Sekundarstufen: Willkommen
im Schulstufenportal

Wie viel Kreppband und wie viele Sprühdosen werden benötigt, um das Logo einer bekannten Sportfirma an die Wand zu sprühen? In dieser Unterrichtseinheit geht es darum, mithilfe der mathematischen Modellierung den Umfang und den Flächeninhalt von Trapezen in einem Anwendungszusammenhang zu bestimmen. Viele Logos von Marken und Firmen bestehen aus geometrischen Formen. Ebenso ein Logo, welches Inhalt dieser Unterrichtseinheit ist, denn es besteht aus drei Trapezen. Ziel der Stunde ist es, die Frage zu lösen, wie viel Kreppband und wie viele Sprühdosen benötigt werden, um das Logo an eine Wand sprühen zu können. Die Erarbeitung beziehungsweise die Herleitung der Formel für den Flächeninhalt orientiert sich nach dem EIS-Prinzip von Brunner, in der ein Lerninhalt auf enaktiver (handelnder), ikonischer (bildlicher) und symbolischer (formalisierter) Ebene behandelt wird. In der enaktiven Phase legen die Schülerinnen und Schüler in Einzelarbeit das Trapez aus dem zusätzlichen Material so an das deckungsgleiche Trapez auf dem Arbeitsblatt an, dass ein bereits bekanntes Viereck (Parallelogramm) entsteht. Dies führt zur ikonischen Ebene, in der die Schülerinnen und Schüler in Paararbeit mithilfe des Bildes Erkenntnisse für den Flächeninhalt gewinnen. Auf der symbolischen Ebene werden dann schließlich die Flächeninhalte berechnet und die Erkenntnisse in eine verallgemeinernde Formel übersetzt. Nachdem die Formel für den Flächeninhalt gesichert ist, haben die Schülerinnen und Schüler das nötige Werkzeug, um die Modellierung " Wie viel Kreppband und wie viele Sprühdosen werden benötigt, um das Logo an eine Wand zu sprühen? " selbstständig zu bearbeiten. In Paararbeit werden alle relevanten Informationen in mathematische Terme und Gleichungen übersetzt und anschließend gelöst. Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler können sich darüber hinaus in einem zweiten Arbeitsblatt mit alternativen Flächeninhaltsberechnungsmöglichkeiten auseinandersetzen. Umfang und Flächeninhalt von einem Trapez Hinter dem Logo einer Sportmarke verstecken sich Trapeze, deren Umfänge und Flächeninhalte berechnet werden sollen. Da die Formeln für die Schülerinnen und Schüler noch unbekannt sind, bildet die Herleitung dieser Formeln den inhaltsbezogenen mathematischen Kern der Stunde. Der Umfang ist im Vergleich zum Flächeninhalt einfach hergeleitet. Wie bei allen geometrischen Formen entspricht der Umfang einfach der Summe aller Seitenlängen. Das ist den Lernenden bereits von anderen geometrischen Formen bekannt, weshalb der Fokus auf der Herleitung des Flächeninhalts liegt. Diese Herleitung soll gelingen, indem die Fläche durch geschickte Ergänzung auf bereits bekannte Flächen zurückgeführt wird, wodurch die Formel für die relevante Fläche abgeleitet werden kann. Zwei deckungsgleiche Trapeze werden hier zu einem Parallelogramm geformt. Den Flächeninhalt eines Parallelogramms berechnet man, indem man die Länge einer Grundseite mit der dazugehörigen Höhe multipliziert. Der Flächeninhalt des entstandenen Parallelogramms wird halbiert und es ergibt sich die Formel für den Flächeninhalt eines Trapezes. Didaktisch-methodische Analyse Methodisch ist die Unterrichtsstunde nach dem EIS-Prinzip mit Think-Pair-Share aufgebaut. Diese Herangehensweise bedient alle Lerntypen, da neben dem haptischen Arbeiten auch bildlich gearbeitet wird. Die erste Phase findet in Einzelarbeit statt, damit alle Lernenden nach dem Stundeneinstieg aktiviert bleiben und in die anschließende Paararbeit eigene Gedanken mitnehmen können. Durch die Paararbeit findet eine lernförderliche Kommunikation statt, die zum Formalisieren führt. Durch den problemorientierten Stundeneinstieg und das Lösen des Kreppband- und Sprühdosenproblems im zweiten Teil der Stunde findet eine automatische Binnendifferenzierung durch die mathematische Modellierung statt. Vorkenntnisse und Vorbereitung Die Schülerinnen und Schüler sollten die Flächeninhaltsformel eines Parallelogramms kennen, um diese Unterrichtseinheit zielgerecht bearbeiten zu können. Für die Vorbereitung muss das Arbeitsmaterial von der Lehrkraft ausgedruckt und ausgeschnitten werden. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler leiten selbstständig die Flächeninhaltsformel des Trapezes her. wenden die Flächeninhaltsformel im Modellierungskreislauf ab. bestimmten selbständig aus ihren mathematischen Ergebnissen eine reale Lösung für den Sachzusammenhang. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stellen ihre Überlegungen ihren Mitschülerinnen und Mitschülern nachvollziehbar vor. lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.

In dieser Unterrichtseinheit erforschen die Schülerinnen und Schüler ihre eigene Medienbiografie und erheben ihr aktuelles persönliches Mediennutzungsverhalten. Dafür stehen vier Kopiervorlagen zur Verfügung. Im Rahmen dieser Unterrichtseinheit setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit ihrer persönlichen Medienbiografie auseinander. Sie schauen zurück und reflektieren, welche Medien sie zu welcher Zeit in ihrem Leben genutzt haben. Dazu entwickeln sie einen Medienzeitstrahl, der neben den zum jeweiligen Zeitpunkt konsumierten Medien auch damit verbundene Emotionen, Erfahrungen, Erlebnisse und Begegnungen integriert. Auf dieser Basis ziehen die Schülerinnen und Schüler Schlüsse bezogen auf ihr aktuelles Mediennutzungsverhalten und erheben und bewerten dieses auch vor dem Hintergrund ihrer beruflichen Ausbildung. Dabei erfahren sie sich nicht nur als Konsumentinnen und Konsumenten von Medien beziehungsweise Mediendiensten, sondern setzen sich auch aktiv mit ihren Rollen als Rezipientinnen und Rezipienten, Interaktionistinnen und Interaktionisten sowie Informationsschaffende auseinander. Die Auseinandersetzung mit der eigenen Medienbiografie beziehungsweise Mediennutzung (im Hinblick auf Quantität und Qualität) ist vor dem Hintergrund sich immer rascher verändernder Medienwelten von großer Relevanz. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich nicht nur als Konsumentinnen und Kosumenten begreifen, die Medien zur Unterhaltung nutzen, sondern ihre Rolle ganzheitlicher erkunden. Sie sollen erkennen, wo sie Medien nicht nur konsumieren, sondern auch gestalten und zu Interaktionszwecken verwenden. Hierbei soll gezielt auch ein Blick auf die Mediennutzung im Kontext ihrer beruflichen Ausbildung gelegt werden. Vorkenntnisse sind für die Erarbeitung dieser Unterrichtseinheit nicht erforderlich. Aufgrund der thematischen Ausrichtung und der starken Zentrierung auf das Individuum ist von einer erhöhten Motivation der Schülerinnen und Schüler bei der Erarbeitung auszugehen. Lehrkräfte sollten sich neben dem Bereitstellen der Arbeitsmaterialien vorbereitend mit der Auswertung des Mediennutzungsfragebogens auseinandersetzen. Hier bietet es sich an, die Antworten einfach zu zählen und bei Bedarf Mittelwerte zu errechnen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen Fachbegriffe (zum Beispiel soziale Medien, Medien-Rezipientinnen und -Rezipienten, Interaktionistinnen und Interaktionisten sowie Informationsschaffende). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler analysieren ihre Rollen als Rezipientinnen und Rezipienten, Interaktionistinnen und Interaktionisten sowie Informationsschaffende in Bezug auf Medien. nutzen das Internet eigenständig für Recherchen zu spezifischen Fachbegriffen. erheben und diskutieren ihr persönliches Mediennutzungsverhalten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler gehen wertschätzend miteinander um. geben einander adäquat Feedback. arbeiten angemessen miteinander im Team.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Grundlagen der Raketenphysik" wird die Fortbewegung von Raketen im Weltraum thematisiert. Diese Art der Fortbewegung ist deshalb besonders, weil im Gegensatz zu den uns auf der Erde bekannten Fortbewegungsmöglichkeiten wie etwa dem Gehen, Fahren oder auch Fliegen im Weltraum außerhalb der Lufthülle der Erde das Medium zum Abstoßen (Boden oder Luft) fehlt. Dass der Flug von Raketen trotzdem möglich ist, liegt an der Art des Antriebes von Raketen – der von der Rakete ausgestoßene verbrannte Treibstoff sorgt aufgrund des Rückstoßprinzips für die Vorwärtsbewegung der Rakete.Anhand eines einfachen Beispiels in Form eines Raketenwagens wird den Schülerinnen und Schülern das auf der Impulserhaltung basierende Rückstoßprinzip vorgestellt und Schritt für Schritt erläutert. Dabei reicht es zum Verstehen für die Lernenden zunächst völlig aus, den Ausstoß der "Treibstoffmasse" in kleinen Einzelportionen zu simulieren und die Ergebnisse für Berechnungen wie etwa die Geschwindigkeit des Raketenwagens mittels der Gesetze zur Impulserhaltung zu verwenden. Dieses sogenannte "Iterationsverfahren" macht es durch Verkleinerung entsprechender Parameter wie Masse oder Zeit möglich, Näherungslösungen zu finden, die der tatsächlichen Geschwindigkeit immer näherkommt. Für eine exakte Bestimmung der Geschwindigkeit benötigt man im weiteren Verlauf des Unterrichts dann die Gesetzmäßigkeiten der Differential- und Integralrechnung. Grundlagen der Raketenphysik: auf dem Weg in den Weltraum Die seit Jahren verstärkt zunehmenden Aktivitäten – auch von finanzstarken Privatunternehmen – zeigen deutlich, welche Rolle Raketen für den Transport einer Vielzahl von Satelliten in erdnahe Umlaufbahnen oder auch zur Erforschung weit entfernter Himmelsobjekte (Stichwort: Marsmission ) haben. Die dafür notwendige Technik und damit auch die dahinterstehende Physik ist zwar – im Detail betrachtet – äußerst kompliziert und aufwendig, kann aber im Rahmen der speziellen Möglichkeiten der Oberstufenphysik des Gymnasiums gut besprochen werden. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden können nur in der Weise vorausgesetzt werden, dass unter anderem die von jedem Jugendlichen benutzten Smartphones sehr von stationären Satelliten abhängen und mithilfe von Raketen in ihre Umlaufbahn gebracht werden müssen. Weitere Kenntnisse über Bau und Funktion von Raketen sollten eher die Ausnahme sein. Didaktische Analyse Bei der Behandlung dieses Themas kann man davon ausgehen, dass das Rückstoßprinzip, das bei Raketen, aber auch bei Flugzeugen in ähnlicher Weise den Vortrieb ermöglicht, von den meisten Lernenden, die Physik in der Oberstufe gewählt haben, problemlos verstanden werden kann. Methodische Analyse Die Annäherung an die exakten Vorgänge beim Antrieb von Raketen mithilfe des an Näherungslösungen angelegten Iterationsverfahrens stellt eine gute Möglichkeit dar, auf relativ einfache Art den Lernenden das Rückstoßprinzip nahezubringen. Damit können die Voraussetzungen für die besonders interessierten Schülerinnen und Schüler geschaffen werden, auch die deutlich schwierigeren Gesetzmäßigkeiten bei der mathematisch exakten Beschreibung zu verstehen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Abläufe bei Raketenflügen beschreiben und erläutern. kennen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, mit denen Raketenflüge möglich werden. wissen um die Bedeutung des Iterationsverfahrens für das grundlegende Verständnis für die näherungsweise Berechnung der Raketengeschwindigkeit. verwenden den Impulserhaltungssatz, um Bewegungszustände zu erklären sowie Bewegungsgrößen zu berechnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- 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.

In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler selbstständig Umwelt- und Nachhaltigkeitsthemen (Beispiel: Klimawandel) und erstellen dazu mit einfachen Mitteln ein Erklärvideo. Das Erstellen von Erklärvideos ist selbstverständlich auch auf andere Themen übertragbar. In dieser Unterrichtseinheit werden Grundlagenkenntnisse zu Klimawandel-, Anpassungs- sowie Nachhaltigkeitsthemen mithilfe von Erklärvideos erarbeitet und vermittelt. Für die inhaltliche Erarbeitung kann auf die im Rahmen des PIKeeBB-Projektes entwickelten Unterrichtsmaterialien über Klimawandel- und Nachhaltigkeitsthemen zurückgegriffen werden. Zur Verfügung stehen unter anderem Hintergrundinformationen zu den Folgen des Klimawandels, Anpassungsmaßnahmen sowie Materialien zum Konsumverhalten und zur Kritik an der Verantwortungsverschiebung auf Individuen durch Konsumkritik. Die Schülerinnen und Schüler können sich beispielsweise mit verschieden Begriffen und Zusammenhängen zur Klimakrise, den Ursachen der globalen Erwärmung oder möglichen Folgen auseinandersetzen. Sie erarbeiten sich die Themen selbstständig und erstellen dazu mit einfachen Mitteln ein Erklärvideo (maximal 1,5 Minuten). Dafür können sie ihre Smartphones nutzen. Das Erstellen von Erklärvideos ist selbstverständlich auch auf andere Themen übertragbar. Das Thema Klimawandel ist von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. In den Erklärvideos werden verschiedene klimawissenschaftliche Grundlagen sowie die Auswirkungen des Klimawandels auf ökologischer, ökonomischer und sozialer Ebene in leicht verständlicher Form von den Schülerinnen und Schülern in Gruppen selbstständig aufgearbeitet und präsentiert. Die Themen können je nach Kenntnisstand der Lernenden gewählt werden; das Erarbeiten ist also auch ohne Vorkenntnisse möglich. Die Schülerinnen und Schüler üben sich im Umgang mit digitalen Medien wie einer Smartphone-Kamera, einer Mediaplayer-Software oder dem Internet. Im Erklärvideo erstellen die Schülerinnen und Schüler dann eine Zusammenfassung ihrer Recherche-Ergebnisse. Dafür reduzieren sie gemeinsam im Team umfangreiche Informationen auf wichtige Kernaussagen und stimmen sich über die Rollenverteilung beim Dreh ab. Die Lernenden können nach dem Videodreh die Kernaussagen zu ihrem gewählten Thema im Bereich Klimawandel nennen und erklären. Zum Abschluss präsentieren die Gruppen ihre Erklärvideos vor der ganzen Klasse. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren eigenständig zu unterschiedlichen Themen. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen eigenständig eine themenbezogene Recherche mit unterschiedlichen Medien durch. extrahieren die wesentlichen Informationen aus den Quellen und dokumentieren sie. bereiten den Lern- und Arbeitsprozess in den einzelnen Phasen zielgerichtet vor und setzen ihn selbständig um. diskutieren und bewerten die inhaltliche und gestalterische Umsetzung des Videos. lernen nach dem Prinzip "Lernen durch Lehren". Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bewerten die Informationen sowie deren Relevanz. dokumentieren und präsentieren die Ergebnisse ihrer Gruppe. Vertiefen den Umgang mit digitalen Medien. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen, sich gegenseitig zu helfen und sich über ein neues Thema untereinander auszutauschen. arbeiten in Teams und steigern ihre Kommunikationsfähigkeit.

Diese Unterrichtseinheit handelt von numerischen Chromosomenaberrationen, die anhand von vier Fallbeispielen behandelt werden. Die Unterrichtseinheit wird durch interaktive Übungen ergänzt. In dieser Unterrichtseinheit geht es um die unterschiedlichen Syndrome, die durch das Fehlen eines X-Chromosoms (Turner-Syndrom), das zusätzliche Vorhandensein eines X-Chromosoms (Klinefelter-Syndrom) oder das zusätzliche Vorhandensein des 18. beziehungsweise 21. Chromosoms (Edwards- oder Down-Syndrom) ausgelöst werden. Die Motivation der Lernenden erfolgt durch Abbildungen von vier teilweise hypothetisch betroffenen Menschen. Nachdem das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler zu den Syndromen, vor allem zum Down-Syndrom, erfragt wurde, bearbeiten sie in arbeitsteiliger Gruppenarbeit die Arbeitsblätter 1 bis 4 (pro Gruppe ein Arbeitsblatt). Jede Gruppe bekommt jeweils das Arbeitsblatt eines Syndroms. Auf den Arbeitsblättern 1 bis 4 analysieren die Lernenden das abgebildete Karyogramm des jeweiligen Syndroms und kreuzen dann nach Diskussion der vorgegebenen Antworten die richtigen Aussagen dazu an. Anschließend übertragen sie ihre Ergebnisse auf die richtige Spalte in der Tabelle auf einer Übersichtsseite. Danach wird pro Gruppe ein Sprecher/eine Sprecherin ausgesucht, der/die die Ergebnisse der Gruppe den anderen Gruppen präsentiert. Die vorgetragenen Ergebnisse werden von den Schülerinnen und Schülern während der Präsentationen in ihre Tabelle übernommen. Am Ende der Stunde erfolgt eine Zusammenfassung, bei der die Bilder der Betroffenen erneut gezeigt werden und es wird jeweils durch eine Schülerin oder einen Schüler mündlich zusammengefasst, welche Abweichungen vorliegen und wie sich diese auswirken. Außerdem werden die Regeln für das Erstellen des wissenschaftlichen Namens und des Karyotyps wiederholt. Ergänzend oder vertiefend zur Unterrichtseinheit gibt es interaktive Übungen. Damit können die Lernenden ihre Erkenntnisse weiter festigen und wiederholen. Gegenstand dieser Unterrichtseinheit ist das Fehlen beziehungsweise das dreifache Vorliegen verschiedener Chromosomen beim Menschen. Es bietet sich an, zu Beginn der Stunde das menschliche Karyogramm und die Anzahl und Anordnung der Chromosomen darin zu wiederholen, um das Vorwissen der Lernenden zu aktivieren. Hier sollte auch auf den Begriff "Karyotyp" eingegangen werden und auf die Aussagen, die hinter dem Karyotyp "46, XX" und "46, XY" stehen. Denkbar wäre auch eine Wiederholung des Vorwissens allein mit der Präsentation der beiden Karyotypen, indem die Lernenden erklären, welche Informationen hinter diesen kurzen Bezeichnungen stecken. Anschließend folgt als motivierender Einstieg die Abbildung der vier Betroffenen von den Arbeitsblättern mit der Frage, worunter sie leiden könnten. Dabei fällt den Schülerinnen und Schülern zumeist auf, dass zwei Betroffene ganz gesund aussehen, während man den anderen beiden ansehen kann, dass sie unter einer Krankheit leiden. Da einige Lernende in ihrem Bekanntenkreis Menschen mit Trisomie 21 haben könnten, fallen hier oft schon die Begriffe Down-Syndrom, Trisomie 21 oder Chromosomenfehler, ohne dass ihnen genau bekannt wäre, was die Ursache dafür ist. Dadurch erfolgt die Überleitung zur Erarbeitungsphase, in der die Jugendlichen in vier Gruppen eingeteilt werden. Jede Gruppe bekommt jeweils ein Syndrom zugeteilt. Die Lernenden analysieren in ihrer Gruppe gemeinsam das auf ihrem Arbeitsblatt dargestellte Karyogramm und kreuzen die richtigen Antworten an. Der Vorteil der Gruppenarbeit liegt hier darin, dass es für manche Schülerinnen und Schüler schwierig sein könnte, die richtigen Antworten zu finden. In der Gruppe hingegen gelangen die Lernenden durch Diskussionen und Erklären untereinander zuverlässig zu den richtigen Lösungen. Außerdem werden während der Gruppenarbeit die sozialen Kompetenzen der Lernenden geschult. Nachdem die Gruppen ihre Erkenntnisse auf die Tabelle auf der Übersichtsseite übertragen haben, wird pro Gruppe eine Sprecherin oder ein Sprecher auserkoren, die/der den anderen Lernenden die Ergebnisse präsentiert. Dadurch machen die Präsentierenden die Erfahrung, dass ihre Arbeit während der Gruppenarbeit sinnvoll ist und geschätzt wird. Zudem wird das Präsentieren geübt. Am besten ist hierfür zum Beispiel die Präsentation des Arbeitsblattes unter der Dokumentenkamera geeignet. Die Ergebnisse werden von den Schülerinnen und Schülern in ihre Tabellen übernommen. Am Ende der Stunde erfolgt eine Schlusszusammenfassung, indem die Abbildungen der Betroffenen erneut gezeigt werden und einzelne Schülerinnen und oder Schüler jeweils die Abweichungen der Chromosomen und die Auswirkungen wiederholen. Dies dient der Festigung des in dieser Stunde Erlernten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die chromosmalen Ursachen von Down-, Edwards-, Turner- und Klinfelter-Syndrom. lernen zwei Symptome je Syndrom kennen. erklären das Zustandekommen des wissenschaftlichen Namens und des Karyotyps der Syndrome. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht. üben in Gruppenarbeit den sozialen Umgang mit den Gruppenmitgliedern ein. üben während der Diskussion einen respektvollen Umgang mit den Mitmenschen ein.