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In dieser Unterrichtseinheit aus dem Bereich der Leseförderung steht der Themenkomplex Isolation – Quarantäne – Einsamkeit im Mittelpunkt. Interaktive Übungen erweitern den Wortschatz der Lernenden sowie ihr Wissen über unterschiedliche Formen freiwilliger und erzwungener Isolation, auch in literarischer Verarbeitung. Eine Liste mit Titeln von Romanen und Erzählungen dient als Leseanregung für die individuelle Lektüre. Die Unterrichtssequenz eignet sich für Präsenz- und Fernunterricht. Die Corona-Pandemie zwingt vielen von uns ungewohnte Lebensformen auf. Isoliert, einsam, eingesperrt – neu sind diese Zustände allerdings nicht. Ob freiwillig oder erzwungenermaßen, schon immer haben Menschen zurückgezogen gelebt: auf einer einsamen Insel, im Kloster, im Gefängnis, innerhalb der Grenzen einer belagerten Stadt und so weiter. Auch in der Literatur wird das Thema seit Jahrhunderten verarbeitet. In Bezug auf das Lesen kommt eine weitere Facette der Isolation hinzu: Auch wir sind beim Lesen zunächst einmal allein – jedes Buch ist zunächst einmal eine Art Selbstgespräch. Betrachtet man das einsame Lesen aus einer anderen Perspektive, stellt man aber auch fest, dass man, vertieft in eine spannende Geschichte, auch die eigene Einsamkeit vergessen kann und die eigenen Sorgen und Probleme etwas kleiner werden. Genau das macht Bücher zu einem besonders geeigneten Medium, um über die Einsamkeit nachzudenken. Die Unterrichtseinheit gibt Leseanregungen für individuelle Lektüre. Die Liste der vorgeschlagenen Bücher kann selbstverständlich ergänzt oder verändert werden, je nach Vorlieben und Interessen von Lernenden und Lehrkraft. Ergänzt wird die Einheit sowohl durch Material zum Thema "kreatives Schreiben" als auch interaktive Übungen. Das Thema "Lesen im Lockdown – Es lebe die Einsamkeit!?" im Unterricht "Tout le malheur des hommes vient d'une seule chose, qui est de ne pas savoir demeurer en repos, dans une chambre." Dieser Gedanke des französischen Philosophen Blaise Pascal (1623–1662) wird im Lockdown allerorten zitiert. Man kann ihn leicht ins Positive wenden und sagen: Das Glück des Menschen beginnt damit, dass er ganz mit sich selbst allein in einem Zimmer sein und mit einem Buch die Welt hereinholen kann. Denn für die Lektüre eines dicken Romans, einer schmalen Erzählung oder eines literarischen Tagebuchs ist ein ruhiges Zimmer der perfekte Rückzugsort. Lesen ist nämlich im Grunde eine einsame Tätigkeit, die sich mit dem unruhigen Treiben in einem Klassenzimmer nicht gut verträgt. "Jeder Mensch liest für sich allein", so könnte das Motto dieser Unterrichtseinheit heißen, in der die Lernenden individuell Bücher lesen. Sie machen dabei die Erfahrung, dass man trotz der Einsamkeit des Lesens immer mit anderen in Kontakt bleibt: mit der Autorin oder dem Autor und deren Figuren, aber auch mit der Leserschaft, früherer und heutiger. Deshalb werden konkrete Vorschläge für die sogenannte "Anschlusskommunikation" gemacht, durch die die vereinzelten Leserinnen und Leser in einen kommunikativen Austausch treten können. Vorkenntnisse Die Lernenden sollten Lesefreude und Durchhaltevermögen auch bei ungewohnten Texten mitbringen. Didaktische Analyse Gerade in Phasen von hybridem oder Fernunterricht lassen sich Lesekompetenz und Lesefreude der Schülerinnen und Schüler gezielt fördern. Während das Lesen im normalen Klassenunterricht meist unter Zeitdruck, in einem vorgegebenen Takt stattfindet und von allerlei Störungen begleitet wird, können – zumindest theoretisch – die Schülerinnen und Schüler zu Hause in ihrem eigenen Tempo und an einem Ort ihrer Wahl lesen. Das Lesen eines "echten" Buchs stellt außerdem eine Abwechslung zum Online-Lernen vor dem Bildschirm dar. Methodische Analyse Drei interaktive Übungen bereiten die Schülerinnen und Schüler darauf vor, einen längeren Roman zu lesen und ihre Leseerfahrungen zu reflektieren. Anleitungen und Impulse hierfür finden sie auf drei Arbeitsblättern, die auch online zur Verfügung gestellt werden. Der individuelle Austausch über die Lektüren kann, je nach Möglichkeiten, sowohl in Präsenzphasen in der Schule als auch per Telefon, SMS oder auf Spaziergängen stattfinden. Zum Abschluss werden die Bücher in der Klasse vorgestellt. Methodische Anregungen hierfür finden sich in einem Arbeitsblatt (4). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihren Wortschatz und ihr Wissen über Orte der Isolation. lesen und verstehen einen längeren Roman/eine Erzählung. setzen sich mit Inhalt und formaler Gestaltung eines Romans/einer Erzählung auseinander. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen interaktive Übungen zum Wissenserwerb. nutzen das Internet als Medium des Austauschs und der Information. stellen Bücher mit digitalen oder analogen Medien einem Publikum vor. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen im Wechsel von einsamen Lesephasen und kommunikativen Austausch über Bücher. teilen sich mit. hören/sehen zu.

Diese Unterrichtseinheit für den Englisch-Unterricht beinhaltet verschiedene musikalische, sprachliche und kreative Übungen rund um Santa Claus, den Weihnachtsmann. Als Grundlage hierfür dient das bekannte englische Weihnachtslied "Santa Claus is coming to town".In dieser fächerübergreifenden Unterrichtseinheit für die Grundschule oder die Unterstufe arbeiten die Schülerinnen und Schüler mit dem bekannten englischen Weihnachtslied "Santa Claus is coming to town". Die Schülerinnen und Schüler lernen das Stück an sich kennen, malen dazu Bilder, bearbeiten kreative Übungen zum Wortschatz des Liedes und musizieren gemeinsam. Darüber hinaus gibt es ein Kreuzworträtsel, in welchem typisches Vokabular für den Weihnachtsmann erarbeitet wird. Ein Ausmalbild sowie ein Puzzle ergänzen die kreative und künstlerische Arbeit mit dem Weihnachtslied."Santa Claus is coming to town": Vielen Schülerinnen und Schülern sollten Versionen des Stücks von Mariah Carey, Michael Bublé oder Justin Bieber durch Radiobeschallung geläufig sein. Auf der Videoplattform YouTube findet man allerdings auch eine schöne, illustrierte Ausgabe des Stücks speziell für Kinder. Dieses Video bildet den Aufhänger für diese Unterrichtseinheit, die man speziell in der Adventszeit vor den Weihnachtsferien halten kann. Dabei wiederholen beziehungsweise lernen die Schüler ausgewähltes thematisches Weihnachtsvokabular kennen. Die Schülerinnen und Schüler hören und betrachten das Stück, fühlen sich in das Weihnachtslied ein, und nähern sich künstlerisch-kreativ an, indem sie ihre Vorstellungen von Santa Claus auf Papier malen. Es folgen weitere kreative Übungen zum Wortschatz des Liedes. Nachdem der Inhalt des Stücks besprochen wurde, bietet es sich an, gemeinsam zu musizieren. Die Noten dazu sind in dieser Unterrichtseinheit mit dabei. Der englische Text wird in einer listening activity erarbeitet. Wie in der Aufnahme könnten Schülerinnen und Schüler mit Shakern und Rasseln im Achtel-Rhythmus des Stücks den Gesang begleiten. Die Lehrkraft könnte die Klasse auch musikalisch mit dem Klavier oder der Gitarre unterstützen. Im weiteren Verlauf der Einheit folgen weitere Übungen zum Thema Santa Claus , die man unabhängig vom Musikstück bearbeiten kann. So soll etwa mithilfe einer Mindmap geklärt werden, was die Schülerinnen und Schüler bereits über den Weihnachtsmann wissen. Anhand eines Kreuzworträtsels wird typisches Vokabular für den Weihnachtsmann erarbeitet. Dieses wird mithilfe eines selbst erstellten Ausmalbildes angewandt, indem die Schülerinnen und Schüler verschiedene Teile des Bildes nach bestimmten Vorgaben gestalten sollen. Am Ende kann dieses Bild noch als Puzzle zusammengefügt werden. In dieser Unterrichtseinheit stehen der Spaß und die Kreativität im Fokus. Die Unterrichtseinheit beinhaltet verschiedene Übungen, die man je nach Jahrgangsstufe, verfügbarer Zeit und Leistungsstand der Klasse beliebig kombinieren kann. Es ist kein Problem, einzelne Übungen wegzulassen, oder zur Differenzierung nur die "ganz schnellen Schülerinnen und Schülern" bearbeiten zu lassen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler reaktivieren ihr bereits vorhandenes Vorwissen zu Santa Claus und Weihnachten. wiederholen, festigen oder lernen grundlegende englische Begriffe zum Thema "Santa Claus" und Weihnachten. musizieren gemeinsam das Stück "Santa Claus is coming to town" mithilfe des Notenblattes. ergänzen nach dem Hören des Liedes den Liedtext unterhalb der Noten. erhalten spielerisch, praktisch, musikalisch und kreativ einen Einblick zu Santa Claus anhand eines Songs und einer selbsterstellten Malvorlage. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler halten sich an Gesprächsregeln im Unterrichtsgespräch. arbeiten gut und respektvoll mit ihrer Partnerin oder ihrem Partner beziehungsweise in ihren individuellen Gruppen.

Wurfbewegungen lassen sich in vielfältiger Form – zum Beispiel beim Werfen eines Balles – nachvollziehen. Dabei muss unterschieden werden, in welcher Form der Ball geworfen wird: So kann man ihn senkrecht nach oben werfen oder ihn einfach aus der Hand senkrecht nach unten auf den Boden fallen lassen. In den meisten Fällen wird man den Ball aber schräg nach oben werfen, sodass ihn ein Partner oder eine Partnerin fangen kann. Man beobachtet dabei, dass die dabei entstehende Flugbahn davon abhängig ist, unter welchem Winkel und mit welcher Geschwindigkeit man den Ball abgeworfen hat.Bei der Besprechung von Wurfbewegungen kann man anhand von einfachen und bekannten Beispielen den Lernenden leicht verständlich machen, wie es zu einer Wurfbewegung kommt. Für die Erläuterung und Herleitung der physikalischen Gleichungen von Wurfbewegungen ist es dabei wichtig, den Unterschied zwischen einer eindimensionalen Bewegung (senkrechter Wurf und freier Fall) und der zweidimensionalen Bewegung beim schiefen Wurf schräg nach oben oder unten herauszuarbeiten. Wurfbewegungen und ihre physikalischen Gesetzmäßigkeiten Wurfbewegungen sind ein Thema, zu dem die Schülerinnen und Schüler zunächst anhand von relativ einfachen Zusammenhängen gut hingeführt werden können. Dadurch werden die für die verschiedenen Wurfbewegungen herzuleitenden Formeln verständlich und damit nachvollziehbar. Erst bei etwas komplexeren Aufgabenstellungen sind etwas anspruchsvollere mathematische Kenntnisse erforderlich, um die Gesetze an die Gegebenheiten anzupassen. Vorkenntnisse Vorkenntnisse sind bei diesem Thema auf jeden Fall vorhanden, weil alle Lernenden mit dem Werfen von Bällen oder Steinen am Wasser vertraut sein dürften. Anhand der dabei entstehenden Flugbahnen sollte es auch gut möglich sein, die entsprechenden und sich teilweise überlagernden physikalischen Gesetze den Lernenden verständlich zu machen. Didaktische Analyse Das Besondere an Wurfbewegungen ist deren Abhängigkeit von Anfangsgeschwindigkeit und Abwurfwinkel in Zusammenhang mit der stets wirkenden Gravitationskraft auf das jeweilige Flugobjekt. Das können Bälle, Steine oder auch Raketen sein. Sobald sie nach dem Abschuss sich selbst überlassen sind, entsteht eine sogenannte ballistische Flugbahn, die sich – in der Realität unter Einbeziehung der Luftreibung – exakt berechnen lässt. Methodische Analyse Bei der Besprechung der Gesetzmäßigkeiten von Wurfbewegungen lassen sich aufgrund der dabei wirkenden Überlappungen verschiedener Bewegungen auch Zusammenhänge mit anderen Bereichen der Physik – etwa der Elektrizitätslehre bei der Bewegung von freien Elektronen – herstellen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die sich teilweise überlappenden Abläufe bei Wurfbewegungen beschreiben und erklären. wissen, wie man die Formeln bei unterschiedlichen Wurfbewegungen herleitet und anwendet. kennen die Zusammenhänge von mechanischen Wurfbewegungen mit anderen Bereichen der Physik. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vertiefen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschülern auseinandersetzen 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.

In diesem Unterrichtsprojekt planen die Schülerinnen und Schüler ganz konkret eine Reise durch Kalifornien und alle wichtigen dortigen Nationalparks. Gemeinsam als Klasse erarbeiten sie die Reiseroute, kontaktieren Hotels und holen sich Informationen zu den einzelnen Nationalparks ein. Die Einheit erfüllt damit die Kriterien eines kompetenzorientierten Unterrichts und schafft sehr natürliche Rede- und Schreibanlässe. Die Einheit ist auch sehr gut als benotetes Projekt oder sogar als Projektschulaufgabe geeignet. Für die meisten Schülerinnen und Schüler stehen Los Angeles und San Francisco für Kalifornien. Kalifornien hat aber viel mehr zu bieten als diese beiden Touristenmetropolen. Kaum ein Staat in den Vereinigten Staaten hat so viele verschiedene landschaftliche Höhepunkte und Superlativen wie Kalifornien. Mammutbäume, Wüstenlandschaften, Wasserfälle und Granitwände sind nur ein paar der geographischen Höhepunkte, denen die Schülerinnen und Schüler auf ihrer Reise begegnen. Die Einheit lädt Schülerinnen und Schüler dazu ein, gemeinsam als Klasse einen Trip durch Kalifornien zu planen. Im Verlauf müssen Hotels und Touristeninformationszentren gefunden und angeschrieben, Entfernungen ermittelt und Informationen eingeholt werden. Den Abschluss der Einheit bildet die Präsentation und Zusammenführung der einzelnen Arbeiten, sodass am Ende ein Gesamttrip durch Kalifornien vermittelt wird. Aufgrund des differenzierten Aufbaus der Einheit werden die Schülerinnen und Schüler im Verlauf der Einheit unterschiedlichste Kompetenzen (IT-Bereich, speaking skill, writing skill, presentation und anderes) anwenden und üben. Das Projekt beinhaltet 15 verschiedene Reisestationen. Mithilfe eines beiliegenden Bewertungsschemas können die Projekte als Ganzes, aber auch die Einzelbereiche, sinnvoll und zeitsparend bewertet werden. Je nach Zeitrahmen und Jahrgangsstufe kann das Schema entsprechend angepasst werden. Vorkenntnisse der Lernenden für die Projektdurchführung Schülerinnen und Schüler der 8. bis 10. Jahrgangsstufe sollten mit der Verwendung von PowerPoint oder einer anderen Präsentationssoftware vertraut sein. In höheren Jahrgangsstufen sollte auch das Schreiben eines formellen Briefes bereits bekannt sein, sodass die Lehrkraft hier auf Vorwissen aufbauen kann. Die Materialien zum Schreiben eines formellen Briefes dienen in diesem Fall nur als Wiederholung. Weiterhin kann die Lehrkraft davon ausgehen, dass Grundlagen einer guten Präsentation bereits im Fach Deutsch besprochen wurden. Didaktisch-methodische Analyse Die Projektplanung Entscheidend für das Gelingen des Projektes ist die richtige Einschätzung des Leistungsniveaus der Klasse. Je nach Jahrgangsstufe, zeitlichem Rahmen, örtlichen Gegebenheiten und dem eigenen Erwartungshorizont (Schulaufgabe oder lediglich Projekt zum gemütlichen Ausklang des Schuljahres) wird die Lehrkraft die Klasse entsprechend instruieren und begleiten müssen. Das Projekt ist mit 15 Stationen für eine Klasse mit 30 Schülerinnen und Schülern in Partnerarbeit konzipiert. Hinsichtlich der Komplexität des Projekts lassen sich aber leicht Anpassungen machen. Der zeitliche Rahmen des Projektes hängt stark von der gewünschten Intensität und der jeweiligen Klassenstufe ab. Im Normalfall wird sich die Projektarbeit über circa 4 Wochen hinziehen, wobei ein Großteil der Arbeit zu Hause erledigt werden muss. Die einzelnen Stationen Von den insgesamt 15 Stationen können natürlich einzelne Stationen weggelassen oder gekürzt werden, wenn die Projektarbeit in Kleingruppen durchgeführt werden soll. Auch hier ist der zeitliche Rahmen entscheidend, sodass am Ende genügend Zeit für die Präsentationen bleibt. Gegebenenfalls müssen die Daten auf den einzelnen Stationen angepasst werden. Präsentationen und Evaluation des Projektes Der Evaluationsbogen ist in vier Teile (Präsentation, Vortrag, E-Mail, Reisebericht) gegliedert und auf eine Gesamtpunktezahl von 100 ausgelegt. Natürlich können einzelne Bereiche (zum Beispiel der schriftliche Reisebericht) problemlos weggelassen werden. Das Schreiben einer E-Mail an ein Hotel, ein Tourismusbüro, einen Campingplatz oder eine bestimmte Sehenswürdigkeit kann eventuell etwas frustrierend sein, da Antworten länger dauern, oder ganz ausbleiben. Wenn dieser Aufgabenteil in die Bewertung einbezogen werden soll, so sollten Schülerinnen und Schüler bereits im Vorfeld dazu angehalten werden, die E-Mail möglichst bald und eventuell an verschiedene Adressaten zu schreiben, um zumindest zwei Antworten zu erhalten. Gleichzeitig ist dieser Teil meist sehr motivierend, da er einen echten Sprachanlass bietet. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren einen selbständig erarbeiteten Inhalt in der Zielsprache. erlernen und üben das Schreiben eines formellen Briefes, beziehungsweise einer formellen E-Mail. schreiben einen eigenen Reisebericht in der Zielsprache. erstellen eine Präsentation am PC nach klar definierten Kriterien. suchen, bewerten und wählen selbstständig Informationen aus und präsentieren diese. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler treten mit Nichtmuttersprachlern in einen echten Austausch und holen Informationen zu verschiedenen Bereichen ein. arbeiten zu zweit an einem Projekt, welches ein klares Endprodukt als Ergebnis hat. organisieren sich in Absprache mit dem Partner oder der Partnerin selbst in Bezug auf Inhalt, Zeit und Vorgehensweise.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Wissenschaftsverständnis (Scientific Literacy) wird die Rolle der Wissenschaft am Beispiel der Corona-Pandemie erarbeitet. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei, wie die Wissenschaft in Bezug auf das neuartige Virus reagierte und welche Rolle die Politik und die Medien dabei spielten. Mit Hilfe von drei Mini Lectures und vier Arbeitsblättern erhalten die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in die Arbeit der Wissenschaft am Beispiel der Corona-Pandemie und wie die Politik, Medien und Gesellschaft auf die Corona-Pandemie reagiert hat. In der ersten Mini Lecture erarbeiten die Lernenden die Rolle und das Vorgehen der Wissenschaft in Bezug auf das neuartige Virus. In der dritten Mini Lecture setzen sich die Lernenden damit auseinander, welche Folgerungen man für zukünftige Pandemien ziehen kann und wie Wissenschaft und Politik zusammenarbeiten sollten. Die zweite Mini Lecture zeigt den Lernenden auf, welche Rolle die Politik durch ihre Entscheidungshoheit spielt und wie Medien die öffentliche Meinung beeinflussen können. Das Lernkonzept kann wahlweise im Präsenz- oder Fernunterricht verwendet werden. Die Schüler arbeiten überwiegend kollaborativ und digital. Die Unterrichtsmaterialien beinhalten einen aufeinander aufbauenden Gesamtkontext. Diese Unterrichtseinheit ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau entstanden, das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung Schülerinnen und Schülern, Studierenden sowie dem wissenschaftlichen Nachwuchs näherbringen möchte. Die Unterrichtseinheit ergänzt dabei das Materialangebot der Mediathek der Lindauer Nobelpreisträgertagungen um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen. Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht . Die Schülerinnen und Schüler thematisieren das Wissenschaftsverständnis (Scientific Literacy) und erarbeiten die Rolle der Wissenschaft in der Corona-Pandemie in Bezug zu Politik und Medien. Vorkenntnisse Die wichtigsten Informationen werden durch die Mini Lectures erarbeitet, so dass kein spezielles, biologisches Hintergrundwissen benötigt wird. Eventuell müssen Fachbegriffe, zum Beispiel Pandemie kurz erläutert werden. Didaktische Analyse In der Einheit erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass die Wissenschaft eine beratende Rolle für die Politik einnimmt und dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler faktenbasiert arbeiten. Durch internationale und interdisziplinäre Zusammenarbeit konnten schnell Ergebnisse zum neuartigen Virus erforscht und veröffentlicht werden. Letztendlich wurde in einer rasanten Geschwindigkeit ein Impfstoff entwickelt. Durch die Corona-Pandemie hat sich die Rolle der Wissenschaft geändert, sie ist viel stärker in den öffentlichen Fokus geraten. In Zukunft wird die Wissenschaft bei medizinischen Krisen schneller und kooperativer zu Ergebnissen kommen. Die Politik wird jedoch immer der Entscheidungsträger für Beschränkungen und Gesetze bleiben, die Wissenschaft und einzelne Teilbereiche stehen aber zukünftig viel stärker im Fokus. Methodische Analyse Die Erarbeitung der Informationen mithilfe der Mini Lectures funktioniert am besten, wenn den Schülerinnen und Schülern digitale Endgeräte zur Verfügung stehen. Alternativ können die Videos im Plenum gezeigt und die Arbeitsblätter dazu bearbeitet werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nennen Informationen zur Corona-Pandemie. erklären die Arbeitsweise der Wissenschaft in der Corona-Pandemie. beschreiben die Rolle der Wissenschaft in Bezug zu Politik und Medien. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler extrahieren Informationen aus einem Video. recherchieren und analysieren Informationen im Internet. reflektieren die Arbeitsweise von Medien in Bezug auf wissenschaftliche Erkenntnisse. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Ergebnisse mit Ergebnissen von Mitschülern. entnehmen kollaborativ Informationen. argumentieren in einer anderen, ihnen zugewiesenen Rolle auch entgegen der eigenen Meinung. Hier können Sie sich die Videos zur Unterrichtseinheit anschauen. Mini Lecture Teil 1 Mini Lecture Teil 2 Mini Lecture Teil 3

Diese Lernumgebung bietet eine interaktive Einführung in das Perzeptron und einfache neuronale Feed-Forward-Netzwerke. Sie erzählt eine Geschichte über einen Anwendungsfall für Klassifikation, in die mehrere Aufgaben eingebettet sind. Künstliche Intelligenz ist an vielen Stellen völlig alltäglich geworden. Meistens sind diese Systeme aber nur Black-Boxen in unserem Alltag und es fällt schwer, mehr über die Funktionsweise herauszufinden. Gleichzeitig sind die Themen, wenn man sie unterrichtlich behandeln möchte, mathematisch zu anspruchsvoll für den Schulunterricht, sodass nur ein oberflächlicher Zugang zur eigentlichen Funktionsweise möglich ist. Genauso ist das Umsetzen von existierender Software in eigenen Programmen zwar im Unterricht möglich, aber nur für leistungsstarke Lerngruppen. Zur Lernumgebung gelangen Sie über den Link am Ende dieser Seite. Das "KI-Labor" bietet Möglichkeiten, mit dem eigenen digitalen Endgerät maschinelles Lernen erfahrbar zu machen. Es gibt verschiedene Themenbereiche und Lernumgebungen, in denen selbstständig mit den Möglichkeiten und Grenzen der jeweiligen Technologien experimentiert werden kann. Zur Ausführung der verschiedenen Umgebungen wird lediglich ein moderner Webbrowser benötigt. In dieser Unterrichtseinheit geht es um die Funktionsweise von einfachen neuronalen Netzen (sogenannte "Feed-Forward"-Netzwerke), beginnend mit dem einfachsten dieser Netze – dem Perzeptron. Als Anwendungsfall wird die Klassifikation von Obst anhand ausgewählter Features gewählt. Die Lernumgebung erzählt dazu eine interaktive Geschichte, in die verschiedene Aufgaben eingebettet sind. So muss zunächst das Perzeptron per Hand optimiert werden, das heißt die verschiedenen Modellparameter (Gewichte) passend gesetzt werden. Im Sinne des productive failure wird die Aufgabenstellung dann so erweitert, dass eine sinnvolle Klassifikation mit dem Perzeptron nicht länger möglich ist, dennoch sollen auch hier wieder Parameterwerte gefunden werden. Im nächsten Schritt wird das Perzeptron dann zu einem neuronalen Netz mit einer Zwischenschicht erweitert. Hier gestaltet sich die Parameteroptimierung sehr mühsam, sodass abschließend das Verfahren des automatischen Trainings durch den Backpropagation-Algorithmus als sinnvolle Ergänzung thematisiert wird. Die Einheit eignet sich im Fach Informatik als Einführung in eine Unterrichtseinheit zu maschinellem Lernen (speziell zu neuronalen Netzen) oder auch als fachlicher Anknüpfungspunkt für eine Einheit in einem anderen Fach, wenn es beispielsweise um ethische oder wirtschaftliche Fragen der KI geht. Wird die Einheit im Fach Informatik eingesetzt, so liegen sinnvolle Schwerpunkte auf der grundsätzlichen Funktionsweise von Klassifikatoren als EVA-System (Features als Eingabe, Klassen gegebenenfalls mit Sicherheit als Ausgabe), dem Aufbau von Perzeptren und Feed-Forward-Netzwerken sowie dem Training eines Netzwerks. Hier ist es denkbar, diese auch nochmal außerhalb der Lernumgebung selbst zu programmieren. Die interaktive Geschichte führt über einen konkreten Anwendungsfall in die Funktionsweise von neuronalen Netzen als Klassifikatoren ein. Durch die schrittweise Hinführung und einfach gestaltete Aufgaben, die letztlich durch Experimentieren gelöst werden können, bietet die Geschichte einen Rahmen für eine Unterrichtseinheit. Die behandelten Themen können und sollen im begleitenden Unterricht von der Geschichte abstrahiert und tiefergehend beleuchtet werden. Es ist dabei möglich, einen mathematischen Ansatz zu wählen und die Berechnungen des Perzeptrons in den Vordergrund zu stellen. Genauso ist es möglich, einen informatischen Ansatz zu verfolgen und ein Perzeptron nochmals als Programmieraufgabe umzusetzen. Das ist zum Beispiel auch als Einschub zwischen den beiden oben dargestellten Stunden möglich. Die Erweiterung des Perzeptrons zu vollständigen Feed-Forward-Netzwerken erfolgt aus den Beschränkungen des Perzeptrons direkt im Kontext des Anwendungsfalls der Geschichte. Es wird dabei auch erlebbar, dass die händische Einstellung bereits eines sehr einfachen solchen Netzes nicht sinnvoll gelingt und es automatisierte Lösungen dafür gibt. Diese können im geeigneten Kontext (zum Beispiel Informatik im vertiefenden Bereich der Sekundarstufe II) im Anschluss auch thematisiert und gegebenenfalls programmiert werden. Andernfalls bleibt ein phänomenologischer Ausblick, der etwa durch die Lernumgebung zur Handschrifterkennung des KI-Labors ergänzt werden kann, um die Möglichkeiten größerer Netzwerke zu behandeln. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden sollten in der Lage sein, die Lernumgebung selbst verwenden können. Dafür bietet es sich an, dass sie sich im Vorfeld genau mit den Möglichkeiten auf Aufgaben der Geschichte beschäftigen, um auch für Rückfragen zur Verfügung zu stehen (2.1 Auswahl digitaler Ressourcen). Zudem müssen sie sicherstellen, dass die Lernumgebung – im Sinne der digitalen Teilhabe und gegebenenfalls unter Verwendung assistiver Technologien – von allen Lernenden genutzt werden kann (5.1 Digitale Teilhabe). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erklären, wie ein Perzeptron eine Ausgabe berechnet. analysieren den Einfluss von Parametern in einem Feed-Forward-Netzwerk. erklären wie Features für die Klassifikation eingesetzt werden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen und verstehen Funktionsweisen und grundlegende Prinzipien der digitalen Welt. erkennen und formulieren algorithmische Strukturen in genutzten digitalen Tools. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren in der Gruppe über informatische Themen. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die gewonnen Ergebnisse und Erkenntnisse kritisch. erschließen Probleme und komplexe Themengebiete mithilfe von Gestaltungskompetenzen eigenständig.

In dieser Unterrichtseinheit geht es um die quantitativen Konzentrationsbestimmung des gesundheitlich bedenklichen Azofarbstoffs Azorubin (E 122) in Getränken. Die Lernenden führen mit ihrem eigenen Smartphone/Tablet eine quantitative kolorimetrische Messung zur Ermittlung der Azorubin-Konzentration durch und erarbeiten sich dabei eigenständig das Funktions- und Auswertungsprinzip der Analyse. In dieser Unterrichtseinheit führen die Schülerinnen und Schüler mit ihren eigenen digitalen Endgeräten (Smartphones oder Tablets) eine quantitative Konzentrationsbestimmung mit erstaunlich hoher Genauigkeit durch, welche ansonsten nur mithilfe eines professionellen und kostspieligen UV/VIS-Spektralphotometers möglich wäre. Aufgrund des Low-Cost-Ansatzes ist es problemlos möglich, mehrere Untersuchungen in Sozialformen wie Paar- oder Gruppenarbeiten parallel laufen zu lassen. Untersucht wird die Limonade "Powerade Wild Cherry", welche den gesundheitlich bedenklichen Azofarbstoff Azorubin (E 122) enthält und vielen Kindern und Jugendlichen aus der Lebenswelt bekannt ist. Die zur Konzentrationsbestimmung nötige Vorgehensweise wird von den Schülerinnen und Schülern sukzessive in einem Wechsel aus zentralen und dezentralen Phasen erarbeitet und anschließend durchgeführt. Auf diese Weise werden sowohl kognitive als auch praktische Grundlagen gelegt, um das grundlegende Messprinzip einer professionellen Konzentrationsbestimmung mit einem echten UV/VIS-Spektralphotometer zu verstehen. Da die quantitative Untersuchung mit den digitalen Endgeräten der Schülerinnen und Schüler erfolgt, ist die Vorstellung des echten Spektralphotometers erst nach Erarbeitung der Vorgehensweise zur Messung und entsprechender Durchführung sinnvoll. So wird erst in der Vertiefung der Aufbau und die Funktionsweise eines professionellen Photometers vorgestellt, um dies dann mit der selbst entwickelten Methode zu vergleichen und zu analogisieren. Die Unterrichtseinheit vermittelt somit ein Grundverständnis über die Vorgehensweise zu kolorimetrischen Konzentrationsbestimmungen anhand farbiger Kalibrierlösungen und leitet gleichzeitig in die Einführung des UV/VIS-Spektralphotometers über. Es ist unbestritten, dass chemisches Verständnis nur durch ein aktives Handeln der Schülerinnen und Schüler aufgebaut wird und nicht ohne Weiteres von Lehrkraft auf die Lernenden übertragen werden kann. Die Notwendigkeit handlungsorientierter Lernsettings, die die Lernenden in den Fokus nehmen, lässt sich im Chemieunterricht aufgrund seiner experimentellen Komponente grundsätzlich gut realisieren, schließlich können haptische und kognitive Aktionsformen durch einen Wechsel von kurzen Handexperimenten und theoretischer Arbeit gleichermaßen berücksichtigt werden. Bislang stellt der Themenbereich der instrumentellen Analytik jedoch eine Ausnahme dar: Er ist maßgeblich von Analysemethoden geprägt, die das Vorhandensein kostspieliger Messgräte erfordern (zum Beispiel UV/VIS-Spektrometer, IR- oder NMR-Spektroskope), die in der Schulpraxis kaum zur Verfügung stehen. Dadurch können viele Analysemethoden oft nur auf theoretischer Ebene behandelt werden. Für das Verständnis über die Funktionsweise dieser Geräte ist ein hohes Abstraktionsniveau von Nöten ist. Aus dieser Problematik heraus resultiert die Herausforderung, instrumentelle Analysemethoden lernenden- und schulgerecht aufzubereiten, um eine experimentelle Behandlung von ausgewählten Themenbereichen aus der instrumentellen Analytik in einem handlungsorientierten Chemieunterricht zu ermöglichen. Eine Möglichkeit, das UV/VIS-Spektrometer zum Zwecke einer Konzentrationsbestimmung zu ersetzen, liefern uns die digitalen Endgeräte, die jeder Schüler und jede Schülerin in der Hosentasche mit sich trägt: Das Smartphone. Kostenfreien Apps zur Bestimmung der R,G,B-Werte einer Farbe ("Color Grab" (Android) beziehungsweise "ColorAssist Lite" (iOS)) können im richtigen Versuchsaufbau dazu genutzt werden, unbekannte Konzentrationen zu ermitteln. Ein wesentlicher Vorteil des abgebildeten Versuchsaufbaus ist, dass neben den Farbstofflösungen lediglich zwei Endgeräte und eine transparente Wellplatte benötigt werden. Das obere Endgerät dient der eigentlichen R,G,B-Wert-Messung der über die Kamera fokussierten Farbstoff-Lösungen, welche wiederum von einem weiteren Endgerät, dessen Bildschirm mithilfe einer passenden App (zum Beispiel "Screen-Flashlight" (Android) oder "Nachtlicht" (iOS) Licht ausstrahlt, von unten durchleuchtet wird. Durch das Vorhandensein der Endgeräte kann das Experiment problemlos als Übung in Paararbeit durchgeführt werden. Die Möglichkeit, mehrere Messungen parallel durchzuführen, bietet die Einbindung weiterer wissenschaftlichen Methoden an, wie beispielweise die Mittelwertbildung oder der Berechnung einer Standardabweichung mit anschließender Fehlerdiskussion. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden müssen digitale Medien nutzen, um die Interaktion mit den Lernenden auf individueller Ebene und als Gruppe, innerhalb und außerhalb des Unterrichts, zu verbessern. Dabei nutzen sie dieses auch, um rechtzeitig und gezielt Beratung und Unterstützung anbieten zu können und neue Formen und Formate der Hilfestellung und Anleitung zu entwickeln und einzusetzen. (3.2 Lernbegleitung) Digitale Medien werden ebenfalls genutzt, um das aktive und kreative Engagement der Lernenden mit einem Thema zu fördern und im Einsatz didaktischer Strategien die transversale Fähigkeiten, tiefgründiges Denken und kreativen Ausdruck zu fördern. Dabei öffnen die Lehrenden den Unterricht, um neue, reale Lernkontexte zu schaffen, die die Lernenden in praktische Aktivitäten, wissenschaftliche Untersuchungen oder komplexe Problemlösungen einbeziehen oder auf andere Weise die aktive Auseinandersetzung der Lernenden mit komplexen lebensweltlichen Sachverhalten erhöhen. (5.3 Aktive Einbindung der Lernenden) Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erklären das Prinzip einer kolorimetrischen und photometrischen Konzentrationsbestimmung durch den Farbvergleich mit Lösungen bekannter Konzentration. führen quantitative Messungen zur Ermittlung einer unbekannten Konzentration durch. formulieren einen Je-Desto-Zusammenhang zwischen Konzentration eines Farbstoffes und der Absorption der entsprechenden Komplementärfarbe (als didaktisch reduzierte Form des Lambert-Beerschen Gesetzes). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen digitale Werkzeugen kennen und wenden sie kreativ an (5.2.1). finden, bewerten und nutzen effektive digitale Lernmöglichkeiten (5.4.1). Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kooperieren in Paar- oder Gruppenarbeit mit gegenseitigem Respekt. achten bei der Experimentdurchführung auf die sachgemäße Nutzung der eigenen Endgeräte und der Endgeräte der jeweils anderen. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler bewerten kritisch das Vorhandensein und die Menge gesundheitsschädlicher Farbstoffe in Lebensmitteln kritisch. planen kooperativ Lösungsmöglichkeiten zur experimentellen Analyse eines farbstoffhaltigen Getränks. kommunizieren und diskutieren über den Grenzwert von Azorfarbstoffen in Lebensmitteln. Niess, C. Czubatinski, L. Hornung, G. (2020): Die Konzentration eines Farbstoffs bestimmen. NiU Chemie; 178/179; 32–36 Czubatinski, L., Niess C., Hornung, G. (2020): Quantitative Analysen mit dem Smartphone oder Tablet zur Einführung des Konzentrations- begriffs – ein Beispiel für wissenschaftspropädeutisches Arbeiten in der SEK I. Chemkon; 27 (6); 295–299

Im Rahmen dieser Unterrichtseinheit erlernen die Schülerinnen und Schüler den Umgang mit der Augmented-Reality (AR)-Applikation "PUMA : Spannungslabor" und nutzen diese für die Arbeit in Kleingruppen. In zwei Experimenten werden die Applikation beziehungsweise die in der Applikation dargestellten didaktischen Modelle der Elektrizität genutzt, um anhand der Modelle zu argumentieren und Hypothesen für den Experimentierprozess zu generieren. Die Unterrichtseinheit ist in drei Unterrichtsstunden gegliedert. Im Verlauf der ersten Unterrichtsstunde wird die AR-Applikation "PUMA : Spannungslabor" von der Lehrkraft im Rahmen eines Demonstrationsexperiments genutzt, um die Darstellung der didaktischen Modelle "Elektronengasmodell", "Rutschenmodell" und "Stäbchenmodell" mit den Schülerinnen und Schülern zu erarbeiten. Die Lehrkraft erklärt und demonstriert den richtigen Umgang mit der Applikation. Im Rahmen der folgenden zwei Unterrichtsstunden erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen in Experimenten die Gesetzmäßigkeiten zur Stromstärke und Spannung bei Parallel- bzw. Reihenschaltungen. In den Experimentierphasen "Hypothesen formulieren" und "Ergebnisse mit der Ausgangshypothese vergleichen" nutzen die Schülerinnen und Schüler dabei die Applikation "PUMA : Spannungslabor" zur Unterstützung der Argumentation mit didaktischen Modellen. Kurzbeschreibung der Applikation "PUMA : Spannungslabor" Die Applikation überblendet einen Stromkreis mit Darstellungen der Leitungselektronen (in Form kleiner weißer Kugeln) und Visualisierungen des elektrischen Potentials. Die Darstellung des elektrischen Potentials kann gemäß des Elektronengasmodells (in Form einer Färbung der Leiterbahnen entsprechend des elektrischen Potentials), gemäß des Stäbchenmodells (in Form einer Anhebung der Leiterbahnendarstellung entsprechend des elektrischen Potentials) oder gemäß des Rutschenmodells (durch zur Anhebung der Leiterbahnen zusätzlichen Einblendung der sich bewegenden Leitungselektronen) erfolgen. Für den Einsatz der Applikation wird ein Experimentierset ELEKTRIK 1 der Firma MEKRUPHY benötigt. Neben den bereits beschriebenen Darstellungen können außerdem Messdaten der elektrischen Grundgrößen (Spannung, Stromstärke, elektrischer Widerstand) an den Bauteilen eingeblendet werden und für eine qualitative Interpretation des elektrischen Widerstands kann eine Visualisierung der Darstellung der Interaktion von Leitungselektronen und Materie auf Teilcheneben gemäß des Drude-Modells des elektrischen Widerstands eingeblendet werden. Für die beschriebene Unterrichtseinheit werden die Darstellungen der Leitungselektronen und der Modelle der elektrischen Potentiale benötigt. In der Applikation ist ein Tutorial mit Videos implementiert, welches Lehrkräfte in ihrer ersten Nutzung anleiten kann. Weitere Informationen und eine Möglichkeit zum Download der Applikation finden Sie über den Link am Ende dieser Seite. Relevanz des Themas Die jüngere fachdidaktische Forschung zur Elektrizitätslehre der Sekundarstufe I hat festgestellt, dass viele Schülerinnen und Schüler den Unterricht mit teils stark prävalenten fehlerhaften Vorstellungen zum Stromkreis verlassen (etwa die Stromverbrauchsvorstellung, unzureichende Trennung der Konzepte von Spannung und Stromstärke oder fehlendes Systemdenken beim Betrachten eines Stromkreises). Durch die explizite Aufforderung der Nutzung didaktischer Modelle zur Generierung von Hypothesen und Plausibilisierung von Ergebnissen soll eine stärkere Verknüpfung von Fachinhalt und didaktischem Analogie-Modell erreicht werden, was die Vernetzung der Fachinhalte im Gedächtnis unterstützt und zu gefestigteren Wissensstrukturen führen soll. Die Darstellung der Analogie-Modelle der Elektrizität durch Augmented Reality reduziert zusätzlich die mentale Hürde, sich der Modelle bei der Argumentation und Diskussion physikalischer Sachverhalte zu bedienen. Notwendige und förderliche Voraussetzungen Für einen Einsatz der beschriebenen Unterrichtseinheit ist das Vorhandensein eines Klassensatzes des Experimentierkastens ELEKTRIK 1 erforderlich. Die Lehrkraft muss die Kästen im Vorfeld entsprechend der Anleitung in der Applikation "PUMA : Spannungslabor" präparieren. Die Lehrkraft sollte vor Durchführung der ersten Unterrichtsstunde dieser Einheit die Applikation selbst sorgfältig durchgearbeitet haben. Dafür kann die in der Applikation verfügbare Tutorial-Ressource und das Informationsblatt zur Applikation genutzt werden. Für die Schülerinnen und Schüler ist es ideal, wenn die in der Applikation darstellbaren Analogie-Modelle der Elektrizität (Elektronengasmodell, Rutschenmodell, Stäbchenmodell) bereits bekannt sind und im Unterricht eingeführt wurden. Die Applikation kann aber auch ohne vorherige Nutzung der genannten Modelle im Unterricht für die Erarbeitung der Gesetzmäßigkeiten bei Parallel- und Reihenschaltung auf die beschriebene Art und Weise genutzt werden. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden sollten in der Lage sein, die Lernenden im Selbstgesteuerten Lernen unter Verwendung digitaler Technologien unterstützen (3.4 Selbstgesteuertes Lernen). Die Lehrenden sollten gewährleisten, dass die Lernenden für die Präsentation ihrer Ergebnisse die digitalen Medien nutzen, um ihre Argumentationen zu ihren wissenschaftlichen Untersuchungen zu unterstützen (5.3 Aktive Einbindung der Lernenden). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden Analogien und Modellvorstellungen zur Wissensgenerierung. stellen an einfachen Beispielen Hypothesen auf. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler setzen digitale Werkzeuge bedarfsgerecht zur Wissensgenerierung ein. können digitale Umgebungen und Werkzeuge für den Gebrauch anpassen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter angemessener Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen aus. diskutieren Arbeitsergebnisse und Sachverhalte unter physikalischen Gesichtspunkten. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler nutzen digitale Werkzeuge zur Unterstützung ihrer Kommunikation und Argumentation. stärken ihre Technologiekompetenz im Umgang mit neuer Software durch zielgenaue Nutzung digitaler Werkzeuge. erkennen den Nutzen von digitalen Medien bei der Visualisierung von abstrakten mentalen Modellen.

Ziel ist es, den Lernenden einen erweiterten Horizont der Struktur-Funktions-Beziehung von photosynthetisch aktiven Strukturen in phototrophen Mikro- und Makroalgen und deren Wechselwirkungen mit dem artspezifischen Lebensraum zu erläutern. Neben den grünen Chlorophyllen und gelb-orangenen Carotinoiden in Pflanzen haben Cyanobakterien und Rotalgen zusätzliche Lichtantennenkomplexe entwickelt, die sogenannten Phycobilisome, die aus verschiedenen Phycobiliproteinen (blau: C-Phycocyanine und Allophycocyanin und rot: Phycoerythrine) bestehen. Zu diesem Zweck wurden einfach durchzuführende Experimente mit einer Unterrichtsreihe entwickelt, die den Lernenden der Sekundarstufe II die bunte Welt der Photopigmente und Phycobiliproteinen näherbringen sollen.Schon bereits etablierte Versuche zur Fest-Flüssig-Extraktion von Photopigmenten aus Zellen höherer Pflanzen öffnen den Schülerinnen und Schülern deren bunte Vielfalt und rücken das Blatt als Organ der Photosynthese in den Fokus. Analog zu diesen Methoden können Photopigmente und Phycobiliproteine aus den phototrophen Mikro- und Makroalgen gewonnen werden und ein neues Feld an Lehr-Lern-Kontexten und Relevanzen öffnen. Die dafür geeigneten und verwendeten Mikro- und Makroalgen Chlorella vulgaris (Mikroalge), Arthrospira platensis (Mikroalge) und Palmaria palmata (Makroalge) sind in schon pulverisierter Form leicht und kostengünstigen käuflich zu erwerben. Die in dem Versuchsprotokoll gewählte Methode folgt den standardisierten Versuchsschritten einer Fest-Flüssig-Extraktion. Das methodische Vorgehen kann für die Schülerinnen und Schülern anhand des Vorgehens bei dem Zubereiten von Kaffee leicht und alltagsnah erklärt werden. Für die Fest-Flüssig-Extraktion werden fünf Versuchsansätze mit den jeweiligen Extraktionsmittel (Wasser oder acetonhaltiger Nagellackentferner) gewählt, wobei alle verwendeten Materialien kostengünstig in Drogerien oder Lebensmittelgeschäften erhältlich sind und die erforderlichen Sicherheitsstandards in Schulen erfüllen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die beschriebenen Experimente auf verschiedene Bildungsniveaus zuzuschneiden. Zusammen mit dem dazu entwickelten Unterrichtskontext veranschaulichen die Experimente grundlegende chemische Konzepte in einem biologischen Kontext und führen wissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen ein. Die Experimente liefern weitere Lernkontexte, die neben der Einführung in die Methoden zur Fest-Flüssig-Extraktion auch Bezüge zur Löslichkeit von lipophilen und hydrophilen Pigmenten aus phototrophen Organismen schließen können und Lehr-Lern-Kontexte zu molekularer Polarität, zwischenmolekulare Kräfte und Löslichkeitskonzepte ermöglichen.Photopigmente nehmen eine wesentliche Rolle in der Photosynthese ein und halten demnach eine Funktionsvielfalt inne, die nahezu jeden Aspekt unseres Lebens beeinflusst. Sie können daher für Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler von chemischen und biologischen Struktur-Funktions-Zusammenhängen in der realen Welt von entscheidender Bedeutung sein und tragen demnach eine einflussreiche Rolle im Wissensaufbau zu Charakteristika der Naturwissenschaften. Im Zuge des immer weiterwachsenden Trends zur pflanzenbasierten Ernährung erhalten Mikro- und Makroalgen Einzug in die Lebensmittelregale. In der Küche findet man sie nicht nur als Gewürz, sondern spielen auch ihre Pigmente als natürliche Farbstoffe in der Lebensmittel- und Textilindustrie eine wesentliche Bedeutung. Die alltagsnahe Relevanz eröffnet zahlreiche Potentiale diese Zusammenhänge im Chemieunterricht zu verdeutlichen und den Lernhorizont der Schülerinnen und Schüler zu erweitern. Vorkenntnisse von Lehrenden und Lernenden Spezifische Vorkenntnisse sind zur Durchführung der Unterrichtreihe vorteilhaft. Thematisch kann die Reihe in den biologischen Kontext der Photosynthese eingeordnet werden. Dabei sollten Begriffe wie beispielsweise Lichtsammelkomplexe, Photopigmente und deren Funktion im Lichtsammelkomplex höherer Pflanzen vorausgesetzt sein und das Bewusstsein der Vielfalt an phototrophen Organismen bestehen. Darüber hinaus sollten physikalische Zusammenhänge zur Optik und Begriffe wie Absorption, Absorptionsspektren, Wellenlänge verstanden sein. Im chemischen Kontext ist grundlegendes Wissen und Verständnis zu molekularen Polaritäten, zwischenmolekularen Kräften, Löslichkeitskonzepten und Chromatographie vorauszusetzen. Die Experimente zur Extraktion von Photopigmenten und Phycobiliproteinen aus Mikro- und Makroalgen folgen einem forschungsorientierten methodischen Vorgehen und stehen im Zuge der Entwicklung der Experimentierkompetenz der Schülerinnen und Schüler im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung. Die Möglichkeit besteht die beschriebenen Experimente auf verschiedene Bildungsniveaus zuzuschneiden, vielfältig auszuweiten und detaillierte Fokussierung von mehreren Themenkomplexen fachspezifisch herauszustellen. Aufgebaut ist die Unterrichtsreihe auf der Analyse der Pigmentzusammensetzung der Mikro- und Makroalgen in Abhängigkeit des verfügbarem Lichtspektrums beziehungsweise der verfügbaren Lichtqualität und Temperaturen und zielt auf die besondere Fähigkeit der Cyanobakterien zur chromatischen Adaption, um so die Photosyntheseffizienz zu steigern. Die artspezifische Pigmentzusammensetzungen werden durch die Experimente qualitativ sowie quantitativ für die Schülerinnen und Schüler sichtbar und photometrisch messbar. Voraussetzung ist die Verfügbarkeit von photometrischen Messgeräten in der Schule beziehungsweise auf das portable, modulare und kostengünstige Low-Cost-Photometer von desklab zurückgegriffen werden. Der Austausch mit Peers steht aufgrund der Gruppenarbeit oder Paararbeit, je nach Kursgröße, im Vordergrund. Bei dem Experimentieren unterstützen sich so die Schülerinnen und Schüler gegenseitig und leiten selbstständig den Experimentierprozess. Besonderheit aller Experimente ist, dass alle verwendeten Geräte, Gebrauchs- und Verbrauchsmaterialien kostengünstig in Drogerien oder Lebensmittelgeschäften erhältlich oder sogar schon im Haushalt zu finden sind. (Hinweis: Eine zusätzliche Unterstützungsmöglichkeit bei der Durchführung des Unterrichtskonzepts ist die besondere methodische Herangehensweise in Experimentierkisten, welche nicht nur als Transportmedium für alle Materialien und Geräte dient, sondern auch den Wissenstransfer zwischen Universität und Schule symbolisiert und den Transport von Wissensgut ermöglicht. Für Lehrkräfte aus Rheinland-Pfalz besteht die Möglichkeit diese Experimentierkiste auszuleihen.) Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden sollten dazu in der Lage sein, die Unterrichtsreihe gezielt durch digitale Medien zu untermauern. Beispielsweise ist es möglich, ein digitales Laborbuch zu den Versuchsreihen anzulegen und die Datenanalyse mit einer Softwarelösung vorzunehmen. Das digitale Laborbuch kann zur Dokumentation aber auch als Interaktionstool genutzt werden und im Rahmen eines kollaborativen Doc's-Tool umgesetzt werden. Die Lehrkraft soll so in der Lage sein, die Lernende zu befähigen, digitale Medien im Rahmen der Gruppenarbeiten zu nutzen, um die Kommunikation und Kooperation innerhalb der Lerngruppe zu verbessern. Die Lernenden können in der Form des digitalen Laborbuches experimentelle Erkenntnisse und Fortschritte dokumentieren, diese kommunizieren und gemeinsam Auswertungen und Diskussionspunkte erarbeiten. Sicherzustellen sind Internetzugang und die Verfügbarkeit von Endgeräten für die Schülerinnen und Schüler. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen eigenständig Experimente zur Extraktion von Photopigmenten und Phycobiliproteinen aus Mikro- und Makroalgen durch und verwenden die Photometrie als analytische Methode zur Quantifizierung der Pigmentzusammensetzungen der unterschiedlichen Mikro- und Makroalgen. beschreiben die chemischen Eigenschaften und Funktionen der grünen Chlorophyllen, gelb-orangenen Carotinoiden und die sogenannten Phycobilisome, die aus verschiedenen Phycobiliproteinen (blau: C-Phycocyanine und Allophycocyanin und rot: Phycoerythrine) bestehen, im Lichtantennenkomplex von Mikro- und Makroalgen. erläutern Struktur-Funktions-Beziehung von photosynthetisch aktiven Strukturen in phototrophen Mikro- und Makroalgen und deren Wechselwirkungen mit dem artspezifischen Lebensraum. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden im Experimentierprozess zur Erkenntnisgewinnung den systematischen Umgang mit Variablen an, um den Einfluss der abhängigen Variable zu untersuchen. setzen die angewandten Methoden und experimentellen Vorgehensweisen in den einzelnen Versuchsschritten in Zusammenhang mit der dadurch implizierten Wirkung und definieren beispielsweise das Mörsern als eine Methode zum mechanischem Zellaufschluss. nutzen naturwissenschaftliche Arbeitsweisen (zum Beispiel Experimentieren, Beobachten, Messen, ...). Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stehen in der Gruppenarbeit im Austausch mit der Peer-Gruppe, wodurch ein Peer-Coaching explizit erfordert wird. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler analysieren die aus den Experimenten gewonnen Daten, interpretieren und bewerten sie, um Rückschlüsse auf die industrielle Verwendung der Mikro-/Makroalgen zu ziehen. kommunizieren Mikro-/Makroalgen als eine biotechnologische Lösung im Hinblick auf den Klimawandel. Literaturhinweise Zum Nachlesen: Zu der Versuchsreihe erscheint ein Artikel in der Zeitschrift "Journal of Chemical Education": L., Geuer; N., Erdmann; M., Lorenz; H., Albrecht; T., Schanne; M., Cwienczek; D., Geib; D., Strieth; R., Ulber; Colourful diversity - Modified methods for extraction and quantification of photopigments and phycobiliproteins isolated from phototrophic micro- and macroalgae" in der Zeitschrift "Journal of Chemical Education; Journal of Chemical Education; (2022) angenommen.