dass Pflanzen Luft, Licht, Wasser, Nährstoffe und gleichbleibende Temperaturen benötigen, um wachsen zu können. Sie werden beobachten, was mit Pflanzen passiert, wenn einige dieser Faktoren variieren. Um die Mechanismen hinter dem Pflanzenwachstum und die biologischen Abläufe besser verstehen zu können und für die Lernenden anschaulicher zu machen, werden einfach gehaltene Versuche durchgeführt. Abschließend übertragen sie das Erlernte dann auf die Kultivierung von Pflanzen im All. 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. Pflanzen sind für die Ökosysteme unserer Erde wichtig. Sie sind eine Nahrungsquelle für Tiere und wandeln bei der Photosynthese Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff um. Diese Übungsreihe veranschaulicht den Lernenden, was Pflanzen benötigen, um zu überleben und gesund zu sein. Die Hauptfaktoren Zugang zu Luft, Licht, Wasser, Nährstoffen, eine passende und nicht zu stark schwankende Temperatur werden in verschiedenen Experimenten selbst ermittelt. Des Weiteren werden die eigenen, gesammelten Messwerte und Erfahrungen anschließend zusammengefasst und auf die wichtigsten Voraussetzungen für ein Pflanzenwachstum auf dem Mond übertragen. Die Unterrichtseinheit kann im Klassenzimmer über einen längeren Zeitraum durchgeführt und immer wieder in den Unterricht eingebaut werden. Aufgrund der Wachstumszeit der Pflanzen bietet es sich an, in regelmäßigen Abständen auf das Projekt im Unterricht zu verweisen. Altersgruppe: 8 bis 12 Jahre Unterrichtsfach: Naturwissenschaften (Sachunterricht, Biologie, NAWI) Schwierigkeitsgrad: Mittel Benötigte Zeit: 3 bis 4 Unterrichtsstunden Benötigte Materialien: Kresse-Samen, Radieschen-Samen, Blumen mit weißen Blüten Die Schülerinnen und Schüler lernen, dass Pflanzen Wasser, Licht, Luft, Nährstoffe und passende Temperaturen benötigen, um zu wachsen. verstehen, dass die Umwelt sich verändern und gefährlich für lebendige Organismen werden kann. lernen, dass es möglich ist, Pflanzen ohne Erde anzubauen. führen einfache Tests beziehungsweise Experimente genau durch. erkennen Variablen und ändern diese bei Bedarf. interpretieren Beobachtungen und leiten Ergebnisse aus ihnen ab. lösen Probleme alleine oder in der Gruppe.

Der Beitrag zeigt zunächst beispielhaft, wie in der Natur und in der Technik elektromagnetische Wellen entstehen. Im weiteren Verlauf wird die Erzeugung einer Dipolschwingung mittels eines Erregerschwingkreises erläutert und durch verschiedene Übungsaufgaben ergänzt. Zu Beginn der Einheit wird beispielhaft gezeigt, wie in der Natur und in der Technik elektromagnetische Wellen entstehen. So ist etwa das für den Menschen sichtbare Licht nur ein kleiner Teil dessen, was an elektromagnetischen Wellen aus dem Weltall auf die Erde trifft. Die den meisten Menschen aus der Medizin bekannten Röntgenstrahlen entstehen beim Abbremsen schneller Elektronen und können vom Menschen nicht wahrgenommen werden – erst beim Betrachten eines Röntgenbildes sieht man, dass die Strahlung beim Durchdringen des menschlichen Körpers ein Abbild bestimmter Körperteile erzeugt. Die Erzeugung einer Dipolschwingung mittels eines Erregerschwingkreises wird erläutert und durch verschiedene Übungsaufgaben ergänzt. Vermischtes rund um Dipol und elektromagnetische Wellen Die Erzeugung von Dipolschwingungen und der damit verbundenen Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gehört zu den schwierigen Themen der Schulphysik. Das Thema mit seinen sowohl in der Herleitung als auch in der Anwendung schwierigen Gleichungen kann deshalb nur in der Kursphase der Oberstufe des Gymnasiums intensiver besprochen werden. Vorkenntnisse Gute Vorkenntnisse zu den Gesetzmäßigkeiten des elektrischen und magnetischen Feldes einschließlich der Besonderheiten bei Spulen und Kondensatoren müssen zur Besprechung des Themas auf jeden Fall vorhanden sein. Didaktische Analyse Die Schülerinnen und Schüler sehen bei der Besprechung von Dipol und Entstehung von elektromagnetischen Wellen, dass in der Physik oft verschiedene Abläufe gleichzeitig betrachtet werden müssen. Gerade auch die Entstehung eines Nah- und Fernfeldes bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ist dabei nicht leicht zu verstehen. Methodische Analyse Durch zahlreiche Beispiele und den Vergleich mit Seilwellen bei der Beschreibung und Erläuterung der Vorgänge bei einer Dipolschwingung können die Gesetzmäßigkeiten eventuell leichter zu verstehen sein. Wesentlich komplexer wird die Übertragung der Schwingungen vom Sende- zum Empfangsdipol, insbesondere dann, wenn man darauf eingeht, wie Sprache oder Musik damit übertragen werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, wie ein Sendedipol durch einen Erregerschwingkreis zu Schwingungen angeregt wird. können die Gesetzmäßigkeiten, die den Dipol und elektromagnetische Wellen beschreiben, anwenden und Berechnungen ausführen. kennen die vielfältigen Möglichkeiten, die in Natur und Technik zur Aussendung von elektromagnetischen Wellen führen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

Diese Unterrichtseinheit führt in die Programmierung des Raspberry Pi mit Python ein. Anhand verschiedener Aufgaben werden die Schülerinnen und Schüler einen Raspberry-Pi-Computer einrichten und programmieren. Ziel ist es, erste Programmierkenntnisse zu erlangen. 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. Die vorliegende Unterrichtseinheit führt in die Programmierung des AstroPi ein: Unter Verwendung verschiedener Datenstrukturen in Python steuern die Schülerinnen und Schüler die Farben von LEDs an und erzeugen so unterschiedlich starke farbige und weiße Lichter. Im letzten Arbeitsblatt simulieren sie das System der Luftfeuchtigkeitsregulierung auf der ISS und sammeln Umgebungsdaten wie die Temperatur, die Beschleunigung der ISS und die Richtung der Schwerkraft. 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: 10 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 Diese Unterrichtseinheit ist der erste Teil einer Reihe von drei Lernhilfe-Sets, die vom ESA Education Office, der Bildungsorganisation der ESA, und ihren Partnern 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 für die ersten Schritte mit Raspberry Pi benötigen. Weitere Materialien, die vom ESA Education Office für die "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden: Der Sense Hat: Einrichtung des Sense HAT und visuelle Ausgabe über die Sense HAT-LED-Matrix Datenerfassung mit dem Astro Pi: Erfassung von Daten aus der Umgebung mithilfe von Sense-HAT-Sensoren Die Schülerinnen und Schüler lernen, was ein Raspberry Pi ist, kennen seine Hauptfunktionen und wissen, wie man ihn einrichtet und benutzt. lernen den Unterschied zwischen Hardware und Software kennen. lernen, was eine Programmiersprache ist. lernen, wie sie mit Python programmieren können. lernen, wie sie mit Eingabe- und Ausgabemeldungen, Variablen, Datentypen, "if"-Anweisungen und Schleifen umgehen müssen. lernen, wie sie mit dem Turtle-Modul von Python geometrische Formen zeichnen können.

Mit der Unterrichtseinheit wird ein mathematisches Verfahren vorgestellt, mit dem Näherungslösungen bei Antrieb und Flug von Raketen zu exakten Lösungen werden. Wegen des dafür nötigen Wissens zur Differential- und Integralrechnung werden nur interessierte Schülerinnen und Schüler mit den entsprechenden Kenntnissen angesprochen. Ziel der Unterrichtseinheit ist die Anwendung der Raketengrundgleichung, die vom russischen Mathematiker und Raumfahrttheoretiker Konstantin Ziolkowski erstmals im Jahr 1903 aufgestellt wurde.Ausgehend von den Vorkenntnissen ( Grundlagen der Raketenphysik ) werden die Schülerinnen und Schüler mit den Gesetzmäßigkeiten zur Differential- und Integralrechnung Schritt für Schritt an die exakte Berechnung von Raketenbewegungen herangeführt. Nach der Herleitung der Raketengrundgleichung und der daraus resultierenden Raketengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Flugzeit sind die Lernenden in der Lage, nach weiteren Herleitungen die Höhe des Raketenfluges in Abhängigkeit der Zeit sowie die maximal erreichbare Höhe nach Ablauf der Brenndauer des Raketenantriebes abzuleiten. Raketenphysik für Interessierte Die große Bedeutung von Impuls und Impulserhaltungssatz kommt gerade beim Raketenflug im Weltraum voll zum Tragen. So kann gezeigt werden, dass Bewegungen im luftleeren Weltraum allein durch die im Impulserhaltungssatz enthaltenen Gesetzmäßigkeiten ablaufen – auch ohne die uns so vertrauten irdischen Kräfte wie etwa der Reibungskraft, die für eine Fortbewegung beim Gehen oder Fahren unbedingt nötig sind. Lehrkräfte sollten gut vorbereitet sein, um auf daraus resultierende Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Vorkenntnisse Physikalische Vorkenntnisse von Lernenden können dahingehend vorausgesetzt werden, dass Impuls und Impulserhaltungssatz im Unterricht in der Regel im Unterricht bereits ausführlich behandelt wurden. Die Anwendung der Gesetze im Weltraum stellt eine interessante Ergänzung dar. Didaktische Analyse Das Rückstoßprinzip für den Antrieb von Raketen – in ähnlicher, aber nicht gleicher Weise den meisten beim Vortrieb von Flugzeugen bekannt – zeigt sehr schön die Möglichkeiten der Fortbewegung im luftleeren Raum auf. Sie bildet die Grundlage für prinzipielle Möglichkeiten zu Raketenflügen über große Distanzen, wobei allerdings die Grenzen der technischen Möglichkeiten beim Verlassen – etwa des Sonnensystems – nicht übersehen werden dürfen. Methodische Analyse Die Annäherung an die exakten Vorgänge beim Antrieb von Raketen mithilfe des an Näherungslösungen angelegten Iterationsverfahrens ist eine ideale Möglichkeit dar, auf relativ einfache Art den Lernenden das Rückstoßprinzip nahezubringen. Mit den deutlich schwierigeren Gesetzmäßigkeiten bei der mathematisch exakten Beschreibung wird es schließlich möglich, Bewegungsgleichungen für exakte Lösungen herzuleiten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen die exakten Abläufe bei Raketenflügen in das Weltall. können die unterschiedliche Fragestellungen mit mathematisch präzisen Formeln unterlegen. wissen um die Bedeutung von Differential- und Integralrechnung für die Raketenphysik. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.

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.

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.

In dieser Unterrichtseinheit für den fächerverbindenden Unterricht in den Naturwissenschaften und Kunst beziehungsweise Werken analysieren die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung von Schutzräumen auf der Erde und im Weltall. Sie vergleichen die Umweltbedingungen auf der Erde und auf dem Mond und entwerfen einen eigenen Schutzraum für den Mond. Die European Space Agency (ESA) arbeitet an neuen Missionen zum Mond, um die dortige Umwelt zu erforschen und neue Technologien zu entwickeln, die eines Tages bei der Etablierung einer Mondbasis helfen könnten. Vielleicht werden schon in den nächsten zwei Jahrzehnten Astronauten auf dem Mond leben. In der Projektreihe "Mond-Unterschlupf: Schutzräume auf der Erde und im All" analysieren die Schülerinnen und Schüler, wie wichtig es ist, Schutzräume auf der Erde und im Weltraum zu haben. Sie vergleichen die Umweltbedingungen auf der Erde und auf dem Mond und entwerfen einen eigenen Schutzraum für den Mond. Diesen können sie dann aus Materialien, die mit dem Mondboden vergleichbar sind, nachbauen. Altersklasse : 8- bis 12-Jährige Material : Arbeitsblätter Schwierigkeitsgrad : mittel benötigte Unterrichtszeit : insgesamt 90 Minuten Durchführungsort : Klassenzimmer benötigte Materialien : Bastelmaterial (wie Sand, Lehm, Schaumstoff, Plastik, Ballons) Kosten pro Klasse : gering (0-10 Euro) Thematischer Hintergrund: Leben auf dem Mond Der Weltraum außerhalb unseres Heimatplaneten ist eine extrem feindselige Umgebung für den Menschen. Im Gegensatz zur Erde hat der Mond keine Atmosphäre (er befindet sich im Vakuum), das heißt, es gibt keine Luft zum Atmen. Darüber hinaus besteht wegen der mangelnden Atmosphäre nicht einmal Schutz vor der Kollision mit kleinsten Meteoroiden (wie Staub und Gestein, die im gesamten Sonnensystem vorhanden sind) oder vor der schädlichen Strahlung der Sonne. Ein Tag auf dem Mond dauert 27,3 Erdtage. Es gibt also immer 14 Tage Tageszeit, gefolgt von 14 Tagen Nachtzeit. Die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht sind extrem. Die Temperatur kann je nach Standort tagsüber bei +123 °C und bis zu -233 °C in der Nacht liegen. Der Bau einer Infrastruktur auf dem Mond würde bedeuten, dass viele Materialien von der Erde genommen werden müssten, was enorme Transportkosten bedeuten würde. Daher untersuchen Ingenieure neue Bautechniken, zum Beispiel den 3D-Druck mit lokalen Materialien wie Mondboden (Regolith). Methodische Hinweise In dieser Unterrichtseinheit untersuchen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Schutzräume auf der Erde und stellen sich vor, wie ein zukünftiger Schutz auf dem Mond aussehen könnte. Die Aufgaben und Übungen bieten eine Einführung in die Umweltbedingungen auf dem Mond und vergleichen sie mit den Bedingungen, die auf unserer Erde herrschen. Die Schülerinnen und Schüler erfassen die Bedeutung der Erdatmosphäre und die Herausforderungen der Weltraumforschung. Vertiefende methodische Hinweise finden Sie im Dokument mondunterschlupf-schutzraeume-erde-all-alle-materialien.pdf, das am Ende dieser Seite kostenlos heruntergeladen werden kann. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung von Zufluchtsorten für den Schutz vor der Umwelt. stellen eine Beziehung zwischen Umweltbedingungen und bekannten Unterschlupfarten her. verstehen, dass die Atmosphäre für das Leben auf der Erde wichtig ist. erkennen, dass die Erde und der Mond sehr unterschiedliche Umweltbedingungen haben. führen die Identifikation einiger notwendiger Merkmale eines Schutzraums auf dem Mond durch. bauen die Fähigkeit aus, in einer Gruppe zu arbeiten und kreativ zu denken.

Schülerinnen und Schüler erkunden am Rechner Blitzschlagrisiken in der freien Natur. In einem zweiten Experiment können Lichtbogenüberschläge zwischen zwei Elektroden unter verschiedenen Bedingungen simuliert werden. Blitze sind "hochenergetische" Naturphänomene, die uns nicht nur faszinieren, sondern auch das Fürchten lehren können. Etwa fünf Menschen sterben in Deutschland pro Jahr durch Blitzschlag. Wie Blitze entstehen ist immer noch umstritten - möglicherweise sind sogar energiereiche Strahlen aus dem Weltall daran beteiligt. Wissenschaftlich gesichert ist jedoch, dass die Blitzhäufigkeit mit dem Eisgehalt der Wolken steigt. Auf dieser Beobachtung basiert auch das derzeit gängige Modell zur Blitzentstehung: Aufwinde tragen feine Wassertröpfchen in höhere und kalte Luftschichten, wo sie zu feinen Eispartikeln gefrieren. Diese kollidieren dort mit größeren Graupelkörnern. Die schweren Graupeln "stehlen" den Eiskristallen Elektronen und fallen nach unten. Die nun positiv geladenen feinen Kristalle verbleiben dagegen in den höheren Luftschichten. Auf diese Weise entsteht ein starkes elektrisches Feld in den Gewitterwolken. Die hier vorgestellten Online-Experimente zum Thema Blitz sind Teil des SWR-Angebots Warum ... ist der Himmel blau? Weitere Informationen zum Thema Blitze und Energie gibt es auch im Ezoom zum Wissenschaftsjahr 2010 - Die Zukunft der Energie. Vorentladungen - Fangentladungen - Hauptblitz Ein Blitz ist ein Potenzialausgleich innerhalb der Gewitterwolke oder zwischen der Erdoberfläche und dem unteren Teil der Wolke. Die Spannung muss dabei einige zehn Millionen Volt betragen. Der Entladung geht eine Serie von Vorentladungen (Leitblitzen) voraus, die gegen die Erdoberfläche gerichtet sind. Kurz bevor diese den Erdboden erreichen, gehen vom Boden eine oder mehrere Fangentladungen aus - meist von hohen Objekten (Bäume, Masten, Kirchtürme). Den so entstandenen Blitzkanal heizt der folgende Hauptblitz auf rund 30.000 Grad Celsius auf. Die heiße Luft dehnt sich explosionsartig aus und erzeugt intensive Schallwellen - den Donner. Die Stromstärke einer Hauptentladung beträgt etwa 20.000 bis 30.000 Ampere. Einsatz der Animationen Mit einem interaktiven Blitzsimulator aus dem Online-Angebot von SWR-Wissen können Schülerinnen und Schüler mit der Blitzschlaggefahr experimentieren. Sie lernen dabei wichtige Regeln für das Verhalten bei einem Gewitter im Freien kennen. Die virtuellen Experimente können das Unterrichtsgespräch per Beamer-Projektion unterstützen oder auch von den Lernenden im Rahmen einer Hausaufgabe am heimischen Rechner genutzt werden. Neben den interaktiven Materialien bieten die SWR-Wissen-Internetseiten vielfältige Informationen zum Thema Blitze. Von "Elfen" und "Kobolden" Bei der Behandlung von Blitzen bietet sich auch - als zusätzlicher "Motivations-Joker" - ein kleiner Exkurs zu "Elfen" und "Kobolden" an - rätselhaften Blitzerscheinungen, die oberhalb der Wolken auftreten. Beobachtet werden diese Blitzformen daher vorwiegend aus Flugzeugen oder Space Shuttles (siehe Zusatzinformationen). Gerade solche ungeklärten Phänomene üben auf Kinder einen großen Reiz aus und sind gut geeignet, naturwissenschaftliches Interesse zu entfachen. Inhalte und Funktionen der Blitz-Experimente Die interaktiven Möglichkeiten der SWR-Online-Experimente werden hier kurz beschrieben und per Screenshot vorgestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen wichtige Regeln für das Verhalten bei Gewitter kennenlernen. in einem virtuellen Experiment den Einfluss von elektrischer Spannung, Luftdruck, Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit auf Blitzentladungen untersuchen. Thema Blitze und Verhalten bei Gewitter - virtuelle Experimente Autoren Tilman Bischoff, Dr. André Diesel Fächer Physik (Elektrizitätslehre), Geographie (Wolkenbildung) Zielgruppe ab Klasse 8 (Physik), Sekundarstufe II (Geographie) Zeitraum variabel bei der Unterstützung des Unterrichtsgesprächs Technische Voraussetzungen Präsentationsrechner mit Beamer Einen Beitrag zur Verhaltenserziehung bei Gewittern bietet die SWR-Gewittersimulation. Vor gefährlichen Ratschlägen wie "Eichen sollst du weichen, Buchen sollst du suchen" wird gewarnt. Um bei den Schülerinnen und Schülern eine Sensibilisierung für die Mechanismen des Blitzeinschlags zu erzielen, werden die Auswirkungen und das Risiko des Verhaltens bei einem Gewitter im Freien bewertet. Als virtuelle Versuchskaninchen sind ein Golfspieler, eine hockende Person und ein weidendes Rind auswählbar. Der Golfspieler steht stellvertretend für Personen, die metallische Gegenstände bei sich tragen und damit die Gefahr, vom Blitz getroffen zu werden, drastisch erhöhen. Am Beispiel des Tieres wird auf die Gefährlichkeit des Erdstroms eingegangen, der - auch weiter vom Ort des Einschlags entfernt - zu tödlichen Strömen durch den Körper führen kann. In einer zweiten - stärker physikalisch ausgerichteten - Simulation können Lichtbogenüberschläge zwischen zwei Elektroden im Labormaßstab simuliert werden. So lassen sich Erkenntnisse über den Einfluss von elektrischer Spannung, Luftdruck, Temperatur sowie relativer Feuchte auf die Überschlagbedingungen gewinnen.

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